32.1: Maendeleo ya Uzazi na Muundo

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza hatua mbili za maisha ya mmea
• Kulinganisha na kulinganisha gametophytes ya kiume na ya kike na kuelezea jinsi wanavyounda katika angiosperms
• Eleza miundo ya uzazi ya mmea
• Eleza vipengele vya maua kamili
• Eleza maendeleo ya microsporangium na megasporangium katika gymnosperms

Uzazi wa kijinsia unafanyika kwa tofauti kidogo katika makundi tofauti ya mimea. Mimea ina hatua mbili tofauti katika maisha yao: hatua ya gametophyte na hatua ya sporophyte. Gametophyte ya haploid inazalisha gametes ya kiume na ya kike na mitosis katika miundo tofauti ya multicellular. Fusion ya gametes ya kiume na ya wanawake huunda zygote ya diploid, ambayo inakua katika sporophyte. Baada ya kufikia ukomavu, sporophyte ya diploid hutoa spores na meiosis, ambayo hugawanyika na mitosis ili kuzalisha gametophyte haploid. Gametophyte mpya hutoa gametes, na mzunguko unaendelea. Hii ni mbadala ya vizazi, na ni mfano wa uzazi wa mimea (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mchanganyiko wa vizazi katika angiosperms unaonyeshwa katika mchoro huu. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Peter Coxhead)

Mzunguko wa maisha ya mimea ya juu unaongozwa na hatua ya sporophyte, na gametophyte inayozalishwa kwenye sporophyte. Katika ferns, gametophyte ni hai bure na tofauti sana katika muundo kutoka kwa sporophyte ya diploid. Katika bryophytes, kama vile mosses, gametophyte haploid inaendelezwa zaidi kuliko sporophyte.

Wakati wa awamu ya mimea ya ukuaji, mimea huongezeka kwa ukubwa na kuzalisha mfumo wa risasi na mfumo wa mizizi. Wanapoingia katika awamu ya uzazi, baadhi ya matawi huanza kubeba maua. Maua mengi yanazalishwa peke yake, wakati baadhi yanazalishwa katika makundi. Maua hubeba kwenye kilele kinachojulikana kama kipokezi. Umbo la maua, rangi, na ukubwa ni wa pekee kwa kila spishi, na mara nyingi hutumiwa na taxonomists kuainisha mimea.

Uzazi wa kijinsia katika Angiosperms

Maisha ya angiosperms ifuatavyo mbadala ya vizazi vilivyoelezwa hapo awali. Gametophyte ya haploid inabadilisha na sporophyte ya diploid wakati wa mchakato wa uzazi wa ngono wa angiosperms. Maua yana miundo ya uzazi wa mmea.

Maua Muundo

Maua ya kawaida ina sehemu kuu nne-au whorls-inayojulikana kama calyx, corolla, androecium, na gynoecium (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Whorl ya nje ya maua ina miundo ya kijani, yenye majani inayojulikana kama sepals. Sepals, kwa pamoja inayoitwa calyx, kusaidia kulinda bud isiyofunguliwa. Whorl ya pili inajumuisha petal-kwa kawaida, yenye rangi anga-kwa pamoja inayoitwa corolla. Idadi ya sepals na petals hutofautiana kulingana na kama mmea ni monocot au dicot. Katika monocots, petals kawaida namba tatu au wingi wa tatu; katika dicots, idadi ya petals ni nne au tano, au wingi wa nne na tano. Pamoja, calyx na corolla hujulikana kama perianth. Whorl ya tatu ina miundo ya uzazi wa kiume na inajulikana kama androecium. Androecium ina stamens na anthers zilizo na microsporangia. Kikundi cha ndani cha miundo katika maua ni gynoecium, au sehemu ya uzazi wa kike. Carpel ni kitengo cha mtu binafsi cha gynoecium na ina unyanyapaa, mtindo, na ovari. Maua yanaweza kuwa na carpels moja au nyingi.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Sehemu nne kuu za maua ni calyx, corolla, androecium, na gynoecium. Androecium ni jumla ya viungo vyote vya uzazi wa kiume, na gynoecium ni jumla ya viungo vya uzazi wa kike. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mariana Ruiz Villareal)

Ikiwa anther haipo, ni aina gani ya muundo wa uzazi ambayo maua hayawezi kuzalisha? Ni neno gani linalotumiwa kuelezea maua yasiyokwisha kukosa androecium? Ni neno gani linaloelezea maua yasiyokwisha kukosa gynoecium?

Ikiwa whorls zote nne (calyx, corolla, androecium, na gynoecium) zipo, maua yanaelezewa kuwa kamili. Ikiwa sehemu yoyote ya nne haipo, maua hujulikana kama haijakamilika. Maua ambayo yana androecium na gynoecium huitwa kamilifu, androgynous au hermaphrodites. Kuna aina mbili za maua yasiyokwisha: maua yenye staminate yana androecium tu, na maua ya carpellate yana gynoecium tu (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mimea ya mahindi ina staminate (kiume) na maua ya carpellate (kike). Staminate maua, ambayo yanajumuishwa katika tassel kwenye ncha ya shina, huzalisha nafaka za poleni. Maua ya Carpellate yanajumuishwa katika masikio machafu. Kila aina ya hariri ni unyanyapaa. Kernels ya mahindi ni mbegu zinazoendelea kwenye sikio baada ya mbolea. Pia inavyoonekana ni shina la chini na mizizi.

Ikiwa maua ya kiume na ya kike yanazalishwa kwenye mmea huo, spishi huitwa monoecious (maana yake “nyumba moja”): mifano ni mahindi na pea. Spishi zilizo na maua ya kiume na ya kike yanayotokana na mimea tofauti huitwa dioecious, au “nyumba mbili,” mifano ambayo ni C. papaya na Cannabis. Ovari, ambayo inaweza kuwa na ovules moja au nyingi, inaweza kuwekwa juu ya sehemu nyingine ya maua, ambayo inajulikana kama mkuu; au, inaweza kuwekwa chini ya sehemu nyingine ua, inajulikana kama duni (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Lily (a) ni maua bora, ambayo ina ovari juu ya sehemu nyingine za maua. (b) Fuchsia ni maua duni, ambayo ina ovari chini ya sehemu nyingine za maua. (mikopo picha: mabadiliko ya kazi na Benjamin Zwittnig; mikopo b picha: mabadiliko ya kazi na “Koshy Koshy” /Flickr)

Gametophyte ya kiume (nafaka ya poleni)

Gametophyte ya kiume inakua na kufikia ukomavu katika anther ndogo. Katika viungo vya uzazi wa kiume, maendeleo ya poleni hufanyika katika muundo unaojulikana kama microsporangium (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Microsporangia, ambayo kwa kawaida ni bi-lobed, ni sac poleni ambayo microspores kuendeleza katika nafaka poleni. Hizi hupatikana katika anther, ambayo ni mwisho wa stamen-filament ndefu ambayo inasaidia anther.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Inavyoonekana ni (a) sehemu ya msalaba wa anther katika hatua mbili za maendeleo. Anther ndogo (juu) ina microsporangia nne, au sac za poleni. Kila microsporangium ina mamia ya seli za mama za microspore ambazo kila mmoja hutoa nafaka nne za poleni. Tapetum inasaidia maendeleo na kukomaa kwa nafaka za poleni. Baada ya kukomaa kwa poleni (chini), kuta za poleni za sac zinagawanyika wazi na nafaka za poleni (gametophytes za kiume) zinatolewa. (b) Katika micrographs hizi za elektroni za skanning, sac za poleni ziko tayari kupasuka, ikitoa nafaka zao. (mikopo b: mabadiliko ya kazi na Robert R. hekima; data ya wadogo kutoka Matt Russell)

Ndani microsporangium microspore mama kiini mgawanyiko meiosis kutoa kupanda kwa microspores nne, ambayo kila hatimaye kuunda poleni nafaka (Mtini.\(\PageIndex{6}\)). Safu ya ndani ya seli, inayojulikana kama tapetum, hutoa lishe kwa microspores zinazoendelea na huchangia vipengele muhimu kwenye ukuta wa poleni. Mbegu za poleni za kukomaa zina seli mbili: kiini cha kuzalisha na kiini cha bomba la poleni. Kiini cha kuzalisha kinapatikana ndani ya seli kubwa ya poleni ya tube. Baada ya kuota, kiini cha tube huunda tube ya poleni kwa njia ambayo kiini cha generative kinahamia kuingia kwenye ovari. Wakati wa usafiri wake ndani ya tube ya poleni, kiini cha kuzalisha hugawanyika ili kuunda gameti mbili za kiume (seli za mbegu). Baada ya ukomavu, microsporangia ilipasuka, ikitoa nafaka za poleni kutoka kwa anther.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Poleni huendelea kutoka seli za mama za microspore. Mbegu ya poleni ya kukomaa inajumuisha seli mbili: kiini cha tube ya poleni na kiini cha kuzalisha, kilicho ndani ya kiini cha tube. Mbegu ya poleni ina vifuniko viwili: safu ya ndani (intine) na safu ya nje (exine). Inset skanning elektroni micrograph inaonyesha Arabidopsis lyrata poleni nafaka. (mikopo “poleni micrograph”: mabadiliko ya kazi na Robert R. Wise; data ya kiwango cha bar kutoka Matt Russell)

Kila nafaka ya poleni ina vifuniko viwili: exine (mzito, safu ya nje) na intine (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Exine ina sporopollenin, dutu tata ya kuzuia maji ya mvua inayotolewa na seli za tapetal. Sporopollenin inaruhusu poleni kuishi chini ya hali mbaya na kufanywa na upepo, maji, au mawakala wa kibiolojia bila kuharibiwa.

Gametophyte ya kike (Sac ya Kiinitete)

Wakati maelezo yanaweza kutofautiana kati ya aina, maendeleo ya jumla ya gametophyte ya kike ina awamu mbili tofauti. Kwanza, katika mchakato wa megasporogenesis, kiini kimoja katika megasporangium ya diploid -eneo la tishu katika ovules-hupata meiosis kuzalisha megaspores nne, moja tu ambayo huishi. Wakati wa awamu ya pili, megagametogenesis, megaspore ya haploidi inayoendelea hupitia mitosis ili kuzalisha nucleate nane, gametophyte ya kike ya seli saba, inayojulikana pia kama megagametophyte au kifuko cha kiinitete. Mbili ya nuclei-nuclei polar -hoja kwa ikweta na fyuzi, na kutengeneza moja, diploid kati kiini. Kiini hiki cha kati baadaye kinaunganisha na mbegu za kiume ili kuunda endosperm ya triploidi. Nuclei tatu hujiweka kwenye mwisho wa mfuko wa kiinitete kinyume na micropyle na kuendeleza ndani ya seli za antipodal, ambazo baadaye hupungua. Kiini kilicho karibu na micropyle kinakuwa gamete ya kike, au kiini cha yai, na viini viwili vilivyo karibu vinaendelea kuwa seli za synergid (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). Synergids husaidia kuongoza tube ya poleni kwa mbolea yenye mafanikio, baada ya hapo hugawanyika. Mara baada ya mbolea kukamilika, zygote inayosababisha diploid inakua ndani ya kiinitete, na ovule ya mbolea huunda tishu nyingine za mbegu.

Uingizaji wa layered mbili hulinda megasporangium na, baadaye, mfuko wa kiinitete. Integument itaendelea katika kanzu ya mbegu baada ya mbolea na kulinda mbegu nzima. Ukuta wa ovule utakuwa sehemu ya matunda. Vikwazo, wakati wa kulinda megasporangium, usiifunge kabisa, lakini uacha ufunguzi unaoitwa micropyle. Micropyle inaruhusu tube ya poleni kuingia gametophyte ya kike kwa mbolea.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Kama inavyoonekana katika mchoro huu wa mfuko wa kiinitete katika angiosperms, ovule inafunikwa na integuments na ina ufunguzi unaoitwa micropyle. Ndani ya kifuko cha kiinitete ni seli tatu za antipodal, synergids mbili, kiini cha kati, na kiini cha yai.

Mfuko wa kiinitete haupo synergids. Ni athari gani maalum unayotarajia hii kuwa na mbolea?

1. Bomba la poleni halitaweza kuunda.
2. Bomba la poleni litaunda lakini halitaongozwa kuelekea yai.
3. Mbolea haitatokea kwa sababu synergid ni yai.
4. Mbolea itatokea lakini kiinitete hakiwezi kukua.

Uzazi wa kijinsia katika Gymnosperms

Kama ilivyo na angiosperms, maisha ya gymnosperm pia yanajulikana kwa mbadala ya vizazi. Katika conifers kama vile pines, sehemu ya majani ya kijani ya mmea ni sporophyte, na mbegu zina gametophytes ya kiume na ya kike (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Koni za kike ni kubwa kuliko mbegu za kiume na zimewekwa kuelekea juu ya mti; mbegu ndogo, za kiume ziko katika kanda ya chini ya mti. Kwa sababu poleni hupigwa na kupigwa na upepo, utaratibu huu hufanya iwe vigumu kwa gymnosperm kujitegemea.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Picha hii inaonyesha mzunguko wa maisha ya conifer. Poleni kutoka kwa mbegu za kiume hupiga matawi ya juu, ambako huzalisha mbegu za kike. Mifano huonyeshwa kwa mbegu za kike na za kiume. (mikopo “kike”: mabadiliko ya kazi na “Mwanajiografia” /Wikimedia Commons; mikopo “kiume”: mabadiliko ya kazi na Roger Griffith)

Kiume Gametophyte

Koni ya kiume ina mhimili wa kati ambayo bracts, aina ya jani iliyobadilishwa, imeunganishwa. Bracts hujulikana kama microsporophylls (Kielelezo\(\PageIndex{9}\)) na ni maeneo ambapo microspores itaendeleza. Microspores kuendeleza ndani ya microsporangium. Ndani ya microsporangium, seli zinazojulikana kama microsporocytes zinagawanywa na meiosis kuzalisha microspores nne za haploidi. Zaidi ya mitosis ya microspore hutoa nuclei mbili: kiini cha kuzalisha, na kiini cha tube. Baada ya ukomavu, gametophyte ya kiume (poleni) hutolewa kutoka kwa mbegu za kiume na hutolewa na upepo wa ardhi kwenye koni ya kike.

Unganisha na Kujifunza

Tazama video hii kuona mwerezi ikitoa poleni yake katika upepo.

Gametophyte ya kike

Koni ya kike pia ina mhimili wa kati ambayo bracts inayojulikana kama megasporophylls (Kielelezo\(\PageIndex{9}\)) iko. Katika koni ya kike, seli za mama za megaspore zipo katika megasporangium. Kiini cha mama cha megaspore kinagawanyika na meiosis ili kuzalisha megaspores nne za haploidi. Moja ya megaspores hugawanyika kuunda gametophyte ya kike ya multicellular, wakati wengine hugawanyika kuunda muundo wote. Gametophyte ya kike iko ndani ya muundo unaoitwa archegonium.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Mfululizo huu wa micrographs unaonyesha gametophytes ya kiume na kike ya gymnosperm. (a) Koni hii ya kiume, iliyoonyeshwa katika sehemu ya msalaba, ina takriban microsporophylls 20, ambayo kila mmoja hutoa mamia ya gametophytes ya kiume (nafaka za poleni). (b) Mbegu za poleni zinaonekana katika microsporophyll hii moja. (c) Micrograph hii inaonyesha nafaka ya poleni ya mtu binafsi. (d) Sehemu hii ya msalaba wa koni ya kike inaonyesha sehemu za megasporophylls 15. (e) Ovule inaweza kuonekana katika megasporophyll hii moja. (f) Ndani ya ovule hii moja ni kiini mama cha megaspore (MMC), micropyle, na nafaka ya poleni. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Robert R. Wise; data ya kiwango cha bar kutoka Matt Russell)

Mchakato wa Uzazi

Baada ya kutua kwenye koni ya kike, kiini cha tube cha poleni huunda tube ya poleni, kwa njia ambayo kiini cha generative kinahamia kuelekea gametophyte ya kike kupitia micropyle. Inachukua takriban mwaka mmoja kwa tube ya poleni kukua na kuhamia kuelekea gametophyte ya kike. Gametophyte ya kiume iliyo na kiini cha kuzalisha hugawanyika katika viini viwili vya mbegu, moja ambayo huunganisha na yai, wakati mwingine hupungua. Baada ya mbolea ya yai, zygote ya diploid hutengenezwa, ambayo hugawanyika na mitosis ili kuunda kiinitete. Mizani ya mbegu imefungwa wakati wa maendeleo ya mbegu. Mbegu inafunikwa na kanzu ya mbegu, inayotokana na sporophyte ya kike. Maendeleo ya mbegu inachukua mwingine miaka miwili. Mara baada ya mbegu kuwa tayari kutawanywa, bracts ya mbegu za kike hufunguliwa ili kuruhusu kutawanyika mbegu; hakuna malezi ya matunda yanayotokea kwa sababu mbegu za gymnosperm hazina kifuniko.

Angiosperms dhidi ya Gymnosperms

Uzazi wa Gymnosperm hutofautiana na ule wa angiosperms kwa njia kadhaa (Kielelezo\(\PageIndex{10}\)). Katika angiosperms, gametophyte ya kike ipo katika muundo uliofungwa-ovule-ambayo iko ndani ya ovari; katika gymnosperms, gametophyte ya kike iko kwenye bracts zilizo wazi za koni ya kike. Mbolea mbili ni tukio muhimu katika maisha ya angiosperms, lakini haipo kabisa katika gymnosperms. Miundo ya gametophyte ya kiume na ya kike iko kwenye mbegu tofauti za kiume na za kike katika gymnosperms, wakati katika angiosperms, ni sehemu ya maua. Mwishowe, upepo una jukumu muhimu katika pollination katika gymnosperms kwa sababu poleni ni barugumu na upepo kutua juu ya mbegu kike. Ingawa angiosperms nyingi pia ni upepo-pollinated, pollination ya wanyama ni ya kawaida zaidi.

Kielelezo\(\PageIndex{10}\): (a) Angiosperms ni mimea ya maua, na ni pamoja na nyasi, mimea, vichaka na miti mingi, wakati (b) gymnosperms ni conifers. Wote huzalisha mbegu lakini wana mikakati tofauti ya uzazi. (mikopo a: muundo wa kazi na Wendy Cutler; mikopo b: muundo wa kazi na Lews Castle UHI)

Unganisha na Kujifunza

Tembelea tovuti hii ili uone uhuishaji wa mchakato wa mbolea mara mbili wa angiosperms.

Muhtasari

Maua yana miundo ya uzazi ya mmea. Maua yote kamili yana whorls nne: calyx, corolla, androecium, na gynoecium. Stamens hujumuishwa na anthers, ambayo nafaka za poleni zinazalishwa, na kamba inayounga mkono inayoitwa filament. Poleni ina seli mbili - kiini generative na kiini tube- na ni kufunikwa na tabaka mbili aitwaye intine na exine. Carpels, ambayo ni miundo ya uzazi wa kike, inajumuisha unyanyapaa, mtindo, na ovari. Gametophyte ya kike hutengenezwa kutoka kwa mgawanyiko wa mitotic wa megaspore, na kutengeneza sac nane ya nuclei ovule. Hii inafunikwa na safu inayojulikana kama integument. Integument ina ufunguzi unaoitwa micropyle, kwa njia ambayo tube ya poleni huingia kwenye mfuko wa kiinitete.

Sporophyte ya diploid ya angiosperms na gymnosperms ni hatua ya wazi na ya muda mrefu ya mzunguko wa maisha. Sporophytes kutofautisha miundo maalumu ya uzazi inayoitwa sporangia, ambayo ni kujitolea kwa uzalishaji wa spores. Microsporangium ina seli za mama za microspore, ambazo hugawanyika na meiosis ili kuzalisha microspores ya haploid. Microspores huendeleza kuwa gametophytes ya kiume ambayo hutolewa kama poleni. Megasporangium ina seli za mama za megaspore, ambazo hugawanyika na meiosis ili kuzalisha megaspores ya haploid. Megaspore inakua katika gametophyte ya kike iliyo na yai ya haploidi. Sporophyte mpya ya diploid hutengenezwa wakati gamete ya kiume kutoka nafaka ya poleni inaingia kwenye mfuko wa ovule na kuimarisha yai hii.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Ikiwa anther haipo, ni aina gani ya muundo wa uzazi ambayo maua hayawezi kuzalisha? Ni neno gani linalotumiwa kuelezea maua ambayo kwa kawaida haipo androecium? Ni neno gani linaloelezea maua yasiyopungua gynoecium?

Jibu

Poleni (au mbegu); carpellate; staminate.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Mfuko wa kiinitete haupo synergids. Ni athari gani maalum unayotarajia hii kuwa na mbolea?

1. Bomba la poleni halitaweza kuunda.
2. Bomba la poleni litaunda lakini halitaongozwa kuelekea yai.
3. Mbolea haitatokea kwa sababu synergid ni yai.
4. Mbolea itatokea lakini kiinitete hakiwezi kukua.

Jibu

B: Bomba la poleni litaunda lakini halitaongozwa kuelekea yai.

faharasa

androecium

jumla ya stamens zote katika maua

antipodals

seli tatu mbali na micropyle

toka nje

kifuniko cha nje cha poleni

gametophyte

hatua ya multicellular ya mmea ambayo inatoa kupanda kwa gametes haploid au spores

gynoecium

jumla ya carpels wote katika maua

intine

kitambaa cha ndani cha poleni

megagametogenesis

awamu ya pili ya maendeleo ya gametophyte kike, wakati ambapo kuishi haploidi megaspore hupitia mitosis kuzalisha nucleate nane, saba kiini gametophyte kike, pia inajulikana kama megagametophyte au kifuko kiinitete.

megasporangium

tishu kupatikana katika ovari kwamba inatoa kupanda kwa gamete kike au yai

megasporogenesis

awamu ya kwanza ya maendeleo ya gametophyte ya kike, wakati ambapo seli moja katika megasporangium ya diploid hupata meiosis kuzalisha megaspores nne, moja tu ambayo huishi

megasporophyll

bract (aina ya jani iliyobadilishwa) kwenye mhimili wa kati wa gametophyte ya kike

micropyle

ufunguzi juu ya mfuko ovule kwa njia ambayo tube poleni wanaweza kupata kuingia

microsporangium

tishu ambayo inatoa kupanda kwa microspores au nafaka poleni

microsporophyll

mhimili wa kati wa koni ya kiume ambayo bracts (aina ya jani iliyobadilishwa) imeunganishwa

perianth

(pia, petal au sepal) sehemu ya maua yenye calyx na/au corolla; hufanya bahasha ya nje ya maua

nuclei ya polar

hupatikana katika mfuko wa ovule; fusion na kiini kimoja cha mbegu huunda endosperm

sporophyte

hatua ya diploid ya multicellular katika mimea ambayo hutengenezwa baada ya fusion ya gametes ya kiume na ya kike

yenye ushirikiano

aina ya seli kupatikana katika mfuko ovule kwamba secretes kemikali kuongoza tube poleni kuelekea yai