БОТАНІКА курс лекцій для здобувачів ступеня вищої освіти «Бакалавр» напряму «Агрономія» - 2016
ЛЕКЦІЯ 6. Розмноження рослин. Вегетативне розмноження. Зміст і завдання систематики рослин
Поняття про розмноження. Розмноження як одна із основних властивостей живих організмів. Способи розмноження рослин. Практичне значення вегетативного розмноження в сільськогосподарській практиці. Безстатеве або нестатеве розмноження, його суть. Органи спороутворення. Типи спор. Спори нестатевого і статевого розмноження. Спороутворення в різних систематичних групах як одна з ознак єдності рослинного світу. Статеве розмноження. Гамети і зигота. Біологічна суть запліднення. Еволюція форм статевого розмноження. Копуляція, кон’югація, соматогамія, гаметангіогамія, зигогамія. Чергування ядерних фаз у життєвому циклі. Утилітарні, штучні, природні та філогенетичні системи рослинного світу. Поняття про таксономічні одиниці (таксони). Бінарна номенклатура К. Ліннея. Вид і внутрішньовидові таксони. Сучасна формальна класифікація організмів. Поняття про вищі і нижчі рослини.
Неклітинні доядерні організми. Віруси і фаги. Загальна характеристика, будова і цикли розвитку вірусів і фагів. Класифікація вірусів. Віруси як збудники захворювань рослин, тварин і людини. Прокаріоти. Царство Дроб’янки (Монера, Прокаріота). Відділ Бактерії. Загальна характеристика. Будова, особливості способу життя, розмноження. Класифікація бактерій. Значення бактерій. Відділ Ціанобактерії (Синьо-зелені водорості). Загальна характеристика. Особливості будови, спосіб життя, розмноження. Основні представники.
Відтворення собі подібних, що забезпечує існування виду в просторі і часі.
Відтворення нащадків - одна із основних властивостей живих організмів, як ріст, живлення тощо. При його відсутності особи не залишають нащадків, а вид вимирає. З утворенням нащадків пов’язані:
- відтворення - загальна властивість орг.-в утворювати подібних до себе нащадків.
- розмноження - загальна властивість орг.-в утворювати нащадків, що супроводжується збільшенням кількості особин даного виду.
Утворення нащадків не завжди веде до розмноження. (кількість дочірніх особин = числу батьківських особин або менша від нього), при цьому нащадки, які заміщують батьків, практично не співіснують з ними в часі. Так само розмноження часто не супроводжується відтворенням (чоловічий щитник спори проростають у заростки, не подібні до материнської рослини, яка утворює спори).
- Прогресивні види - швидко розмножуються, розширюючи свій ареал.
- Стабільні види - сталість кількості особин і ареалу.
- Регресивні (вимираючі ) види - кількість індивідуумів та територія їхнього ареалу скорочується.
Способи розмноження: вегетативне, нестатеве і статеве.
В онтогенезі рослин розмноження може бути одноразовим або багаторазовим, відповідно рослини називаються моно циклічними або полі циклічними. Один і той же організм може розмножуватися і нестатевим і статевим шляхом
Вегетативне розмноження - це розмноження частинами талому, органами або частинами органів рослин, зачатками дочірніх особин (бруньками), здатними розвиватися в самостійну рослину. Потомство, яке утворюється, називається клоном.
Одноклітинні рослини (бактерії, синьо-зелені водорості, діатомові, деякі зелені водорості) - поділ клітин.
Багатоклітинні і великі неклітинні організми (водорості, гриби, лишайники) - розпадаються на частини — найменш досконалий спосіб вег. розмноження.
У грибів — спеціальні одноклітинні пристосування до вегетативного розмноження — конідії, оїдії і хламідоспори.
Форми вегетативного розмноження: синьо-зелені водорості розмножуються гормогоніями, гриби - конідіями, оїдіуми, хламідоспорами, лишайники - іридіями і соредіями, що містять кілька одноклітинних водоростей, обплетених гіфами грибів, вегетативними органами - поділом рослини на частини, надземними і підземними пагонами, листками, коренями.
Природне вегетативне розмноження відбувається в природі без втручання людини. Одно- і дворічні рослини не розмножуються вегетативно.
Найбільш розповсюджене в насіннєвих рослин вегетативне розмноження:
- кореневищами (хвощ, пирій, деревій, бобівник, материнка, меліса, чемериця, валеріана, конвалія).
- цибулинами - трав’янисті рослини - одно сім’ядольні з родини лілійних і амарилісових (цибуля, тюльпан, лілія, пізньоцвіт, черемша, шафран).
- кореневими бульбами - цикламен.
- кореневими паростками - осот польовий, жовтий осот польовий, шипшина, бузок, біла акація, лимонник - пагони розвиваються з додаткових бруньок, які утворюються на коренях. Після відмирання коренів, що сполучали дочірні рослини з материнськими, нові рослини стають самостійними.
- вивідковими бруньками - маленькими зачатковими пагонами, що утворюються в пазухах листків або суцвіттях, опадаючи зх. рослини вони здатні вкорінюватися (бріофітум, росичка), видозмінюються в цибулини - тонконіг бульбастий, лілія або в бульбочками.
- фрагментацією - розділення особини на дві або декілька частин, (частинами стебел) кожна з яких регенерує нову особину - для нитчастих і пластинчастих водоростей, деяких квіткових рослин (елодея канадська - в Європу потрапили лише жіночі особини; кактус опунція, верба).
Штучне вегетативне розмноження
Здійснює людина, пов’язане із хірургічним відокремленням від рослини її частин:
- коли рослина не утворює насіння (безнасінні сорти мандаринів, винограду),
- насінне розмноження не забезпечує збереження властивостей сорту,
- для швидкого розмноження сорту або рослини;
- при вирощуванні персиків на підщепі абрикоса або мигдалю.
Способи:
1) Кореневими паростками - малина, вишня, слива, ожина, обліпиха, лимонник, біла акація, осика тощо.
2) Поділом куща (первоцвіт, стокротки, дельфініум, золотарник канадський), овочеві (щавель, ревінь), лікарські (валеріана, ехінацея, белладонна);
3) Відсадками (аґрус, фікус, гвоздика, троянда, олеандр, азалія, виноград);
4) Розмноження живцями:
- стеблові (зимові і зелені) кореневі і листкові.
- Зимові стеблові живці - виноград, смородина.
- Літні зелені живці - хризантеми, жоржини, огірки, баклажани.
- Кореневі живці - хрін, шипшина, троянд.
- Листкові живці - бегонія, глоксинія, портулак, колеус, гіацинт, томати.
5) (трансплантація) - зрощування зрізаних живців або бруньок
однієї рослини - розмножуваної (прищепи) з іншою - вкоріненою (підщепою).
І.В. Мічурін розробив метод ментора (вихователя) - на основі впливу підщепи на прищепу.
Переваги вегетативного розмноження: при ньому зберігаються сортові ознаки без відхилень, однак може знизитися стійкість, старіють ферментативні системи, скорочується загальний вік рослин.
Нестатеве (безстатеве) розмноження
Здійснюється спеціалізованими зачатками, що утворюються організмом, - зооспорами і спорами (водорості, гриби і всі спорові рослини, крім насінних).
Типи спор: рухливі зооспори з джгутиками, немає твердої полісахаридної оболонки - для нижчих рослин, що живуть у воді.
Нерухливі спори (аплантоспори) не мають органів пересування, пасивно переносяться, захищені твердою оболонкою. Зустрічаються у сухопутних нижчих і для всіх вищих спорових рослин (подвійна оболонка - інтина та екзина).
Спори утворюються в результаті мітозу (мікроспори) або мейозу (мейоспори). Утворюються в спеціальних органах - спорангіях, а зооспори - зооспорангіях - це ендоспори.
Спори - рівноспоровість, різноспоровість (мікроспора і макроспора).
Особливості нестатевого розмноження - висока інтенсивність розмноження; швидке розселення виду як результат високої інтенсивності розмноження; висока однорідність нащадків, які повторюють ознаки і властивості материнської рослини.
Статеве розмноження
Спорове розмноження в ході еволюції вищих рослин не було найефективнішим способом збереження і поширення видів під час конкурентної міжвидової боротьби, оскільки зберігалася значна залежність від води.
Біологічна сутність злиття генетично різнорідного матеріалу, який забезпечує появу генетично різноманітних нащадків з ознаками материнського і батьківського організмів → нащадки більш життєздатні, краще пристосовані до різних умов. Після періоду спокою клітина ділиться і дає початок новій особині.
Типи статевого процесу:
Гаметогамія.
Форми: Ізогамія, Гетерогамія, Оогамія.
Агаметогамія: Хологамія, Кон’югація, Зигогамія, Гаметангіогамія. Статевий процес відсутній у прокаріот і деяких еукаріот.
Цикли відтворення рослин.
Цикл відтворення без чергування поколінь у рослин, які розмножуються одним способом - нестатевим або статевим. При нестатевому - із спор, які формуються в результаті мітотичного поділу →при цьому рослини залишаються гаплоїдними (дейтероміцети, хлорела).
Статеве розмноження. гаплофазний (коли диплоїдною є лише зигота - хламідомонада, спірогіра, улотрикс) та диплофазний (диплоїдна зигота і вегетативне тіло рослини, а гаплоїдними лише гамети - бура водорость фукус).
Цикли відтворення з чергуванням двох поколінь і ядерних фаз - спорофіта (диплоїдна фаза ядра) та гаметофіта (гаплоїдна фаза ядра). - для вищих рослин, деяких зелених і бурих водоростей.
Систематика рослин - одна з найдавніших біологічних наук. Сучасні системи рослин, тварин, грибів і тварин ієрархічні.
Вид Пшениця м’яка
Рід Пшениця
Родина Тонконогові ceae
Порядок Тонконогоцвіті ales
Клас Однодольні psida
Відділ Квіткові phyta
Підцарство Вищі рослини bionta
Царство Рослини Plantae
Надцарство Ядерні організми Eucaryota
Найвищим таксоном є відділ, найнижчим - вид.
Вид - сукупність популяцій особин, здатних до схрещування з утворенням плідних нащадків, які населяють певну територію (ареал), мають низку спільних морфо- та фізіологічних ознак і типи взаємовідносин з абіотичним і біотичним середовищами і відокремлені від інших таких же груп особин несхрещуваністю в природних умовах.
К. Лінней запропонував бінарну номенклатуру.
Міжнародний кодекс ботанічної номенклатури оснований на принципах:
1. Ботанічна незалежна від зоологічної номенклатури.
2. Принцип типифікації.
3. Принцип пріоритета в обнародуванні.
4. Принцип унікальності
5. Принцип універсальності.
Систематика рослин - розділ ботаніки, який вивчає рослини в їхній єдності, встановлює зв’язки і ступінь відмінності між ними, її завдання є опис рослин, найменування, класифікація, розподіл їх за певними групами з урахуванням спорідненості й історичного розвитку. Розрізняють флористичну і філогенетичну систематику.
Органічний світ планети різноманітний поділяють на 7 царств: віруси, дроб’янки, протозоа, хроміста, гриби, рослини, тварини.
На Землі нараховується близько 350 тис. видів рослин, які поділяють на нижчі (сланеві) і вищі (листостеблові).
Царство ВІРУСИ (VIRA)
Відділ VIROPHYTA
Віруси - це найдрібніші доклітинні форми життя, здатні проникати в живі клітини і розмножуватися тільки всередині цих клітин. Мають власний генетичний апарат, який кодує синтез вірусних частинок, використовуючи біосинтетичні й енергетичні можливості клітини - господаря. Є облігатними внутрішньоклітинними паразитами на генетичному рівні. Поширені в біосфері, уражають живі організми усіх груп.
Відкриті в 1886 р. українським мікробіологом М. Гамалією на теляті, хворому на чуму. В 1892 р. російський учений Д. Івановський відкрив віруси на рослинах (тютюнова мозаїка). Термін запропонував у 1899 р. нідерландський ботанік і мікробіолог М. Бейєрінком.
Форми: позаклітинна (вірусні частки або віріони) та внутрішньоклітинна (комплекс «вірус-господар»).
Прості віруси складаються із білкової оболонки і капсиди і нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК). Форма паличкоподібна, сферична, кубічна.
Складні віруси складаються із білкової оболонки, капсиди і нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), можуть містити ліпопротеїдну мембрану, вуглеводи, ферменти.
Бактеріофаги - віруси, що паразитують у клітинах бактерій. Відкриті в 1898 р. мікробіологом і епідеміологом М.Ф. Гамалією. Складається із призматичної головки і відростка, базальної пластинки і нитчастих структур. Внутрішній вміст головки - один або два ланцюжки ДНК чи РНК.
Проникнення:
1 - зіткнення бактеріофага із бактеріальною клітиною;
2 - зовнішня оболонка бактеріофага скорочується, звільняючи частину стрижня, що знаходився у відростку і з силою проникає в клітинну оболонку бактерії;
3 - головки бактеріофага через канал і хвостовий відросток всередину клітини вприскується нуклеїнова кислота;
4 - бактеріальна клітина продукує не свої білки, а нові копії ДНК чи РНК, внаслідок чого клітина поступово гине. Через 15-20 хвилин після пошкодження клітини оболонка її розривається і клітина звільняє потомство, яке налічує кілька сотень нових часток, заражають нові клітини.
Захворювання людини - грип, кір, сказ, поліомієліт, гепатит, натуральна віспа, герпес, СНІД, тощо; захворювання тварин - ящур, чума; захворювання рослин - плямистість і зморшкуватість листків, жовтуха плодів.
ЦАРСТВО ДРОБ’ЯНКИ
Одноклітинні або колоніальні доядерні організми, включає два відділи - бактерії та ціанобактерії (синьо-зелені водорості).
Відділ Бактерії Bacteriophyta
3000 видів одноклітинних, колоніальних або нитчастих доядерних організмів. Відкриті в 1675 році Левенгуком.
Основоположник вчення про м/о - Луї Пастер.
Не мають справжнього ядра, мітохондрій, ЕПР та пластид. Оболонка - пектин, мурен (за хім. складом схожа з клітинною оболонкою ціанобактерій). Зовні вкрита шаром слизу або капсулою, яка міцно прилягає до неї. Цитоплазма густа і містить гранули глікогену, білки та жири. Нуклеїнові кислоти зосереджені в дифузному стані або зосереджені в ядерній зоні - нуклеоїді. В старих клітинах - вакуолі, зелене забарвлення зумовлене пігментом - бактеріохлорофілом, пурпурове - каротиноїди.
Форма: - коккоїдна; бацили; вібріони; спіральні (спірили - закручені в 2-3 оберта; спірохети - в кілька обертів).
Здатні до активного руху (джгутики та ритмічні скорочення клітин). Розміщення джгутиків - 1- багато, на одному кінці на обох кінцях або по всій поверхні. Джгутики - проста фібрілярна нитка із філогенів.
Розмноження:
- проділом навпіл (амітозом);
- за допомогою спор: ендогенних та мікроцист.
У несприятливих умовах - циста. Зберігаються протягом багатьох років при температурі до -180° С та до +250° С.
Живлення - всмоктування поживних речовин через напівпроникну мембрану.
За типом живлення - автотрофи та гетеротрофи.
Дихання - всією поверхнею клітини за допомогою дихальних ферментів.
За відношенням до кисню - аеробні та анаеробні.
Гниття - процес розкладу бактеріями азотовмісних сполук до аміаку і сірководню.
Бродіння - безкисневе розщеплення сполук, що містять вуглеводи.
Типи бродіння:
- молочнокисле бродіння - молочний цукор розщеплюється до молочної кислоти (силосування кормів, квашення овочів, фруктів, грибів);
- маслянокисле бродіння - при нейтральній реакції середовища, утворюється масляна та вугільна кислоти і водень, при кислій реакції - ацетон, бутиловий спирт, вуглекислота й водень;
- пектинове бродіння - за допомогою масляно-кислих бактерій - руйнування пектинових речовин, що склеюють луб’яні пучки льону і конопель;
- оцтовокисле окислення - окислюють спирт до оцтової кислоти.
За класифікацією Красильникова М.О. поділяють на 4 класи:
- Клас справжні бактерії
Одноклітинні, різної форми (бацили, кокки, спірили), утворюють капсулу, здатні до активного руху за допомогою джгутиків, розмножуються поділом або рухливими гонідіями.
- Клас актиноміцети
Утворюють вегетативні структури, аналогічні гіфам грибів. Міцелій актиноміцетів здатний до галуження.
- Клас мікоплазми
Невияснене походження, клітини дрібні, не мають оболонок, утворюють довгі відростки, схожі на гіфи актиноміцетів. Поширені в природі, у тварин, на ґрунтах, компостах - сапрофіти.
- Клас міксобактерії
Найбільш розвинені бактерії, мають оформлене ядро і утворюють плодові тіла. Клітини паличкоподібної або кулястої форми, розмножуються перетяжкою клітини. Рух реактивний. Сапрофіти - розкладання рослинних решток.
- Клас спірохети
Дуже рухливі, звивисту еластичну оболонку. Сапрофіти й паразити (сифіліс, поворотний тиф, інфекційна жовтуха).
Відділ ціанобактерії Cyanophyta
2000 видів у водоймах, ґрунтах, на корі дерев. В Україні - 500 видів. - одноклітинні, колоніальні, рідше багатоклітинні прокаріотичні організми. Клітини мають ригідну оболонку із пектинів, а/к, жирних кислот, ліпополісахаридів і муреїну. Оболонка здатна ослизнюватися із слизових чохлів. Цитоплазма оточена плазмалемою, відсутня типова ЕПС, її функції виконує розвинена мембранна система, до якої крім плазмалеми відносять мембрани тилакоїдів, мезосоми (аналоги мітохондрій) та інші мембранні структури.
Продукт фотосинтезу - глюкопротеїди, полісахариди, волютин.
Клас хроококові
Колоніальні, рідше одноклітинні форми. Колонії прості і складні. Розмноження поділом в одноклітинні форми, а в колоній - фрагментацією колоній. Викликають цвітіння води.
Клас хамесифонові
Епіфітні одноклітинні водорості, прикріплюються до субстрату. Розмножуються спорами. Живуть у прісних і солоних водоймах.
Клас гормогонієві
Нитчасті водорості, у яких протопласти сусідніх клітин сполучаються з допомогою плазмодесм. Розмножуються гормогоніями, деякі - спорами. Спіруліна - в харчуванні. Шкідливі викликають замор риб, масову загибель водоплаваючих птахів, домашніх тварин.