Вопрос 1. Докажите, что размножение - одно из важнейших свойств живой природы.
Способность к размножению или самовоспроизведению является одним из обязательных и важнейших свойств живых организмов. Размножение поддерживает длительное существование вида, обеспечивает преемственность между родителями и их потомками в ряду многих поколений. Оно приводит к увеличению численности особей вида и способствует его расселению.

Вопрос 3. Что такое бесполое размножение? Какой процесс лежит в его основе?
Различают два типа размножения: бесполое и половое.
Бесполое размножение - это тип размножения, происходящий без образования гамет. Для его осуществления необходим только один организм. В результате бесполого размножения новая особь развивается из одной или группы соматических клеток материнского организма. В основе бесполого размножения лежит митоз. При бесполом размножении дочерний организм на генетическом уровне
Бесполое – за счет митотического деления, у растений редко за счет мейотического деления.
Половое - за счет мейотического деления.

Вопрос 4. Перечислите способы бесполого размножения; приведите примеры.

Бесполое размножение у одноклеточных.

Бесполое размножение у многоклеточных организмов.

1. Вегетативное – основано на способности организмов восстанавливать (регенерировать) недостающие части. У растений наблюдается разнообразие этой формы размножения: оно происходит путем образованием новых почек на стеблях, корнях, листьях, из которых вырастают новые растения. Они могут существовать самостоятельно, без связи с материнским организмом. Например, у многоклеточных водорослей, грибов, лишайников размножение осуществляется обрывками нитей, гиф, обломками слоевищ. Покрытосеменные могут размножаться: частями стебля (кактусы, элодея), листом (фиалка, бегония, лилия), корнями (малина, крыжовник, одуванчик), видоизмененными побегами: клубнями (картофель), луковицами (лук, чеснок, тюльпан, нарцисс), корневищами (пырей, хвощ, иван-чай), усами (земляника) и т.д. У животных в силу высокой специализации клеток организма вегетативное размножение встречается реже. Ресничные и кольчатые черви делятся перетяжками на несколько частей, в каждой из них восстанавливаются недостающие органы и, таким образом возникает сразу несколько особей. У кишечнополостных – полипы начинают быстро расти, формируются поперечные перетяжки, в результате которых образуются дочерние особи, и такой способ называется стробиляция. В этот момент полип напоминает стопку тарелок. Образовавшиеся особи – медузы отрываются и начинают самостоятельную жизнь. У некоторых видов млекопитающих (броненосец) и насекомых (осы-наездники) встречается вегетативное размножение зародышей, когда на ранних стадиях эмбрионального развития делящийся зародышевый диск дает начало нескольким особям (от 4 до 8). Подобное можно наблюдать у человека, когда разделяются бластомеры из которых будут развиваться монозиготные близнецы, (такое увеличение количества особей, называется полиэмбриония.)
2. Почкование характерно для кишечнополостных (гидра). В почку (выпячивание) входят клетки экто- и энтодермы. Почка увеличивается, на ней формируются щупальцы и эта почка отделяется от материнской особи.
3. Размножение фрагментами - (фрагментация ) происходит при разделении особи на две или большее число частей, каждая из которых растет и образует новую особь. С фрагментацией связана регенерация, т.е. способность восстанавливать целостный организм. Фрагментация описана для плоских червей, немертин и морских звезд.
4. Спорообразование встречается у грибов, водорослей, мхов, плаунов, хвощей и папоротников. Споры образуются путем мейоза в обычных вегетативных клетках материнского организма или специальных органах – спорангиях и представляют собой микроскопические одноклеточные образования.
При любой форме бесполого размножения – частями тела или спорами – наблюдается увеличение численности особей данного вида без повышения их генетического разнообразия: все особи являются точной копией материнского организма. Совокупность особей, произошедших от одного предка путем бесполого размножения называют - клонами (греч. clon – ветвь, отпрыск).

Вопрос 5. Возможно ли появление генетически разнородного потомства при бесполом размножении?
При бесполом размножении происходит точное копирование генетического материала материнской особи, и дочерние организмы идентичны материнскому. Появление генетически разнородного потомства при бесполом размножении невозможно. Разработанным в лаборатории способом бесполого размножения является клонирование.
Клонирование дает возможность работать с отдельными клетками или небольшими зародышами. Например, при разведении крупного рогатого скота зародыш теленка на стадии недифференцированных клеток разделяют на фрагменты и помещают их в суррогатных матерей. В результате развиваются несколько идентичных телят с необходимыми признаками и свойствами.
При необходимости можно использовать и клонирование растений. В этом случае селекция про-исходит в клеточной культуре (на искусственно культивируемых изолированных клетках). И лишь затем из клеток, обладающих необходимыми свойствами, выращивают полноценные растения.
Наиболее известный пример клонирования - пересадка ядра соматической клетки в развивающуюся яйцеклетку. Эта технология в будущем позволит создать генетического двойника любого организма (или, что более актуально, его тканей и органов).

Вопрос 6. Чем половое размножение отличается от бесполого? Сформулируйте определение полового размножения.
В половом размножении участвуют специализированные половые клетки, несущие гаплоидный набор хромосом. В большинстве случаев новое поколение возникает в результате слияния двух гамет разных организмов. Поэтому, в отличие от бесполого размножения, при половом размножении дочерняя особь получает наследственную информацию от обоих родителей (50% от матери и 50% от отца) и обладает собственной комбинацией генетического материала. У многих видов, для которых характерно половое размножение, существуют мужские и женские особи, формирующие разные по размеру и свойствам гаметы: крупные неподвижные яйцеклетки и мелкие подвижные сперматозоиды. Такие виды называют раздельнополыми.
В целом можно сказать, что половое размножение - это процесс образования диплоидного дочернего организма, который происходит при участии половых клеток, несущих гаплоидный набор хромосом.

Вопрос 7. Подумайте, какое значение для эволюции жизни на Земле имело появление полового размножения.
Половое размножение имеет очень большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. Это обусловлено тем, что генотип потомков возникает путем комбинации генов, принадлежащих обоим родителям. В результате повышаются возможности организмов в приспособлении к условиям окружающей среды. Половой процесс заключается в слиянии двух клеток – гамет. Формированию гамет предшествует особая форма деления – мейоз, который приводит к уменьшению количества хромосом вдвое.

Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень Сивоглазов Владислав Иванович

19. Размножение: бесполое и половое

Вспомните!

Какие два основных типа размножения существуют в природе?

Что такое вегетативное размножение?

Какой набор хромосом называют гаплоидным; диплоидным?

Каждую секунду на Земле гибнут десятки тысяч организмов. Одни от старости, другие из-за болезней, третьих съедают хищники… Мы срываем в саду цветок, наступаем случайно на муравья, убиваем укусившего нас комара и ловим на озере щуку. Каждый организм смертен, поэтому любой вид должен заботиться о том, чтобы его численность не уменьшалась. Смертность одних особей компенсируется рождением других.

Способность к размножению является одним из основных свойств живой материи. Размножение , т. е. воспроизведение себе подобных, обеспечивает непрерывность и преемственность жизни. В процессе размножения происходит точное воспроизведение и передача генетической информации от родительского поколения следующему, дочернему, что обеспечивает существование вида на протяжении длительного времени, несмотря на гибель отдельных особей. В основе размножения лежит способность клетки к делению, а передача генетической информации обеспечивает материальную преемственность поколений любого вида. Для того чтобы особь смогла воспроизводить себе подобных, т. е. стать способной к размножению, она должна вырасти и достичь определённой стадии развития. Не все организмы доживают до репродуктивного периода и не все оставляют потомство, поэтому, чтобы поддержать существование вида, каждое поколение должно производить потомков больше, чем было родителей. Свойства живых организмов – рост, развитие и размножение – неразрывно связаны друг с другом.

Все виды организмов способны к размножению. Даже вирусы – неклеточная форма жизни – пусть не самостоятельно, но тоже размножаются в клетках организма-хозяина. В процессе эволюции в природе возникло несколько способов размножения, каждый из которых имеет свои преимущества и свои недостатки. Все разнообразные формы размножения можно объединить в два основных типа – бесполое и половое .

Бесполое размножение. Этот тип размножения происходит без образования специализированных половых клеток (гамет), и для его осуществления необходим только один организм. Новая особь развивается из одной или нескольких соматических (неполовых) клеток материнского организма и является его абсолютной копией. Генетически однородное потомство, происходящее от одной родительской особи, называют клоном .

Бесполое размножение является наиболее древней формой размножения, поэтому особенно широко оно распространено у одноклеточных организмов, но встречается и среди многоклеточных.

Существует несколько способов бесполого размножения.

Деление. Прокариотические организмы (бактерии и синезелёные водоросли) размножаются путём простого деления , которому предшествует удвоение единственной кольцевой молекулы ДНК.

Митотическим делением на две и более клеток размножаются простейшие (амёбы, инфузории, жгутиковые) (рис. 60) и одноклеточные зелёные водоросли.

У некоторых простейших (малярийный плазмодий) встречается особый способ бесполого размножения, так называемая шизогония . Ядро материнской особи делится несколько раз подряд без деления цитоплазмы, а затем образовавшаяся многоядерная клетка распадается на множество одноядерных клеток.

Спорообразование. Этот способ размножения характерен в основном для грибов и растений. Специализированные клетки – споры – могут образовываться в специальных органах – спорангиях (как это происходит у растений) или открыто, на поверхности организма (как, например, у некоторых плесневых грибов).

Рис. 60. Деление амёбы

Споры продуцируются в огромном количестве и обладают очень малым весом, что облегчает их распространение ветром, а также животными, в основ ном насекомыми.

Вегетативное размножение. Способ бесполого размножения, при котором дочерний организм развивается из группы родительских клеток, называют вегетативным размножением.

Широко распространено такое размножение у растений. В естественных природных условиях оно, как правило, происходит с помощью специализированных частей тела растения . Луковица тюльпана, клубнелуковица гладиолуса, растущий горизонтально подземный стебель (корневище) ириса, ползучий, стелющийся по поверхности почвы стебель ежевики, усы земляники, клубни картофеля и корневые клубни георгина – всё это органы вегетативного размножения растений.

Вегетативное размножение у животных осуществляется двумя основными способами: фрагментацией и почкованием.

Фрагментация – это разделение тела на две и более частей, каждая из которых даёт начало новой полноценной особи. Этот процесс основан на способности к регенерации. Таким способом могут размножаться кольчатые и плоские черви, иглокожие и кишечнополостные.

Фрагментация встречается и в растительном царстве. Зелёная водоросль спирогира размножается обрывками своих нитей, а низшие мхи – кусками слоевища.

Почкование – это образование на теле материнской особи группы клеток – почки, из которой развивается новая особь. В течение некоторого времени дочерняя особь развивается как часть материнского организма, а затем или отделяется от него и переходит к самостоятельному существованию (пресноводный полип гидра), или, продолжая расти, образует собственные почки, формируя колонию (коралловые полипы). Встречается почкование и у одноклеточных организмов – дрожжевых грибов (рис. 61) и некоторых инфузорий.

Половое размножение. Половое размножение – это процесс образования дочернего организма при участии половых клеток – гамет . В большинстве случаев новое поколение возникает в результате слияния двух специализированных половых клеток различных организмов. Гаметы, дающие начало дочернему организму, имеют половинный (гаплоидный) набор хромосом данного вида и у животных образуются в результате особого процесса – мейоза (§ 20). Как правило, гаметы бывают двух типов – мужские и женские, и формируются они в специальных органах – половых железах.

Рис. 61. Почкование дрожжевых грибов

Новый организм, возникающий в результате слияния гамет, получает наследственную информацию от обоих родителей: 50 % от матери и 50 % от отца. Будучи похожим на них, он тем не менее обладает собственной уникальной комбинацией генетического материала, которая может оказаться очень удачной для выживания в меняющихся условиях окружающей среды.

Виды, у которых есть и мужские, и женские особи, называют раздельнополыми ; к ним относится большинство животных.

Виды, у которых одна и та же особь способна формировать и мужские, и женские гаметы, называют двуполыми или гермафродитными . К таким организмам относятся большинство покрытосеменных растений, многие кишечнополостные, плоские черви и многие кольчатые (малощетинковые и пиявки), некоторые ракообразные и моллюски и даже отдельные виды рыб и пресмыкающихся. Гермафродитизм подразумевает возможность самооплодотворения, что бывает очень важно для организмов, ведущих одиночный образ жизни (например, свиной цепень в организме человека). Правда, следует отметить, что при возможности гермафродиты предпочитают обмениваться половыми клетками друг с другом, осуществляя перекрёстное оплодотворение.

Возникшая в процессе эволюции раздельнополость имела явные преимущества. Появилась возможность объединять генетическую информацию разных особей, формируя новые сочетания и увеличивая генетическое разнообразие вида, что способствовало его приспособлению в изменяющихся условиях обитания. Кроме того, это позволило распределить функции между особями разного пола. У большинства организмов появился половой диморфизм – внешние различия между мужскими и женскими особями (рис. 62).

Значение бесполого и полового размножения. Как бесполое, так и половое размножение обладает рядом достоинств. При половом размножении часто приходится тратить время и энергию на поиски партнёра или терять огромное количество гамет, как происходит при перекрёстном оплодотворении у растений (сколько пыльцы пропадает впустую!). При бесполом размножении продолжение рода происходит проще и численность особей увеличивается гораздо быстрее, но все дочерние особи одинаковы и являются копией материнского организма. Это может быть преимуществом, если вид обитает в неизменных условиях среды. Но для многих видов, чья окружающая среда изменчива и непостоянна, бесполое размножение не обеспечит выживания. Амёба размножается только бесполым путём, а, к примеру, млекопитающие только половым, и каждого «устраивает» его форма размножения. То, что хорошо в одних условиях, может оказаться неподходящим в другой ситуации, поэтому у многих видов существует чередование разных форм размножения, что позволяет им оптимально решать задачу воспроизведения себе подобных в различных условиях обитания.

Рис. 62. Половой диморфизм

Вопросы для повторения и задания

1. Докажите, что размножение – одно из важнейших свойств живой природы.

2. Какие основные типы размножения вам известны?

3. Что такое бесполое размножение? Какой процесс лежит в его основе?

4. Перечислите способы бесполого размножения; приведите примеры.

5. Возможно ли появление генетически разнородного потомства при бесполом размножении? Аргументируйте свой ответ.

6. Чем половое размножение отличается от бесполого? Сформулируйте определение полового размножения.

7. Подумайте, какое значение для эволюции жизни на Земле имело появление полового размножения.

Подумайте! Выполните!

1. Почему при вегетативном размножении не наблюдается расщепление признаков в потомстве?

2. Объясните, в чём отличие естественного вегетативного размножения от искусственного.

3. Какой тип размножения обеспечивает лучшую приспособляемость к изменениям окружающей среды? Докажите свою точку зрения.

4. Согласны ли вы с утверждением, что перекрёстное оплодотворение при гермафродитизме биологически более выгодно? Докажите свою точку зрения.

5. Может ли вегетативное размножение у растений осуществляться при помощи неспециализированных частей тела? Если да, то приведите примеры.

6. Докажите, что деление бактерий не является митозом.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Узнайте больше

Споры грибов. Бесполое размножение многих грибов осуществляется с помощью спор. В зависимости от способа образования различают эндогенные и экзогенные споры. Эндогенные споры образуются внутри специальных выростов мицелия – спорангиях. Экзогенные споры называют конидиоспорами (конидиями). Они формируются открыто на специальных гифах. Так размножаются, например, пеницилл и аспергилл.

У высших грибов (базидиальных и сумчатых) гаплоидные споры образуются в ходе полового размножения. В одной зерновке пшеницы, поражённой твёрдой головнёй, образуется от 8 до 20 млн спор, а во всём колосе – до 200 млн. У некоторых видов грибов количество спор, продуцируемых в сутки, достигает 30 млрд! Потери спор очень велики, лишь ничтожная часть их попадает в благоприятные для прорастания условия. Однако те споры, которым «не повезло», могут долго дожидаться своего часа. Так, например, споры головнёвых грибов сохраняют жизнеспособность в течение 25 лет.

Особенности вегетативного размножения. Особенно часто встречаются различные формы вегетативного размножения среди растений, обитающих в суровых климатических условиях – в полярных, высокогорных и степных районах. Неожиданные заморозки в летний день способны погубить цветки или незрелые плоды тундровых растений. Вегетативное размножение позволяет им не зависеть от подобных неожиданностей. Некоторые камнеломки и горец живородящий способны образовывать выводковые почки, которые распространяются подобно семенам, мятлики образуют в соцветиях на месте цветков маленькие дочерние растеньица, способные опадать и укореняться, а сердечник луговой размножается исключительно видоизменёнными дольками перисто-рассечённых листьев.

Повторите и вспомните!

Растения

Искусственное вегетативное размножение растений. При искусственном вегетативном размножении растений человек использует все виды вегетативного размножения, встречающиеся в природе. Однако существуют и дополнительные специальные методы.

Листовые черенки. Сравнительно немногие растения (узамбарская фиалка, бегония, глоксиния) могут восстанавливаться из отрезанных листьев.

Деление куста. Разделение растения с побегами и корнями в продольном направлении на несколько частей, которые затем рассаживают (пионы, флоксы).

Отводки. Нижние ветки растения (смородины, крыжовника) пригибают к земле, фиксируют и присыпают землёй. Когда на ветке образуются придаточные корни, её отрезают от материнского куста и пересаживают.

Прививка. Метод основан на пересадке частей одного или нескольких растений на другое растение, имеющее корневую систему. Растение, имеющее корневую систему, называют подвоем, второе, которое сращивают с подвоем, – привоем . Существуют разные способы прививки. Окулировка – это прививка почкой, или глазком. На небольшом расстоянии от почвы на стволе подвоя делают T-образный разрез, отодвигают кору и под неё вставляют привой – срезанный глазок вместе с плоским кусочком древесины. Затем на место операции накладывают плотную повязку. Через 10–15 дней фрагменты срастаются.

Копулировка – это прививка черенками. При одинаковой толщине подвоя и привоя на них делают косые срезы, прикладывают друг к другу поверхностями срезов и накладывают повязку. Если подвой большего диаметра, черенок прививают в расщеп или под кору.

Аблактировку , или метод сближения , можно использовать, если соединяемые растения растут рядом. На обоих растениях делают одинаковые по длине срезы коры, срезанные поверхности сближают, прикладывают друг к другу и туго забинтовывают вместе. В таком состоянии растения находятся всё лето и зиму.

Цветки: обоеполые и однополые. У большинства видов покрытосеменных растений в цветке находятся и тычинки, в пыльце которых образуются мужские половые клетки – спермии, и пестики, содержащие яйцеклетки.

Однако примерно у четверти видов мужские (тычиночные) и женские (пестичные) цветки развиваются независимо, т. е. формируются однополые цветки. Примерами однополых растений, у которых мужские и женские цветки образуются на разных особях, могут служить облепиха, ива, тополь. Такие растения называют двудомными. У некоторых растений, например у дуба, берёзы, лещины, и мужские, и женские цветки развиваются на одной особи (однодомные растения).