Спорогенез

Спорогенез — это производство спор в биологии . Этот термин также используется для обозначения процесса размножения посредством спор. Было обнаружено, что репродуктивные споры образуются в эукариотических организмах, таких как растения , водоросли и грибы , в течение их нормального репродуктивного жизненного цикла . Спящие споры образуются, например, некоторыми грибами и водорослями, прежде всего в ответ на неблагоприятные условия роста. Большинство эукариотических спор гаплоидны и образуются в результате деления клеток, хотя некоторые типы являются диплоидными или дикарионными и образуются в результате слияния клеток. Мы также можем назвать этот тип размножения однократным опылением.

Размножение спорами

Репродуктивные споры обычно возникают в результате деления клеток, чаще всего мейоза (например, у спорофитов растений ). Споровый мейоз необходим для завершения полового жизненного цикла использующих его организмов.

В некоторых случаях спорогенез происходит посредством митоза (например, у некоторых грибов и водорослей). Митотический спорогенез — форма бесполого размножения . Примерами являются конидиальные грибы Aspergillus и Penicillium , для которых образование митоспор является основным способом размножения. Другие грибы, такие как аскомицеты , используют как митотические, так и мейотические споры. Красная водоросль Polysiphonia чередует митотический и мейотический спорогенез, и оба процесса необходимы для завершения ее сложного репродуктивного жизненного цикла.

В случае спящих спор у эукариот спорогенез часто происходит в результате оплодотворения или кариогамии с образованием диплоидной споры, эквивалентной зиготе . Следовательно, зигоспоры являются результатом полового размножения .

Размножение спорами включает распространение спор через воду или воздух. Водоросли и некоторые грибы ( хитриды ) часто используют подвижные зооспоры , которые могут перемещаться в новые места, прежде чем превратиться в сидячие организмы. Споры, переносимые по воздуху, очевидны у грибов, например, когда они выделяются из дождевиков . Другие грибы имеют более активные механизмы распространения спор. Например, гриб Pilobolus может стрелять спорангиями в сторону света. Споры растений, предназначенные для распространения, также называются диаспорами . Споры растений наиболее очевидны при размножении папоротников и мхов . Однако они также существуют у цветковых растений , где развиваются скрыто внутри цветка. Например, пыльцевые зерна цветковых растений развиваются из микроспор, образующихся в пыльниках .

Репродуктивные споры превращаются в многоклеточные гаплоидные особи или спорлинги . У гетероспоровых организмов существуют два типа спор: микроспоры дают начало самцам, а мегаспоры - самкам. У гомоспоровых организмов все споры выглядят одинаково и вырастают в особей, несущих репродуктивные части обоих полов.

Образование репродуктивных спор

Спорогенез происходит в репродуктивных структурах, называемых спорангиями . В этом процессе участвуют спорогенные клетки (спороциты, также называемые материнскими клетками спор), которые подвергаются клеточному делению с образованием спор.

При мейотическом спорогенезе диплоидная материнская клетка споры внутри спорангия подвергается мейозу, образуя тетраду гаплоидных спор. организмах В гетероспоровых встречаются два типа спор: микроспорангии производят мужские микроспоры, а мегаспорангии производят женские мегаспоры. При мегаспорогенезе часто три из четырех спор дегенерируют после мейоза, тогда как при микроспорогенезе выживают все четыре микроспоры.

У голосеменных растений , таких как хвойные , микроспоры образуются в результате мейоза из микроспороцитов в микростробилах или мужских шишках. У цветковых растений микроспоры образуются в пыльниках цветов. Каждый пыльник содержит четыре пыльцевых мешочка , в которых находятся микроспороциты. После мейоза каждая микроспора подвергается митотическому делению клеток, в результате чего образуются многоклеточные пыльцевые зерна (шесть ядер у голосеменных растений, три ядра у цветковых растений).

Мегаспорогенез происходит в мегастробилах хвойных деревьев (например, сосновая шишка) и внутри семяпочки цветков цветковых растений. Мегаспороцит внутри мегаспорангия или семяпочки подвергается мейозу, образуя четыре мегаспоры. Только одна из них является функциональной мегаспорой, тогда как остальные остаются дисфункциональными или дегенерируют. Мегаспора претерпевает несколько митотических делений, чтобы развиться в женский гаметофит (например, семиклеточный/восьмиъядерный зародышевый мешок у цветковых растений).

Образование митоспор

Некоторые грибы и водоросли производят митоспоры путем митотического деления клеток внутри спорангия. У грибов такие митоспоры называются конидиями .

Образование спящих спор

Некоторые водоросли и грибы образуют покоящиеся споры, способные выжить в неблагоприятных условиях. Обычно изменение окружающей среды от благоприятных условий произрастания к неблагоприятным вызывает переход от бесполого размножения к половому у этих организмов . Образующиеся споры защищены образованием толстой клеточной стенки и могут противостоять суровым условиям, таким как засуха или экстремальные температуры. Примерами являются хламидоспоры , телиоспоры , зигоспоры и миксоспоры . Подобные структуры выживания, образующиеся у некоторых бактерий , известны как эндоспоры .

Образование хламидоспор и телиоспор

Хламидоспоры обычно представляют собой многоклеточные бесполые структуры. Телиоспоры представляют собой форму хламидоспор, образующихся в результате слияния клеток или гиф, при этом ядра слитых клеток остаются отдельными. Эти ядра подвергаются кариогамии и мейозу при прорастании споры.

Образование зигоспор, ооспор и ауксоспор.

Зигоспоры образуются у некоторых грибов ( зигомикота , например Rhizopus ) и некоторых водорослей (например, Chlamydomonas ). Зигоспора образуется в результате изогамного слияния двух клеток (подвижные одиночные клетки у Chlamydomonas ) или полового спаривания двух гиф (у зигомикоты). За плазмогамией следует кариогамия , поэтому зигоспоры диплоидны ( зиготы ). При прорастании они подвергаются зиготическому мейозу.

У оомицетов зигота образуется в результате оплодотворения яйцеклетки ядром спермия и вступает в стадию покоя в виде диплоидной толстостенной ооспоры . Прорастающая ооспора подвергается митозу и дает начало диплоидным гифам, которые размножаются бесполым путем через митотические зооспоры, пока условия благоприятны.

У диатомовых водорослей в результате оплодотворения образуется зигота, называемая ауксоспорой . Помимо полового размножения и стадии покоя, функцией ауксоспор является восстановление исходного размера клеток, поскольку диатомеи постепенно уменьшаются во время митотического деления клеток. Ауксоспоры делятся митозом.

Образование эндоспор

Термин спорогенез может также относиться к образованию эндоспор у бактерий , которое позволяет клеткам выживать в неблагоприятных условиях. Эндоспоры не являются репродуктивными структурами, и их образование не требует слияния или деления клеток. Вместо этого они образуются за счет образования инкапсулирующей оболочки спор внутри спорообразующей клетки.

Части споры

Споровое «растение» состоит из множества частей. Структура, в которой находится группа спор, называется спорангием .

Библиография

• СС Мэдер (2007): Биология , 9-е издание, McGraw Hill Companies, Нью-Йорк, ISBN   978-0-07-246463-4
• PH Raven, RF Evert, SE Eichhorn (2005): Биология растений , 7-е издание, WH Freeman and Company Publishers, Нью-Йорк, ISBN   0-7167-1007-2