Mục tiêu học tập
Thụ tinh là gì?
Thụ tinh là quá trình trong đó giao tử đực và cái được hợp nhất với nhau, bắt đầu sự phát triển của một sinh vật mới.
Giao tử đực hay 'tinh trùng' và giao tử cái 'trứng' hay 'noãn' là các tế bào giới tính chuyên biệt, chúng kết hợp với nhau để bắt đầu hình thành hợp tử trong một quá trình gọi là sinh sản hữu tính.
Quá trình thụ tinh ở động vật có thể xảy ra bên trong hoặc bên ngoài, một sự khác biệt phần lớn được quyết định bởi phương pháp sinh nở. Con người cung cấp một ví dụ về sự thụ tinh bên trong trong khi sinh sản của cá ngựa là một ví dụ về sự thụ tinh bên ngoài.
thụ tinh ngoài
Sự thụ tinh ngoài thường xảy ra trong môi trường nước, nơi cả trứng và tinh trùng đều được phóng thích vào trong nước. Sau khi tinh trùng gặp trứng, quá trình thụ tinh diễn ra.
Hầu hết quá trình thụ tinh bên ngoài xảy ra trong quá trình sinh sản, trong đó một hoặc một số con cái phóng trứng và (những) con đực phóng tinh trùng trong cùng một khu vực, cùng một lúc. Việc giải phóng vật liệu sinh sản có thể được kích hoạt bởi nhiệt độ nước hoặc độ dài của ánh sáng ban ngày. Gần như tất cả các loài cá đều sinh sản, cũng như động vật giáp xác (như cua và tôm), động vật thân mềm (như hàu), mực và động vật da gai (như nhím biển và hải sâm).
Các cặp cá không phát sóng đẻ trứng có thể thể hiện hành vi tán tỉnh . Điều này cho phép con cái chọn một con đực cụ thể. Sự kích thích trứng và tinh trùng phóng thích (đẻ trứng) làm cho trứng và tinh trùng được đặt trong một diện tích nhỏ, tăng khả năng thụ tinh.
Thụ tinh bên ngoài trong môi trường nước bảo vệ trứng khỏi bị khô. Sinh sản phát tán có thể dẫn đến sự kết hợp lớn hơn của các gen trong một nhóm, dẫn đến sự đa dạng di truyền cao hơn và cơ hội sống sót của loài trong môi trường thù địch cao hơn. Đối với các sinh vật thủy sinh không cuống như bọt biển, sinh sản theo đợt là cơ chế duy nhất để thụ tinh và xâm chiếm môi trường mới. Sự hiện diện của trứng đã thụ tinh và con non đang phát triển trong nước tạo cơ hội cho các loài ăn thịt dẫn đến mất con. Do đó, hàng triệu quả trứng phải được sản xuất bởi các cá thể và con cái được tạo ra thông qua phương pháp này phải trưởng thành nhanh chóng. Tỷ lệ sống sót của trứng được tạo ra thông qua quá trình sinh sản rải rác là thấp.
Bón phân bên trong
Thụ tinh trong xảy ra thường xuyên nhất ở động vật sống trên cạn, mặc dù một số động vật sống dưới nước cũng sử dụng phương pháp này. Có ba cách mà con cái được tạo ra sau khi thụ tinh trong.
Thụ tinh trong có ưu điểm là bảo vệ trứng đã thụ tinh khỏi bị mất nước trên cạn. Phôi được phân lập bên trong con cái, điều này hạn chế sự ăn thịt con non. Thụ tinh trong giúp tăng khả năng thụ tinh của trứng bởi một con đực cụ thể. Ít con non hơn được tạo ra thông qua phương pháp này, nhưng tỷ lệ sống sót của chúng cao hơn so với thụ tinh ngoài.
| thụ tinh ngoài | thụ tinh trong |
| Sự hợp nhất của giao tử đực (tinh trùng) và giao tử cái (noãn) xảy ra bên ngoài cơ thể | Sự hợp nhất của giao tử xảy ra bên trong cơ thể |
| Cả hai cá thể đều thải giao tử ra ngoài cơ thể | Chỉ có con đực phóng tinh vào cơ quan sinh dục nữ |
| Sự phát triển xảy ra bên ngoài cơ thể | Sự phát triển xảy ra bên trong cơ thể |
| Cơ hội sống sót của con cái ít hơn. Do đó, một số lượng lớn trứng được sản xuất | Cơ hội sống sót của con cái là nhiều hơn. Do đó, một số lượng nhỏ trứng được sản xuất |
| Ví dụ, ếch, cá | Ví dụ: người, chim, bò, gà mái |
Sự thụ tinh ở thực vật xảy ra sau quá trình thụ phấn và nảy mầm. Sự thụ phấn xảy ra thông qua việc chuyển phấn hoa - là giao tử đực của thực vật có hạt, tạo ra tinh trùng - từ cây này sang đầu nhụy (cơ quan sinh sản cái) của cây khác. Hạt phấn hút nước và nảy mầm.
Hạt phấn nảy mầm mọc ra một ống phấn, ống này phát triển và xâm nhập vào noãn (cấu trúc trứng của cây) thông qua một lỗ gọi là lỗ nhỏ. Sau đó, tinh trùng được chuyển qua ống phấn từ phấn hoa.
Ở thực vật có hoa, một sự kiện thụ tinh thứ cấp diễn ra. Hai tinh trùng được chuyển từ mỗi hạt phấn hoa, một trong số đó thụ tinh với tế bào trứng để tạo thành hợp tử lưỡng bội. Nhân của tế bào tinh trùng thứ hai hợp nhất với hai nhân đơn bội chứa trong một giao tử cái thứ hai được gọi là tế bào trung tâm. Lần thụ tinh thứ hai này tạo thành một tế bào tam bội, tế bào này sau đó phình ra và phát triển thành quả thể.
Quá trình thụ tinh, bao gồm sự thụ tinh chéo giữa các giao tử từ hai cá thể khác nhau, nam và nữ, được gọi là dị giao tử. Autogamy, còn được gọi là tự thụ tinh, xảy ra khi hai giao tử từ một hợp nhất riêng lẻ; điều này xảy ra ở các loài lưỡng tính, chẳng hạn như giun dẹp và một số loài thực vật.
Bón phân cho cây trồng
Sự hợp nhất của hai đơn vị sinh sản hữu tính khác nhau (giao tử) được gọi là sự thụ tinh. Quá trình này được tìm ra bởi Strasburger (1884).
1. Nảy mầm
Sự nảy mầm của hạt phấn trên đầu nhụy và sự phát triển của ống phấn: Hạt phấn đi đến đầu nhụy tiếp nhận của lá noãn bằng hành động thụ phấn. Hạt phấn sau khi dính vào đầu nhụy sẽ hút nước và trương nở. Sau khi hạt phấn nhận biết và chấp nhận lẫn nhau, hạt phấn nảy mầm (in vivo) để tạo ra một ống phấn phát triển thành đầu nhụy về phía buồng trứng.
GB Amici (1824) đã phát hiện ra ống phấn hoa ở Portulaca oleracea. Nói chung, chỉ có một ống phấn hoa được tạo ra bởi một hạt phấn hoa (đơn sắc). Nhưng một số loài thực vật như các thành viên của họ Cucurbitaceae tạo ra nhiều ống phấn hoa ( polysiphonous ). Ống phấn chứa một nhân sinh dưỡng hoặc nhân ống và hai giao tử đực. Sau đó, tế bào sinh dưỡng bị thoái hóa. Lúc này ống phấn đạt đến noãn sau khi đi qua phong cách.
2. SỰ ĐI CỦA ỐNG PHẤN VÀO Noãn
Sau khi đến bầu nhụy, ống phấn chui vào noãn. Ống phấn có thể xâm nhập vào noãn theo một trong các con đường sau:
một. Porogamy - Khi ống phấn hoa đi vào noãn thông qua micropyle, nó được gọi là porogamy . Nó là loại phổ biến nhất, ví dụ như Lily
b. Chalazogamy - Sự xâm nhập của ống phấn hoa vào noãn từ khu vực chalazal được gọi là chalazogamy. Chalazogamy ít phổ biến hơn, ví dụ Casuarina, Juglans, Betula, v.v.
c. Mesogamy - Ống phấn hoa đi vào noãn qua phần giữa của nó, tức là qua lớp vỏ (ví dụ Cucurbita, Populus ) hoặc qua phễu (ví dụ Pistacia ).
3. SỰ VÀO ỐNG PHẤN HOA VÀO BỌC PHÔI
Ống phấn hoa chỉ đi vào túi phôi từ đầu vi cực nhỏ bất kể phương thức xâm nhập của nó vào noãn. Ống phấn hoa hoặc đi qua giữa một hợp chất và các tế bào trứng hoặc đi vào một trong các hợp chất thông qua bộ máy filiform. Các synergids chỉ đạo sự phát triển của ống phấn hoa bằng cách tiết ra một số chất hóa học ( bài tiết chemotropic ). Đầu ống phấn hợp thành một hợp chất. Synergid thâm nhập bắt đầu thoái hóa. Sau khi xâm nhập, đầu của ống phấn hoa mở rộng và vỡ ra giải phóng hầu hết các chất bên trong bao gồm hai giao tử đực và nhân sinh dưỡng vào hợp chất.
4. PHÂN BÓN KÉP
Nhân của cả hai giao tử đực được giải phóng trong túi phôi. Một giao tử đực kết hợp với trứng để tạo thành hợp tử lưỡng bội. Quá trình này được gọi là syngamy hoặc thụ tinh sinh sản.
Hợp tử lưỡng bội cuối cùng phát triển thành phôi. Giao tử đực còn lại hợp nhất với hai nhân cực (hay nhân thứ cấp) để tạo thành nhân nội nhũ sơ cấp tam bội. Quá trình này được gọi là hợp nhất ba hoặc thụ tinh sinh dưỡng. Hai hành vi thụ tinh này tạo thành quá trình thụ tinh kép. Sự thụ tinh kép chỉ xảy ra ở thực vật hạt kín.
Quá trình thụ tinh ở động vật
Thụ tinh là quá trình trong đó một tinh trùng đơn bội kết hợp với một trứng đơn bội để tạo thành hợp tử. Mỗi tế bào tinh trùng và trứng đều có những đặc điểm cụ thể giúp cho quá trình này có thể thực hiện được.
Trứng là tế bào lớn nhất được tạo ra ở hầu hết các loài động vật. Một tế bào trứng của con người lớn hơn khoảng 16 lần so với tế bào tinh trùng của con người. Trứng của các loài khác nhau chứa lượng lòng đỏ khác nhau, chất dinh dưỡng để hỗ trợ sự phát triển của phôi đang phát triển. Trứng được bao quanh bởi một lớp thạch , bao gồm các glycoprotein (protein có đường dính vào chúng), giải phóng các chất hóa học đặc trưng cho loài (chất hấp dẫn hóa học) dẫn tinh trùng đến trứng. Ở động vật có vú, lớp này được gọi là màng trong suốt. Ở động vật có vú có nhau thai, một lớp tế bào nang bao quanh màng trong suốt. Zona pellucida/lớp thạch được ngăn cách với trứng bằng một màng gọi là màng bọc vitelline , màng này nằm bên ngoài màng sinh chất của tế bào. Ngay bên dưới màng sinh chất của trứng là các hạt vỏ não, các túi chứa các enzym sẽ làm phân hủy các protein giữ lớp vỏ vitelline bao quanh màng sinh chất khi quá trình thụ tinh diễn ra.
Tinh trùng là một trong những tế bào nhỏ nhất được tạo ra ở hầu hết các loài động vật. Tinh trùng bao gồm một đầu chứa DNA được sắp xếp chặt chẽ, một đuôi hình roi để bơi và nhiều ty thể để cung cấp năng lượng cho sự di chuyển của tinh trùng. Màng sinh chất của tinh trùng chứa các protein gọi là bindin, là các protein đặc trưng cho loài nhận biết và liên kết với các thụ thể trên màng sinh chất của trứng. Ngoài nhân, đầu tinh trùng còn chứa một bào quan gọi là acrosome, chứa các enzym tiêu hóa sẽ làm phân hủy lớp thạch/zona pellucida để cho phép tinh trùng tiếp cận màng sinh chất của trứng.
Để đảm bảo rằng con cái chỉ có một bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội hoàn chỉnh, chỉ một tinh trùng có thể kết hợp với một quả trứng. Sự kết hợp của nhiều tinh trùng với một trứng hoặc đa tinh trùng không tương thích về mặt di truyền với sự sống và dẫn đến cái chết của hợp tử. Có hai cơ chế ngăn cản đa tinh: cơ chế "khối nhanh" thành đa tinh và cơ chế đa tinh "khối chậm".
Các bước trên và các bước thụ tinh khác được thảo luận dưới đây:
