Цели обучения
Что такое оплодотворение?
Оплодотворение - это процесс, с помощью которого мужские и женские гаметы сливаются вместе, инициируя развитие нового организма.
Мужская гамета или «сперма» и женская гамета «яйцо» или «яйцеклетка» представляют собой специализированные половые клетки, которые сливаются вместе, чтобы начать формирование зиготы во время процесса, называемого половым воспроизводством.
Процесс оплодотворения у животных может происходить как внутренне, так и внешне, разница во многом определяется способом рождения. Люди являются примером внутреннего оплодотворения, тогда как размножение морских коньков - примером внешнего оплодотворения.
Внешнее оплодотворение
Внешнее оплодотворение обычно происходит в водной среде, где и яйца, и сперма попадают в воду. После того, как сперма достигает яйцеклетки, происходит оплодотворение.
В большинстве случаев внешнее оплодотворение происходит в процессе нереста, когда одна или несколько самок выпускают свои яйца, а самцы выпускают сперму в одной и той же области в одно и то же время. Высвобождение репродуктивного материала может быть вызвано температурой воды или продолжительностью светового дня. Нерестятся почти все рыбы, а также ракообразные (например, крабы и креветки), моллюски (например, устрицы), кальмары и иглокожие (например, морские ежи и морские огурцы).
Пары рыб, не являющиеся нерестилищами, могут проявлять ухаживание . Это позволяет самке выбрать конкретного самца. Триггер для высвобождения яйцеклетки и сперматозоидов (нереста) заставляет яйцеклетку и сперму помещаться на небольшой участок, увеличивая возможность оплодотворения.
Внешнее оплодотворение в водной среде предохраняет икру от высыхания. Широковещательный нерест может привести к большему смешению генов внутри группы, что приведет к более высокому генетическому разнообразию и большему шансу выживания видов во враждебной среде. Для сидячих водных организмов, таких как губки, широковещательный нерест является единственным механизмом оплодотворения и заселения новых сред. Присутствие оплодотворенных яиц и развивающегося молодняка в воде создает возможности для нападения хищников, что приводит к потере потомства. Следовательно, отдельные люди должны производить миллионы яиц, а потомство, полученное с помощью этого метода, должно быстро созревать. Выживаемость икры, полученной в результате широковещательного нереста, низкая.
Внутреннее оплодотворение
Внутреннее оплодотворение чаще всего происходит у наземных животных, хотя некоторые водные животные также используют этот метод. Есть три способа получения потомства после внутреннего оплодотворения.
Внутреннее оплодотворение защищает оплодотворенное яйцо от обезвоживания на суше. Эмбрион изолирован от самки, что ограничивает хищничество молодых. Внутреннее оплодотворение усиливает оплодотворение яиц конкретным самцом. Этот метод дает меньшее количество потомства, но их выживаемость выше, чем при внешнем оплодотворении.
| Внешнее оплодотворение | Внутреннее оплодотворение |
| Слияние мужской гамет (сперматозоидов) и женских гамет (яйцеклетки) происходит вне тела. | Слияние гамет происходит внутри тела. |
| Оба человека выделяют свои гаметы за пределы тела. | Только самец выделяет сперму в женские половые пути. |
| Развитие происходит вне тела | Развитие происходит внутри тела |
| Шансы на выживание потомства меньше. Поэтому производится большое количество яиц. | Шансы на выживание потомства больше. Поэтому производится небольшое количество яиц. |
| Например, лягушка, рыба | Например, человек, птица, корова, курица. |
Оплодотворение у растений происходит после опыления и прорастания. Опыление происходит за счет передачи пыльцы - мужских микрогамет семенных растений, производящих сперму - от одного растения к рыльцу (женскому репродуктивному органу) другого. Пыльцевые зерна впитывают воду, и происходит прорастание.
Из проросших пыльцевых зерен прорастает пыльцевая трубка, которая растет и проникает в семяпочку (структуру яйца растения) через поры, называемые микропиле. Затем сперма передается через пыльцевую трубку из пыльцы.
У цветковых растений происходит вторичное оплодотворение. От каждого пыльцевого зерна передаются два сперматозоида, один из которых оплодотворяет яйцеклетку, образуя диплоидную зиготу. Ядро второй сперматозоиды сливается с двумя гаплоидными ядрами, содержащимися во второй женской гамете, называемой центральной клеткой. Это второе оплодотворение формирует триплоидную клетку, которая впоследствии набухает и развивает плодовое тело.
Процесс оплодотворения, который включает перекрестное оплодотворение гамет двух разных особей, мужского и женского пола, называется аллогамией. Автогамия, также известная как самооплодотворение, происходит, когда две гаметы из одного индивидуального слияния; это происходит у гермафродитов, таких как плоские черви и некоторые растения.
Удобрение растений
Слияние двух разнородных половых репродуктивных единиц (гамет) называется оплодотворением. Этот процесс был открыт Страсбургером (1884 г.).
1. ПРОРОЖДЕНИЕ.
Прорастание пыльцевого зерна на рыльце и рост пыльцевой трубки: пыльцевые зерна достигают рецептивного рыльца плодолистика в процессе опыления. Пыльцевые зерна, прикрепившись к рыльцу, впитывают воду и набухают. После взаимного распознавания и принятия пыльцевых зерен пыльцевое зерно прорастает (in vivo), образуя пыльцевую трубку, которая превращается в рыльце в направлении полости яичника.
Г. Б. Амичи (1824) обнаружил пыльцевую трубку у Portulaca oleracea. Обычно пыльцевым зерном образуется только одна пыльцевая трубка (моносифонная). Но некоторые растения, такие как представители Cucurbitaceae, производят много пыльцевых трубок ( полисифонных ). Пыльцевая трубка содержит вегетативное ядро или ядро трубки и две мужские гаметы. Позже вегетативная клетка дегенерирует. Пыльцевая трубка теперь достигает семяпочки после прохождения через столбик.
2. ПОДАЧА ПЫЛЬЦЕВОЙ ТРУБКИ В ДУХОВИК.
Достигнув завязи, пыльцевая трубка входит в семяпочек. Пыльцевая трубка может попасть в семяпочку любым из следующих путей:
а. Порогамия - когда пыльцевая трубка входит в семяпочку через микропиле, это называется порогамией . Это самый распространенный вид, например Лилия.
б. Халазогамия - проникновение пыльцевой трубки в семяпочку из халазальной области известно как халазогамия. Халазогамия встречается реже, например, Casuarina, Juglans, Betula и т. Д.
c. Мезогамия - пыльцевая трубка входит в семяпочку через ее среднюю часть, то есть через покровы (например, Cucurbita, Populus ) или через жгут (например, Pistacia ).
3. ПОСАДКА ПЫЛЬЦЕВОЙ ТРУБКИ В ЭМБРИОННЫЙ Мешочек.
Пыльцевая трубка входит в зародышевый мешок только с конца микропилара, независимо от способа входа в семяпочек. Пыльцевая трубка либо проходит между синергидом и яйцеклетками, либо входит в одну из синергидов через нитевидный аппарат. Синергиды направляют рост пыльцевой трубки, выделяя некоторые химические вещества ( хемотропная секреция ). Кончик пыльцевой трубки входит в один синергид. Проникший синергид начинает дегенерировать. После проникновения кончик пыльцевой трубки увеличивается и разрывается, высвобождая большую часть своего содержимого, включая две мужские гаметы и вегетативное ядро, в синергид.
4. ДВОЙНОЕ УДОБРЕНИЕ
Ядра обеих мужских гамет высвобождаются в зародышевый мешок. Одна мужская гамета сливается с яйцом, образуя диплоидную зиготу. Этот процесс называется сингамией или генеративным оплодотворением.
В конце концов диплоидная зигота превращается в эмбрион. Другая мужская гамета сливается с двумя полярными ядрами (или вторичным ядром), образуя триплоидное ядро первичного эндосперма. Процесс называется тройным слиянием или вегетативным оплодотворением. Эти два акта оплодотворения составляют процесс двойного оплодотворения. Двойное оплодотворение происходит только у покрытосеменных.
Процесс оплодотворения у животных
Оплодотворение - это процесс, в котором один гаплоидный сперматозоид сливается с одним гаплоидным яйцом, образуя зиготу. Каждая сперматозоид и яйцеклетка обладают определенными особенностями, которые делают этот процесс возможным.
Яйцо - самая большая клетка, производимая у большинства видов животных. Яйцеклетка человека примерно в 16 раз больше, чем сперматозоид человека. Яйца разных видов содержат разное количество желтка - питательных веществ, поддерживающих рост развивающегося эмбриона. Яйцо окружено слоем желе , состоящим из гликопротеинов (белков, к которым прилипли сахара), который выделяет видоспецифические хемоаттрактанты (химические аттракторы), которые направляют сперматозоиды к яйцеклетке. У млекопитающих этот слой называется блестящей зоной . У плацентарных млекопитающих слой фолликулярных клеток окружает блестящую оболочку. Слой блестящей оболочки / желе отделен от яйца мембраной, называемой желточной оболочкой, которая находится за пределами плазматической мембраны клетки. Прямо под плазматической мембраной яйца находятся корковые гранулы, везикулы, содержащие ферменты, которые разрушают белки, удерживающие желточную оболочку вокруг плазматической мембраны, когда происходит оплодотворение.
Сперма - одна из самых маленьких клеток, вырабатываемых у большинства видов животных. Сперма состоит из головки, содержащей плотно упакованную ДНК, жгутикового хвоста для плавания и множества митохондрий, обеспечивающих движение сперматозоидов. Плазматическая мембрана сперматозоидов содержит белки, называемые биндином, которые представляют собой видоспецифические белки, которые распознают и связываются с рецепторами на плазматической мембране яйца. В дополнение к ядру головка сперматозоида также содержит органеллу, называемую акросомой, которая содержит пищеварительные ферменты, которые разрушают слой желе / блестящую оболочку, позволяя сперматозоидам достигать плазматической мембраны яйцеклетки.
Чтобы гарантировать, что у потомства будет только один полный диплоидный набор хромосом, только один сперматозоид может сливаться с одной яйцеклеткой. Слияние более чем одного сперматозоида с яйцеклеткой или полиспермия генетически несовместимы с жизнью и приводят к гибели зиготы. Есть два механизма, которые предотвращают полиспермию: «быстрое блокирование» полиспермии и «медленное блокирование» полиспермии.
Вышеупомянутые и другие этапы оплодотворения обсуждаются ниже:
