Reprodukce rostlin - Plant reproduction

Reprodukce rostlin je produkce nových potomků v rostlinách, které lze dosáhnout sexuální nebo asexuální reprodukcí. Sexuální reprodukce produkuje potomstvo fúzí gamet , což má za následek geneticky odlišné potomstvo od rodiče nebo rodičů. Asexuální reprodukce produkuje nové jedince bez fúze gamet, geneticky identických s mateřskými rostlinami a navzájem, kromě případů, kdy dochází k mutacím .

Asexuální reprodukce

Asexuální reprodukce nezahrnuje produkci a fúzi mužských a ženských gamet. Asexuální reprodukce může nastat prostřednictvím binárního štěpení, pučení , fragmentace , tvorby spor , regenerace a vegetativního šíření .

Asexuální reprodukce v rostlinách probíhá ve dvou základních formách vegetativní reprodukce a agamospermie . Vegetativní reprodukce zahrnuje vegetativní kus původní rostliny (pučení, odnožování atd.) A odlišuje se od apomixis , která je náhradou sexuální reprodukce, a v některých případech zahrnuje semena. Apomixis se vyskytuje v mnoha rostlinných druzích a také v některých ne-rostlinných organismech. Apomixis a podobné procesy v ne-rostlinných organismech viz partenogeneze .

Přirozená vegetativní reprodukce je proces, který se většinou vyskytuje v bylinných a dřevnatých vytrvalých rostlinách a typicky zahrnuje strukturální úpravy stonku nebo kořenů a několika druhů listů . Většina druhů rostlin, které využívají vegetativní reprodukci, to dělá jako prostředek k perennializaci rostlin, což jim umožňuje přežít z jedné sezóny do druhé a často usnadňuje jejich rozšiřování. Rostlina, která přetrvává na místě vegetativním rozmnožováním jedinců, tvoří klonální kolonii ; jeden ramet nebo zjevný jedinec klonální kolonie je geneticky identický se všemi ostatními ve stejné kolonii. Vzdálenost, kterou se rostlina může během vegetativní reprodukce pohybovat, je omezená, ačkoli některé rostliny mohou produkovat rampy z rozvětvených oddenků nebo stolonů, které pokrývají širokou oblast, často jen v několika vegetačních obdobích. V jistém smyslu tento proces není reprodukcí, ale procesem přežití a expanze biomasy jednotlivce. Když se jednotlivý organismus zvětšuje prostřednictvím buněčného násobení a zůstává neporušený, nazývá se tento proces vegetativní růst . Ve vegetativní reprodukci jsou však nové rostliny, které jsou výsledkem, novými jedinci téměř ve všech ohledech kromě genetických. Hlavní nevýhodou vegetativní reprodukce je přenos patogenů z rodičů na potomky; je neobvyklé, že se patogeny přenášejí z rostliny na její semena (při pohlavním rozmnožování nebo při apomixi), ačkoli existují případy, kdy k ní dojde.

Semena generovaná apomixis jsou prostředkem nepohlavní reprodukce, která zahrnuje tvorbu a rozptýlení semen, která nepocházejí z oplodnění embryí . Jestřábník ( Hieracium ), pampeliška ( Taraxacum ), některé citrusy ( Citrus ) a modrá tráva Kentucky ( Poa pratensis ) všechny používají tuto formu nepohlavní reprodukce. Pseudogamie se vyskytuje v některých rostlinách, které mají apomikční semena, kde je často nutné opylení k zahájení růstu embryí, ačkoli pyl nepřispívá k vyvíjejícímu se potomku žádným genetickým materiálem. Jiné formy apomixis se vyskytují v rostlinách i, včetně generování plantlet v nahrazení semene nebo vytvoření bulbils místo květin, ve kterých se vyrábějí nové klonovaných jedinců. Asexuální reprodukce je druh reprodukce, kde potomstvo pochází pouze od jednoho rodiče, a tak zdědí vlastnosti rodiče.

Struktury

Oddenek je upravený podzemní stonek sloužící jako orgán vegetativní reprodukce; rostoucí špičky oddenku se mohou oddělit jako nové rostliny, např. polypody , kosatec , gaučová tráva a kopřivy .

Prostrate vzdušné stonky, nazývané běžci nebo stolony , jsou u některých druhů důležité vegetativní reprodukční orgány, například jahoda , četné trávy a některé kapradiny .

Náhodné pupeny se tvoří na kořenech poblíž zemského povrchu, na poškozených stoncích (jako na pařezech řezaných stromů) nebo na starých kořenech. Ty se vyvíjejí do nadzemních stonků a listů. Forma pučení nazývaná sání je reprodukce nebo regenerace rostliny výhonky, které pocházejí ze stávajícího kořenového systému . Druhy, které charakteristicky produkují přísavky, zahrnují jilm ( Ulmus ), pampeliška ( Taraxacum ) a mnoho členůrodiny Rose, jako je Rosa a Rubus .

Rostliny jako cibule ( Allium cepa ), hyacint ( Hyacint ), narcis ( Narcissus ) a tulipány ( Tulipa ) se rozmnožují tak, že rozdělí své podzemní cibule na více cibulek. Jiné rostliny, jako jsou brambory ( Solanum tuberosum ) a jiřina ( Dahlia ), se rozmnožují podobnou metodou zahrnující podzemní hlízy . Gladioli a krokusy ( Crocus ) se množí podobným způsobem jako hlízy .

Používání

Nejběžnější formou reprodukce rostlin, kterou lidé používají, jsou semena, ale používá se řada nepohlavních metod, což jsou obvykle vylepšení přírodních procesů, včetně: řezání, roubování, pučení, vrstvení , dělení, krájení oddenků, kořenů, hlíz, cibulek stolony, kultivátory atd. a umělé množení laboratorním klonováním tkání . Asexuální metody se nejčastěji používají k množení kultivarů s individuálními žádoucími vlastnostmi, které se neosvědčují ze semen. Množení ovocných stromů se často provádí pučením nebo roubováním žádoucích kultivarů ( klonů ) na podnože, které jsou rovněž klony, rozmnožované stolováním .

V zahradnictví je „řezání“ větev, která byla odříznuta z mateřské rostliny pod internodem a poté zakořeněna, často za pomoci kořenové kapaliny nebo prášku obsahujícího hormony . Když se vytvoří plný kořen a listy začnou znovu rašit, je klon soběstačnou rostlinou, geneticky identickou.

Mezi příklady patří řízky ze stonků ostružin ( Rubus occidentalis ), afrických fialek ( Saintpaulia ), verbenas ( Verbena ) k produkci nových rostlin. Související použití řízků je roubování , kdy je stonek nebo pupen spojen na jiný stonek. Školky nabízejí k prodeji stromy s roubovanými stonky, které mohou produkovat čtyři nebo více odrůd příbuzného ovoce, včetně jablek . Nejběžnějším použitím roubování je rozmnožování kultivarů na již zakořeněné rostliny, někdy se podnož používá k zakrsnutí rostlin nebo jejich ochraně před patogeny poškozujícími kořeny .

Protože vegetativně množené rostliny jsou klony, jsou důležitými nástroji výzkumu rostlin. Když je klon pěstován v různých podmínkách, rozdíly v růstu lze přičíst vlivům prostředí místo genetických rozdílů.

Sexuální reprodukce

Sexuální reprodukce zahrnuje dva základní procesy: meiózu , která přeskupuje geny a snižuje počet chromozomů , a oplodnění , které obnovuje chromozom na úplné diploidní číslo. Mezi těmito dvěma procesy se různé druhy rostlin a řas liší, ale mnoho z nich, včetně všech suchozemských rostlin , prochází střídáním generací se dvěma různými mnohobuněčnými strukturami (fázemi), gametofytem a sporofytem. Evoluční původ a adaptivní význam sexuální reprodukce jsou diskutovány na stránkách Evoluce sexuální reprodukce a Původ a funkce meiózy .

Gametofyt je mnohobuněčná struktura (rostlina), která je haploidní a obsahuje v každé buňce jedinou sadu chromozomů . Gametofyt produkuje mužské nebo ženské gamety (nebo obojí) procesem buněčného dělení nazývaného mitóza . V cévnatých rostlinách s oddělenými gametofyty jsou samičí gametofyty známé jako mega gametofyty (mega = velké, produkují velké vajíčka) a samčí gametofyty se nazývají mikro gametofyty (mikro = malé, produkují malé buňky spermií).

Fúzí mužských a ženských gamet (oplodnění) vzniká diploidní zygota , která se vyvíjí dělením mitotických buněk na mnohobuněčný sporofyt .

Zralý Sporophyte produkuje výtrusy od meiózy , někdy označované jako „ rozdělení snížení “, protože chromozomu páry jsou odděleny jednou pro vytvoření jednotlivých sad.

U mechů a játrovek je gametofyt poměrně velký a sporofyt je mnohem menší strukturou, která není nikdy oddělena od gametofytu. U kapradin , gymnospermů a kvetoucích rostlin (krytosemenných rostlin) jsou gametofyty relativně malé a sporofyt je mnohem větší. V gymnospermech a kvetoucích rostlinách je megagametofyt obsažen ve vajíčku (které se může vyvinout v semeno) a mikrogametofyt je obsažen v pylovém zrnu.

Historie sexuální reprodukce rostlin

Na rozdíl od zvířat jsou rostliny nehybné a nemohou hledat sexuální partnery pro reprodukci. V evoluci raných rostlin transportovaly sperma k reprodukci abiotické prostředky, včetně vody a mnohem později větru . První rostliny byly vodní , jak je popsáno na stránce „ Evoluční historie rostlin “, a uvolňovaly sperma volně do vody, aby mohly být přenášeny proudy. Primitivní suchozemské rostliny, jako jsou játrovky a mechy, měly pohyblivé sperma, které plavalo v tenkém filmu vody nebo bylo stříkáno kapičkami vody z mužských reprodukčních orgánů na ženské orgány. Jak se vyvíjely vyšší a složitější rostliny, vyvíjely se úpravy střídání generací ; v paleozoické éře se progymnospermy reprodukovaly pomocí spór rozptýlených ve větru. Semenné rostliny včetně semenných kapradin , jehličnanů a kordaitů , což byly všechny gymnospermy , se vyvinuly před 350 miliony let; měli pylová zrna, která obsahovala mužské gamety pro ochranu spermií během procesu přenosu z mužských do ženských částí.

Předpokládá se, že hmyz se živí pylem a rostliny se tak vyvinuly tak, že používají hmyz k aktivnímu přenášení pylu z jedné rostliny do druhé. Rostliny produkující semena, mezi něž patří krytosemenné a gymnospermy, mají heteromorfní střídání generací s velkými sporofyty obsahujícími značně redukované gametofyty. Krytosemenné rostliny mají výrazné reprodukční orgány zvané květiny, s plodolisty a samičí gametofyt je značně redukován na embryonální vak samice s pouhými osmi buňkami. Samčí gametofyt se skládá z pylových zrn. Spermie semenných rostlin jsou nepohyblivé, s výjimkou dvou starších skupin rostlin se Cycadophyta a Ginkgophyta , které mají flagell

Kvetoucí rostliny

Kvetoucí rostliny jsou dominantní rostlinnou formou na souši a rozmnožují se sexuálně a asexuálně. Jejich nejvýraznějším rysem jsou často reprodukční orgány, běžně nazývané květiny. Sexuální reprodukce v kvetoucích rostlinách zahrnuje produkci samčích a samičích gamet , přenos mužských gamet na samičí vajíčka v procesu zvaném opylování . Poté, co dojde k opylení, dojde k oplodnění a z vajíček vyrostou semena v ovoci . Poté, co jsou semena připravena k rozptýlení , plody dozrávají a různými způsoby se semena zbavují ovoce a po různě dlouhém čase a za specifických podmínek semena klíčí a rostou do další generace.

Prašník produkuje mužské gametofyty , které jsou pylová zrna , které se vážou k stigmatu na vrcholu carpel , ve kterém jsou umístěny ženské gametofyty (uvnitř ovules). Poté, co pylová trubice proroste stylem plodolisty, sperma z pylového zrna migruje do vajíčka, aby oplodnila vaječnou buňku a centrální buňku uvnitř ženského gametofytu v procesu nazývaném dvojité oplodnění . Výsledná zygota se vyvíjí do embrya, zatímco triploidní endosperm (jedna spermie plus dvojjaderná samičí buňka) a ženské tkáně vajíčka vedou k vývoji okolních tkání ve vyvíjejícím se semenu. Vaječník, který produkoval ženský gametofyt (y), pak roste do ovoce , které obklopuje semeno (semena). Rostliny se mohou opylovat samy nebo křížově .

Opylování

Květ orchideje

V rostlinách, které používají hmyz nebo jiná zvířata k přesunu pylu z jedné květiny na druhou, vyvinuly rostliny značně upravené části květů, aby přilákaly opylovače a usnadnily pohyb pylu z jedné květiny do hmyzu a z hmyzu zpět do další květiny . Květiny větrem opylovaných rostlin obvykle postrádají okvětní lístky nebo sepaly; obvykle se produkuje velké množství pylu a k opylování často dochází na začátku vegetačního období, než listy mohou interferovat s rozptylem pylu. Mnoho stromů a všechny trávy a ostřice jsou opylovány větrem.

Rostliny mají řadu různých způsobů, jak přilákat opylovače, včetně barvy, vůně, tepla, nektarových žláz, jedlého pylu a tvaru květu. Spolu s úpravami zahrnujícími výše uvedené struktury hrají velmi důležitou roli v sexuální reprodukci kvetoucích rostlin další dvě podmínky, první je načasování kvetení a druhá je velikost nebo počet produkovaných květin. Rostlinné druhy mají často několik velkých, velmi okázalých květů, zatímco jiné produkují mnoho malých květů, často se květiny shromažďují do velkých květenství, aby se maximalizoval jejich vizuální efekt a stal se viditelnějším pro procházející opylovače. Květiny jsou přitažlivými strategiemi a sexuální projevy jsou funkčními strategiemi používanými k produkci další generace rostlin, přičemž opylovače a rostliny se vyvíjejí společně, často do výjimečných stupňů, a velmi často přinášejí vzájemný prospěch.

Květinové hlavy zobrazující růžové disky a paprsky.

Největší rodinou kvetoucích rostlin jsou orchideje ( Orchidaceae ), které někteří odborníci odhadují až na 35 000 druhů, které mají často vysoce specializované květiny, které přitahují určitý hmyz k opylování. Tyčinky jsou upraveny tak, aby produkovaly pyl ve shlucích zvaných pollinia , které se přichytí k hmyzu, který leze do květu. Tvary květů mohou nutit hmyz projít pylem, který je k hmyzu „přilepený“. Některé orchideje jsou ještě více specializované, s tvary květů, které napodobují tvar hmyzu, aby je přilákaly, aby se pokusily „spárovat“ s květinami, některé dokonce mají vůně napodobující feromony hmyzu .

Další velkou skupinou kvetoucích rostlin je čeleď Asteraceae nebo slunečnice s téměř 22 000 druhy, které mají také vysoce upravená květenství, což jsou květiny shromážděné společně v hlavách složených ze kompozitu jednotlivých květů zvaných růžičky. Hlavy s kvítky jednoho pohlaví, pokud jsou květy pistilátové nebo funkčně tyčinkové nebo složené ze všech bisexuálních růžiček, se nazývají homogamní a mohou zahrnovat hlavy diskoidního a liguliflorního typu. Některé vyzařující hlavy mohou být také homogamní. Rostliny s hlavami, které mají kvítky dvou nebo více sexuálních forem, se nazývají heterogamní a zahrnují paprskovité a disciformní tvary hlav, i když některé vyzařující hlavy mohou být také heterogamní.

Kapradiny

Kapradiny obvykle produkují velké diploidy se stonkem, kořeny a listy; a na úrodných listech zvaných sporangium , výtrusy jsou vyráběny. Spóry se uvolňují a klíčí za vzniku krátkých, tenkých gametofytů, které jsou typicky ve tvaru srdce, malé a zelené barvy. Gametofyty nebo thallus produkují pohyblivé spermie v antheridii a vaječné buňky v oddělené archegonii . Po deštích nebo když rosa ukládá vodní film, jsou pohyblivé sperma odstříknuty z antheridií, které se normálně vytvářejí na horní straně stěn, a plavou ve vodním filmu do antheridie, kde oplodňují vajíčko. Aby se podpořilo křížení nebo křížové oplodnění, spermie se uvolní dříve, než vajíčka přijmou sperma, což zvyšuje pravděpodobnost, že spermie oplodní vajíčka různých stěn. Zygota je vytvořena po oplodnění, který roste do nového sporofytu rostliny. Podmínka mít oddělené rostliny sporofytů a gametofytů se nazývá střídání generací. Mezi další rostliny s podobnými reprodukčními prostředky patří Psilotum , Lycopodium , Selaginella a Equisetum .

Mechorosty

Mezi mechorosty , které zahrnují játrovky , hlevíky a mechy , reprodukovat oba sexuálně a vegetativně . Gametofyt je nejčastěji známou fází rostliny. Všechny jsou malé rostliny, které rostou na vlhkých místech a jako kapradiny, mají pohyblivé spermie s bičíky a potřebují vodu k usnadnění sexuální reprodukce. Tyto rostliny začínají jako haploidní spór, který roste do dominantní formy, což je mnohobuněčné haploidní tělo s listovými strukturami, které fotosyntetizují . Haploidní gamety jsou produkovány v antheridia a archegonia mitózou. Spermie uvolněné z antheridií reagují na chemikálie uvolňované zralou archegonií a plavou k nim ve filmu vody a oplodňují vajíčka, čímž produkují zygoty, které jsou diploidní. Zygota se dělí mitotickým dělením a roste v sporofyt, který je diploidní. Mnohobuněčný diploidní sporofyt vytváří struktury zvané kapsle spor . Spore kapsle produkují spory meiózou, a když jsou zralé, kapsle prasknou a spóry se uvolní. Mechorosty vykazují značné rozdíly ve svých chovných strukturách a výše uvedené je základní osnovou. U některých druhů je každý gametofyt jedním pohlavím, zatímco jiné druhy produkují jak antheridie, tak archegonia na stejném gametofytu, což je tedy hermafrodit.

Sexuální morfologie

Viz také

Reference

Další čtení

Norman C. Ellstrand (2018). Sex na kuchyňském stole: Romantika rostlin a vaše jídlo . University of Chicago Press. ISBN 978-0226574899.

externí odkazy

Média související s rozmnožováním rostlin na Wikimedia Commons
Jednoduchý video návod na reprodukci v rostlině

Languages

In other projects