ГЛАВА 5. ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ
мегаспорангиев, одинакового размера с ними или даже крупнее, чем мегаспорангии.
Внутри спорангия развивается многоклеточная археспориальная ткань, или археспорий, из которого развиваются спороциты и затем – мейоспоры. Внутри спорангия дифференцируется особая стерильная питательная ткань – тапетум, который снабжает развивающиеся спороциты и споры питательными и биологически активными веществами, а также участвует в формировании стенок спор.
Клетки археспория после нескольких митотических делений превращаются в спороциты. Каждый спороцит в ходе мейоза образует четыре гаплоидные споры, или тетраду спор. Споры всех высших растений лишены жгутиков (апланоспоры) и исходно приспособлены кпассивномураспространениювоздушнымипотоками. Отвысыхания их защищает сложная система оболочек, которая формируется в ходе спорогенеза.
Из спор вырастают гаплоидные гаметофиты, которые у низших представителей высших растений существуют самостоятельно, независимо от спорофита. Так как каждый спорофит образует множество спор, то при их прорастании появляется многочисленное потомство одного бесполого спорофита. Следовательно, правомерно говорить о бесполом размножении низших представителей высших растений. У высших представителей этой группы новым спорофитам дают начало только женские гаметофиты, которые в свою очередь всю жизнь существуют в теле своего материнского спорофита и за его счет. Физиологически они не представляют собой самостоятельных организмов. Поэтому у высших представителей высших растений, строго говоря, бесполого размножения нет. Они размножаются значительно более сложными образованиями – семенами.
5.1.Споровые
5.1.1.Отдел Мохообразные (гаметофитная линия эволюции высших споровых растений)
Отдел насчитывает около 25 тысяч видов и представлен как талломными, так и листостебельными формами. Отличительная особенность представителей отдела – преобладание в жизненном цикле
77
БИОЛОГИЯ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ. ЧАСТЬ 1. БАКТЕРИИ. ГРИБЫ И ЛИШАЙНИКИ. РАСТЕНИЯ
гаметофита, то есть это гаметофитная линия эволюции высших растений. Спорофит – коробочка, образуется на гаметофите и полностью илипочтиполностьюсуществуетзаегосчет. Гаметофитыоднихмоховидных (например, сфагнум) обоеполые, других (кукушкин лен, маршанция обыкновенная) раздельнополые.
Расположение гаметангиев на гаметофитах разнообразно, но во всех случаях гаметангии оказываются так или иначе защищенными от высыхания: либо специализированными листьями (как у кукушкина льна), либо парафизами (как у маршанции и некоторых других мохообразных).
Архегоний типичного, как у всех архегониальных растений, строения имеет собственную стенку из слоя стерильных клеток (рис. 32–33), расширенную часть – брюшко, длинную шейку. В брюшке находится яйцеклетка и брюшная канальцевая клетка, в шейке – шейковые канальцевые клетки. Эти клетки ослизняются в момент оплодотворения и создают благоприятную среду для попадания сперматозоидов к яйцеклетке. Антеридий также защищен от высыхания многоклеточной стенкой, внутри располагается сперматогенная ткань, в которой образуются сперматозоиды.
Оплодотворение, происходящее в брюшке архегония, возможно лишь при наличии воды, в которой сперматозоиды передвигаются к шейке архегония. Зигота остается в брюшке архегония, и развивающийся из нее спорофит долгое время находится под защитой стенки брюшка, клетки которой разрастаются и делятся. Потенция полового размножения определяется, естественно, числом яйцеклеток, но практически никогда не реализуется в полной мере, поскольку не в каждом из архегониев, образующихся у большинства моховидных группами, происходит оплодотворение, и, кроме того, не каждая из зигот, возникших в группе архегониев, дает начало спорофиту (у моховидных его называют спорогонием), достигающему полного развития. В ряде случаев, характерных для слабоветвящихся или неветвящихся, так называемых «верхоплодных» мхов, например кукушкина льна (Polytrichum), на вершине женского гаметофита обычно развивается лишь один спорогоний, то есть происходит половое воспроизведение, а половое размножение отсутствует; однако следует иметь в виду, что многолетние мхи (тот же кукушкин лен) образуют спорогоний неоднократно.
78
ГЛАВА 5. ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ
Рис. 32. Гаметангии листостебельных мхов: А – фунарии (Funaria), 1 – продольный срез группы антеридиев, 2 – стадии развития антеридия (продольные и поперечные срезы); Б – мниума (Mniuт), стадии развития архегония (продольные срезы)
Рис. 33. Развитие антеридия (а) и архегония (б) в талломе антоцероса
Каждыйспорогонийсостоитизкоробочки, ножкиигаустории(присоски, или «стопы»), контактирующей с тканью гаметофита и получающей из него растворы питательных веществ. Строение коробочек различно: от очень простого, как у многих печеночников, например сферокарпуса (Sphaerocarpus), у которого коробочка представляет собой спорангий (рис. 34, А), до очень сложного, как у ряда листостебельных мхов, например у сфагнума (Sphagnum) и кукушкина льна, у которых внутри коробочки дифференцируется собственно спорангий, имеющий стенку из одного слоя клеток (рис. 34, Б, В).
Археспориальные клетки в спорангии митотически делятся, число их увеличивается, затем они претерпевают мейоз, то есть становятся
79
БИОЛОГИЯ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ. ЧАСТЬ 1. БАКТЕРИИ. ГРИБЫ И ЛИШАЙНИКИ. РАСТЕНИЯ
спороцитами. У печеночников спороцитами становятся не все клетки археспория: некоторые из них или их производные превращаются в пружинки (элатеры). Элатеры – вытянутые мертвые клетки (со спиральным утолщением), обладают гигроскопичностью. В сухую погоду раскручиваются, разрыхляют массу созревших спор и способствуют их распространению (рис. 34, Г).
Рис. 34. Гаметангии и спорогонии моховидных: А – сферокарпус (Sphaerocarрus): 1 – растение с обертками, окружающими гаметангии и спорогонии; 2 – продольный срез через спорогоний и обертку; Б – сфагнум (Sphagnum): 3 – группа архегониев, 4 – вскрывшийся антеридий, 5 – сперматозоид, 6 – спорогоний на вершине ложной ножки, 7 – продольный срез невскрывшегося спорогония, 8 – пластинчатая протонема с молодым побегом; В – кукушкин лен (Polytrichum): продольный (9) и поперечный (10) срезы коробочки спорогония; Г – спорогоний риккардии (11) и элатеры (12); Д – таллом
маршанции с выводковыми почками
80
ГЛАВА 5. ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ
Передсозреваниемспорумногихмохообразныхножкаспорогония удлиняется(стенкабрюшкаархегонияприэтомоказываетсяразорванной), и коробочка занимает положение, при котором рассеивающиеся споры легко могут быть унесены воздушными течениями; у сфагновых и андреевых мхов удлиняется не ножка спорогония, а безлистный участок оси гаметофита («ложная ножка»), в вершину которого погружена гаустория спорогония (рис. 34, В).
Способы вскрывания коробочек у мохообразных различны. У зеленых мхов имеется nepuстом, обеспечивающий рассеивание спор в сухую погоду и предотвращающий попадание воды в коробочки, содержащие созревшие споры, а тем самым – прорастание спор внутри коробочек.
Споры мохообразных – это клетки, одетые двумя оболочками: наружной – экзоспорием, относительно толстой и очень стойкой, и внутренней – эндоспорием, тонкой и пластичной, одевающей протопласт споры. Для раздельнополых представителей характерна физиологическая разноспоровость, а для некоторых – и морфологическая.
При прорастании споры, попавшей в подходящие для этого условия, начинается развитие гаметофита, а именно первой его стадии, называемой протонемой (первичной нитью). Название «протонема» связано с тем, что у большинства моховидных экзоспорий прорастающей споры разрывается, а покрытый эндоспорием протопласт выпячиваетсяввидетрубкии, делясьпоперечнымиперегородками, образует, как правило, ветвящуюся нить. Однако варианты строения первой стадии развития гаметофита моховидных разнообразны и не у всех представлены многоклеточными ветвящимися нитями; тем не менее название протонема стало общим термином.
У многих листостебельных зеленых мхов из клеток практически любой части гаметофита и иногда спорофита могут возникать нити, внешне похожие на нити, прорастающие из спор. Эти нити также называют протонемой. Но обычно при этом протонему, возникающую при прорастании споры, называют первичной, а берущую начало отклетоклистостебельногогаметофита– вторичной. Основноеразличие таких протонем связано со способом их возникновения. Поэтому «первичную» протонему лучше называть постгенеративной, а «вто-
ричную» – вегетативной.
81
БИОЛОГИЯ РАЗМНОЖЕНИЯ И РАЗВИТИЯ. ЧАСТЬ 1. БАКТЕРИИ. ГРИБЫ И ЛИШАЙНИКИ. РАСТЕНИЯ
На ветвящейся нитчатой протонеме образуется множество почек, из которых развиваются листостебельные побеги, что приводит к созданию моховой дерновинки.
Поскольку первичная, то есть постгенеративная протонема – это перваястадияразвитиягаметофита, авторичная(вегетативная) производна от любой части гаметофита, ее можно рассматривать в определенных случаях и как производную от постгенеративной протонемы. Естественно, возникает вопрос о непосредственной границе между этими типами протонем. По-видимому, ответвления от основной нити нитчатой ветвящейся постгенеративной протонемы можно признать новообразовавшимися инициалями вегетативных протонем, цитологически (кариологически) идентичных постгенеративной, давшей им начало. Это тем более вероятно, что, как показали специальные исследования, нить постгенеративной протонемы, например у фунарии (Funaria), нарастает в результате деления (поперечного по отношению ко всей нити!) только апикальной клетки, которая, однако, не образует ответвлений, а последние могут возникать лишь из интеркалярных клеток.
На ответвлениях нитчатой протонемы возникают почки, из которых развиваются листостебельные побеги, образующие гаметангии. При отмирании участков протонемы такие побеги обособляются.
Лишь у некоторых мхов протонема долговечная, а у относительно немногих она даже доминирует в жизненном цикле (например, эфемеропсис, схистостега перистая и др.). У ряда раздельнополых зеленых мхов обнаружен половой диморфизм: женские побеги значительно крупнее мужских.
При прорастании спор талломных моховидных (печеночников) образуется очень короткая нить, апикальная клетка которой делится продольной перегородкой; дальнейшие деления производных клеток приводят к формированию сначала пластинки из одного слоя клеток, а затем многослойного таллома, на котором формируются гаметангии. У некоторых печеночников образуются специализированные гаметангиофоры – «подставки» – видоизмененные ветви талломов. Так же развивается и пластинчатая протонема сфагновых мхов; на такой пластинке обычно возникает лишь одна почка, дающая начало листостебельному побегу, но у некоторых сфагновых мхов выросты протонемы могут давать начало новым пластинкам, несущим почки.
82