Oplodnenie krytosemenných rastlín

Krytosemenné rastliny (Angiospermae, Angiospermatophyta) sú veľký taxón rastlín. Sú to semenné rastliny, ktoré majú semená ukryté v plode.

Kvet je reprodukčným orgánom rastlín, ktorého úlohou je tvorba pohlavných buniek, slúžiacich na rozmnožovanie a zachovanie druhu. Reprodukčné orgány semenných rastlín sú listového pôvodu.

Postavenie krytosemenných rastlín medzi semennými rastlinami

Semenné rastliny patria medzi najvyššie organizované mnohobunkové vyššie rastliny. Ich telo má koreň, stonku a listy s diferencovanými pletivami, pričom vytvárajú kvety a semená.

• Nahosemenné rastliny majú semeno voľne uložené.
• Krytosemenné rastliny majú semená kryté v plodolistoch a uložené v plode.

U nahosemenných rastlín (borovicorastov) vzniká tzv. nepravý kvet: v samčích šištičkách sa tvoria peľové zrnká a na semenných šupinách samičích šištičiek sa vytvárajú 2 nahé vajíčka.

U krytosemenných rastlín (magnóliorastov) vzniká tzv. pravý kvet. Kvety vyrastajú na skrátenej a sploštenej časti stonky, ktorá sa nazýva kvetné lôžko. Kvetné časti sú uložené v kvetnom lôžku.

Stavba kvetu krytosemenných rastlín

V úplnom kvete sa rozlišujú:

• kvetné obaly,
• vlastné reprodukčné orgány,
• kvetné lôžko.

Hlavnými časťami kvetu sú lupienky, piestik, tyčinky, vajíčko a kališné lístky.

Kvetné obaly

Kvetné obaly môžu byť nerozlíšené farbou a tvarom alebo rozlíšené farbou a tvarom.

Nerozlíšené kvetné obaly

Nerozlíšené kvetné obaly tvoria okvetné lístky (tepalus). Ich súbor sa nazýva okvetie (perigon).

Rozlíšené kvetné obaly

Rozlíšené kvetné obaly tvoria kalich a koruna.

• Kalich (calyx) je vytvorený z kališných lístkov (sepala). Predstavuje vonkajšiu časť obalov, má ochrannú funkciu a väčšinou je zelený.
• Koruna (corolla) je vytvorená z korunných lístkov (petala). Predstavuje vnútornú časť obalov, väčšinou je pestro sfarbená a láka opeľovače.

Vlastné reprodukčné orgány

Vlastné reprodukčné orgány zabezpečujú pohlavné rozmnožovanie.

Samčím reprodukčným orgánom je tyčinka (stamen) a samičím reprodukčným orgánom je plodolist (karpela). Zrastením jedného alebo viacerých plodolistov vzniká piestik.

Tyčinka

Tyčinky krytosemenných rastlín sú rozlíšené na peľnicu (anthem) a nitku (filamentum).

Peľnica obsahuje 2 peľové vrecká a 4 peľové komôrky. Peľové komôrky sú samčie výtrusnice, teda mikrosporangiá.

V peľových komôrkach sa nachádza peľotvorné pletivo. Jeho delením vznikajú materské peľové bunky. Z nich meiózou vznikajú haploidné peľové zrnká, ktoré sa označujú aj ako mikrospóry alebo samčie výtrusy.

Samčie pohlavné orgány sú tyčinky. V tyčinkách vznikajú peľové komôrky a v nich peľové zrnká.

Peľové zrná, teda samčí gametofyt, vznikajú v peľniciach. Ich povrch chráni pevná vonkajšia exina a vnútorná tenká intina.

V čase zrelosti sa peľové zrnká skladajú z jednej vegetatívnej a jednej generatívnej bunky alebo z jednej vegetatívnej a dvoch generatívnych buniek.

Zrelé peľové zrnko krytosemenných rastlín tvoria tri bunky: jedna vegetatívna bunka, ktorá zabezpečuje rast peľovej trubice, a dve samčie neobrvené bunky, takzvané spermácie.

Plodolist a piestik

U krytosemenných rastlín je plodolist zrastením jedného alebo viacerých plodolistov premenený na piestik.

Piestik má 3 časti:

• blizna,
• čnelka,
• semenník.

Z delivého pletiva plodolistu, ktoré sa nazýva placenta, vzniká vajíčko.

Vajíčko je chránené plodolistami, ktoré niekedy zrastajú a vytvárajú piestik. V jednom piestiku sa môže nachádzať aj viac vajíčok.

Zrastením viacerých samičích pohlavných orgánov - výtrusníc - vzniká vajíčko, teda prostredná výtrusnica, a vajíčkové obaly, teda ostatné výtrusnice.

Obaly vajíčka, integumenty, sú dva, vzácnejšie jeden, a obrastajú celé vajíčko. Na vrchole však zostáva nezrastený otvor, ktorý sa nazýva peľový vchod.

Gametofyt a sporofyt

Rodozmena (metagenéza) predstavuje životný cyklus charakterizovaný striedaním dvoch geneticky odlišných generácií.

Fúziou haploidných gamét vzniká diploidná zygota, čím sa cyklus neustále opakuje a generácie sa striedajú.

Gametofyt

Gametofyt, teda pohlavná generácia, tvoria bunky s jedným súborom chromozómov, čiže s haploidným počtom n. Vzniká mitotickým delením zo spóry.

Neskôr vytvára pohlavné orgány, gametangiá, ktoré mitózou produkujú pohlavné bunky, gaméty.

Pri semenných rastlinách je gametofyt extrémne zredukovaný a trvalo ukrytý v materskom sporofyte.

Samičí gametofyt krytosemenných rastlín je zredukovaný len na 7 buniek, teda zárodočný vak, a samčí gametofyt dokonca len na 2-3 bunky, teda peľové zrnko.

Sporofyt

Sporofyt, teda nepohlavná generácia, disponuje homologickými chromozómami, čiže diploidným počtom 2n. Vzniká mitotickým delením zygoty.

V semene krytosemennej rastliny je uložené embryo. Za vhodných podmienok začne semeno klíčiť a vyrastá z neho diploidný sporofyt. V čase pohlavnej dospelosti sa na rastline, sporofyte, utvoria kvety.

Prechod rastlín na súš znamenal evolučný tlak na ochranu citlivých fáz. Vývoj smeroval k posilneniu diploidného sporofytu a redukcii haploidného gametofytu.

Vývin samičieho gametofytu

Samičí gametofyt, nazývaný aj zárodočný miešok alebo zárodočný vak, sa vyvíja vo vajíčku semenníka.

V mnohobunkovom vajíčku vzniká jedna veľká bunka - materská bunka zárodočného mieška. Tá vstupuje do redukčného, teda meiotického delenia, po ktorom vzniknú 4 haploidné bunky.

Tri z nich zaniknú a štvrtá sa nazýva jednobunkový mladý zárodočný miešok.

V ňom prebehnú 3 mitotické delenia a vznikne 8-jadrový 7-bunkový útvar.

V jeho strede vzniká diploidné centrálne jadro a k hornému koncu útvaru sa premiestni vajcová bunka - oosféra.

Antipódy a synergidy po oplodnení zaniknú.

Opelenie krytosemenných rastlín

Peľové zrnko sa musí nejakým spôsobom dostať na bliznu piestika, napríklad za pomoci vetra alebo živočíchov.

Tento proces sa nazýva opelenie.

Opelenie je prenos peľu na bliznu.

Samoopelenie a cudzoopelenie

Podľa pôvodu peľu rozlišujeme samoopelenie, teda autogamiu, a cudzoopelenie, teda alogamiu.

• Samoopelenie nastáva vtedy, keď sa peľ prenáša na bliznu toho istého kvetu alebo tej istej rastliny.
• Cudzoopelenie nastáva vtedy, keď peľ pochádza z iného jedinca toho istého druhu.

Rastliny sa samoopeleniu bránia autoinkompatibilitou, čo je biochemický blok, alebo časovým nesúladom dozrievania orgánov.

Dômyselný priestorový mechanizmus na podporu cudzoopelenia využíva prvosienka jarná.

Jednotlivé rastliny tvoria buď kvety s dlhými čnelkami a krátkymi tyčinkami, alebo presne naopak, čo priamo núti hmyz prenášať peľ výhradne medzi rôznymi jedincami.

Klíčenie peľového zrnka

Ak na bliznu dopadne správny peľ, prítomný vápnik, bór a fytohormóny ho okamžite stimulujú ku klíčeniu.

Na blizne začne peľové zrnko klíčiť a vzniká peľové vrecúško.

Vegetatívna bunka zabezpečuje rast peľovej trubice, ktorá preniká cez čnelku smerom k semenníku.

Peľové vrecúško preniká až k vajíčku. Peľová trubica vstupuje do vajíčka cez peľový vchod.

Dvojité oplodnenie krytosemenných rastlín

Proces dvojitého oplodnenia je unikátom krytosemenných rastlín.

Po vniknutí trubice do vajíčka prebehnú dve splynutia súčasne.

1. Prvá spermácia splynie s oosférou, čím vzniká diploidná zygota, z ktorej sa vyvinie budúce embryo.
2. Druhá spermácia splynie s centrálnou bunkou, čím vzniká bunka s triploidným jadrom.

Jedna generatívna bunka oplodní vajcovú bunku, z ktorej vznikne zygota. Zygota sa postupným mitotickým delením mení na zárodok budúcej rastliny, teda embryo.

Druhá generatívna bunka oplodní centrálne jadro, ktoré je však už pred oplodnením diploidné, preto oplodnením vzniká triploidná bunka.

Z tejto bunky sa utvorí triploidný sekundárny endosperm, ktorý vyživuje embryo.

Premena vajíčka na semeno a vznik plodu

Vajíčko sa postupne zmení na semeno a plodolisty na oplodie.

Z oplodneného vajíčka sa vyvíja semeno chránené pevným osemením, teda testou, ktoré vzniklo z pôvodných vajíčkových obalov.

V semene je uložené embryo.

Pre úspešný vývin a následné klíčenie sa v semene, predovšetkým v endosperme, koncentrujú kľúčové živiny a veľké množstvo fosforu.

Semeno následne stratí väčšinu vody, pričom jej obsah klesne na 5-20 %, a prechádza do ochranného stavu spánku, ktorý sa nazýva dormancia.

Krytosemenné rastliny majú semená ukryté v plode. Vzniku plodu predchádza obojpohlavný alebo jednopohlavný kvet.

Oplodnenie a pohlavné rozmnožovanie

Z fyziologického hľadiska rozdeľujeme spôsoby rozmnožovania rastlín do dvoch skupín: nepohlavné rozmnožovanie a pohlavné rozmnožovanie.

Pohlavné rozmnožovanie spája genetický materiál dvoch jedincov, čím zabezpečuje nevyhnutnú genetickú variabilitu.

Nová rastlina vzniká zo zygoty, produkovanej splynutím dvoch haploidných gamét.

Výnimočne môže semeno vzniknúť aj úplne bez oplodnenia. V zoológii sa vývin z neoplodneného vajíčka nazýva partenogenéza, no v botanike tento jav produkcie klonálneho semena označujeme ako apomixia.

Pohlavnosť kvetu

Podľa prítomnosti reprodukčných orgánov rozlišujeme viacero typov kvetov a rastlín.

• Obojpohlavný kvet má prítomné tyčinky aj piestiky.
• Jednopohlavný kvet môže byť samčí, teda s tyčinkami, alebo samičí, teda s piestikmi.
• Rastlina jednodomá má na jednej rastline oddelené samčie aj samičie kvety.
• Rastlina dvojdomá má na jednej rastline len samčie kvety a samičie kvety sa nachádzajú na inej rastline.
• Rastlina polygomická nesie kvety obojpohlavné aj jednopohlavné, samčie aj samičie.

Súmernosť kvetu

• Zygomorfný kvet je súmerný podľa jednej roviny súmernosti, napríklad fialka.
• Aktinomorfný kvet je pravidelný, lúčovitý a má viac rovín súmernosti, napríklad iskerník.
• Asymetrický kvet je nepravidelný a nemá rovinu súmernosti, napríklad valeriána.

Rozdiel medzi oplodnením nahosemenných a krytosemenných rastlín

Nahosemenné rastliny nemajú bliznu ani kvetné obaly, preto peľ prechádza priamo k vajíčku.

Opelenie nahosemenných rastlín zabezpečuje zvyčajne vietor.

Oplodnenie pri nahosemenných rastlinách zabezpečuje len jedna samčia gaméta, pretože druhá zaniká. Dvojité oplodnenie je typické pre krytosemenné rastliny.

Nahosemenné rastliny nemajú kvety v pravom zmysle slova. Ich súkvetia predstavujú šištičky.

Šištičky nahosemenných rastlín

U nahosemenných rastlín súkvetia predstavujú šištičky.

Samčia šištička

Samčiu šištičku tvorí vreteno so závitnicovito usporiadanými výtrusnými listami, teda tyčinkami.

Tyčinky nahosemenných rastlín sú šupinovité a ploché s väčším počtom peľových komôrok.

Samičia šištička

Samičiu šištičku tvorí vreteno a závitnicovito usporiadané podporné listene. V ich pazuchách sa nachádzajú semenné šupiny a na nich 2 nahé vajíčka.

Obal vajíčka má na vrchole otvor s kvapkou tekutiny, ktorá sa nazýva polinačná kvapka. Na ňu dopadajú peľové zrnká.

Tekutina pomaly vysychá a zrnká prenikajú do vajíčka, kde v peľovom vrecúšku vyklíčia. Z neho sa uvoľnia dve spermatické bunky.

Krytosemenné rastliny podľa klíčnych listov

Krytosemenné rastliny sa delia na jednoklíčnolistové a dvojklíčnolistové rastliny.

Krytosemenné rastliny predstavujú najdokonalejšiu skupinu rastlín. Vajíčko je ukryté v piestiku a semená sú ukryté v plodoch. Typické je dvojité oplodnenie dvoma spermatickými bunkami a opelenie prebieha prenosom peľového zrnka na bliznu piestika.

Príklady dvojklíčnolistových krytosemenných rastlín

Čeľaď makovité

Makovité sú byliny, v stonke majú mliečnice, korunné lupienky majú pokrčený vzrast a plodom je tobolka alebo nažka.

Čeľaď kapustovité

Kapustovité sú hospodársky významné rastliny. Obsahujú idioblasty, ktoré im dodávajú charakteristickú kapustovitú horkastú chuť.

Plodom sú šešule a šešulky.

Kapusta obyčajná (Brassica oleracea) je spravidla dvojročná bylina. U nás sa pestuje vo viacerých odrodách ako zelenina.

Najviac sa používa kapusta hlávková, a to forma biela alebo červená.

Ďalšie odrody kapusty obyčajnej sú kel hlávkový, kel ružičkový, kaleráb a karfiol.

Ako olejnina sa pestuje repka olejka. Ako zelenina reďkev siata a chren dedinský. Patrí tu aj horčica biela, zo semien ktorej sa vyrába horčica.

Do tejto čeľade patria aj mnohé buriny, napríklad kapsička pastierska a peniažtek roľný.

Čeľaď bôbovité

Na koreňoch bôbovitých rastlín sú hľuzky so symbiotickými nitrifikačnými baktériami.

Pre kvet je typické, že kališné lístky zrastajú a korunné lupienky sú voľné.

Koruna má podobu striešky, dvoch krídel a člnka, ktorý tvoria čiastočne zrastené dva dolné korunné lupienky.

Plodom je struk. Bôbovité rastliny obsahujú veľa bielkovín.

Medzi hospodársky významné druhy patrí hrach siaty, fazuľa záhradná, šošovica jedlá a sója fazuľová.

Čeľaď ružovité

Ružovité sú dreviny aj byliny. Plodmi sú mechúriky, nažky, kôstkovice a malvice.

Medzi zástupcov patria ruža šípová, jahoda obyčajná, ostružina malinová, ostružina černicová, slivka trnková, slivka domáca, čerešňa vtáčia, čerešňa višňová, marhuľa, broskyňa, jabloň a hruška.

Plodom jahody obyčajnej je plodstvo nažiek na dužinatom lôžku.

Plodom ostružiny malinovej a ostružiny černicovej je plodstvo kôstkovičiek.

Čeľaď ľuľkovité

Ľuľkovité sú byliny, ktorých plodom je bobuľa alebo tobolka.

Medzi zástupcov patria rajčiak jedlý, tabak virginský, paprika ročná, ľuľok zemiakový a ľuľkovec zlomocný.

Ľuľok zemiakový má koreň zemiak, ale jeho plod je prudko jedovatá bobuľa.

Čeľaď mrkvovité

Mrkvovité sú byliny s drobnými kvetmi usporiadanými do okolíkov. Ich plody sú dvojnažky.

Medzi zástupcov patria mrkva obyčajná, petržlen záhradný, kôpor voňavý, zeler voňavý, rasca lúčna a paštrnák siaty.

tags: #oplodnenie #krytosemennych #rastlin #ppt