Priebeh oplodnenia krytosemenných rastlín a vznik semena a plodu

Oplodnenie a vývin semena sú kľúčové procesy krytosemenných rastlín, ktoré spolu vytvárajú základ rozmnožovania a šírenia rastlín v rôznych prostrediach. V tomto článku sústreďujeme sa na základné pojmy - kvety, piestik, pestík, peľ, opelenie a dvojité oplodnenie - a sledujeme postup od opelenia cez vznik zygoty až po semeno a plod.

Stavba kvetu a základné pojmy

Kvet krytosemenných rastlín sa skladá z viacerých častí, ktoré spolu plnia funkcie opelenia a ochrany pohlavných orgánov. Kvetná stopka spája kvet s stonkou, kvetné lôžko nesie všetky časti kvetu a kvetné obaly chránia vnútorné štruktúry. Kalich (exokarp a calyx) býva zelený a môže byť trváci alebo prchavý; koruna (koruna) býva pestrofarebná alebo nenápadná a prispieva k prilákaniu opeľovačov. Neoddeliteľnou súčasťou sú aj nektáriá v korunových listoch alebo v ich blízkosti.

Jednoklíčnolistové rastliny môžu mať nerozlíšený kvetný obal, zatiaľ čo dvojklíčnolisté rastliny majú kvetný obal typicky rozlíšený na kalich a korunu. Sú samčie rozmnožovacie útvary - tyčinky tvorené nitkou a peľnicou, kde sa vytvára peľ. Piestik vzniká zrastením jedného alebo viacerých samičích plodolistov (megaskófyly) a pozostáva z blizny, čnelky a vnútorneho alebo spodného usporiadania, ktoré umožňuje zachytiť peľ a presun peľových zrniek do semenníka.

Opeľovanie a oplodnenie

Opelenie je presun peľu z tyčinky na bliznu piestika. Ak peľ pochádza zo zákvitu toho istého kvetu, hovoríme o samoopelení (autogamia). Ak pochádza zo cudzieho kvetu, ide o cudzoopelenie (alogamia). Špecifickým príkladom samoopelenia je Kryptogamia - opelenie môže prebiehať aj ešte pred otvorením púčika. Vplyv na opelenie má aj mechanizmus - vetroopelivé rastliny opelia peľom vietor, hmyzoopelené rastliny využívajú najmä opeľovače ako včely, vtáky alebo drobné cicavce, a u niektorých druhov môže peľ preniesť aj voda.

Keď peľové zrno dopadne na vlhkú bliznu, začne klíčiť peľové zrno, ktoré vytvára peľové vrecúško; to prerastá cez čnelku až do semenníka. Z peľového vrecúška sa presúvajú vegetatívne jadro a dve spermatické (rozmnožovacie) jadrá. Pri krytosemenných rastlinách je dvojité oplodnenie bežné - jedno spermické jadro sa spojí s oosférou a vzniká diploidná zygóta, zatiaľ čo druhé spermické jadro splýva s centrálnym jadrom zárodočného mieška a vzniká triploidný endosperm, ktorý vyživuje embryo.

Dozrievanie peľového zrna a vývin gametofytov

Peľové zrná vznikajú v peľnici redukčným deleniam, po ktorom vzniká haploidné jadro a dve jadierka: vegetatívne (vyživovacie) a generatívne (rozmnožovacie). Generatívne jadro sa ďalej delí na dve spermatické bunky. Vajíčko (gametofyt samičí) vzniká na plodoliste (megasporofyly) a vo vnútri sa vyvíja zárodočný miešok, ktorý obsahuje niekoľko hierarchicky organizovaných buniek a jadier, vrátane oosféry.

Po oplodnení sa zygóta vyvíja embryo a súčasne sa vyvíja endosperm, ktorý poskytuje výživu budúcemu zárodku. V nahosemenných rastlinách sa na začiatku vyvíja veľké množstvo haploidných jadier v archegóniách a endosperme; u krytosemenných rastlín je zrelý zárodočný miešok pripravený na oplodnenie a zygóta sa vyvíja do semena.

Vývin semena a plodu

Semeno vzniká po oplodnení vajíčka; pevné osemenie (testa) vzniká z obalov vajíčka a chráni embryo aj endosperm. Endosperm je buď haploidný, alebo triploidný, v závislosti od typu oplodnenia: pri krytosemenných rastlinách je endosperm triploidný a vzniká spojení druhej spermatickej bunky s centrálnym jadrom zárodočného mieška. Počas klíčenia semena sa voda postupne vyprázdňuje a obsah sa znižuje, čo umožňuje aktívny vstup do dormancie a následné klíčenie pri priaznivých podmienkach.

Podľa pôvodu a zrelosti môžu semenné plody nadobúdať rôzne formy: šiška, šišková bobuľa, semenná bobuľa, semenná kôstkovica a ďalšie. Rozdelenie plodov podľa perikarpu zahŕňa exokarp, mesokarp a endokarp a rozlišuje sa aj podľa toho, či ide o pravé alebo nepravé plody (napr. malvica - nepravý plod). Súplodie je systém plodov vzniknutých z jedného súkvetia, ktoré môžu byť voľné alebo zrastené.

Opelenie a oplodnenie v praxi

V prípade otvoreného opelenia dochádza k opeleniu medzi jedincami alebo medzi kvety na tej istej rastline, čo môže viesť k samooplodneniu alebo cudzooplodneniu v závislosti od dostupnosti peľu a pohybu opeľovačov. U mnohých druhov je však potrebné zabrániť samoopeleniu a podporiť cudzoopelenie; rastliny sú preto vybavené mechanizmami na rozlíšenie medzi obe rôznymi peľmi alebo na časové oddelenie dozrievania blizny a peľnice. Príkladom je prvosienka jarná, ktorá vytvára rôzne typy kvetov s odlišnými čnelkami a tyčinkami, čím núti hmyz k prenášaniu peľu medzi rôznymi jedincami.

Pri dvojitém oplodnení u krytosemenných rastlín dochádza k jedinečnému procesu: peľové zrno preniká do vajíčka cez mikropylárny otvor, jedna spermatická bunka splýva s oosférou a vzniká diploidy zygóta; druhá spermatická bunka splýva s centrálnym jadrom zárodočného mieška a vzniká triploidný endosperm, vyživujúci embryo. V magnóliorastoch sa pozoruje aj dvojité oplodnenie, kde dochádza k splynutiu jednej spermátnej bunky s oosférou a vzniku diploidnej zygóty, pričom druhá spermátna bunka oplodní centrálnu bunku a vzniká triploidný endosperm.

Rôznorodosť plodov a rozmnožovania

Okrem pohlavného rozmnožovania majú rastliny aj nepohlavné spôsoby rozmnožovania: bunkové delenie, fragmentáciu stielky, výtrusy a rôzne formy vegetatívnych orgánov (cibuľky, rizómy, hľuzy, stolóny, listy). Nepohlavné rozmnožovanie umožňuje geneticky identické klony, čo je výhodné pre rýchlu kolonizáciu stabilného prostredia a pre druhy s problémami meiózy alebo s potrebu zachovania konkrétnych genetických znakov.

Zhrnutie dôležitých bodov

• Opevneným základom opelenia je prepojenie medzi kvetom, peľom a bliznou cez špecifické mechanizmy (autoinkompatibilita, časové posuny dozrievania, mechanizmy zabraňujúce samooplodneniu).
• Oplodnenie krytosemenných rastlín je typicky dvojité: jedna spermatická bunka splýva s oosférou a druhá s centrálnym jadrom zárodočného mieška, čo vedie k vzniknutiu zygóty a endospermu.
• Endosperm môže byť haploidný alebo triploidný a zabezpečuje výživu embryo počas vývoja semena.
• V rámci plodov rozlišujeme pravé a nepravé plody, a tiež rôzne typy podľa perikarpu; súplodie môže vzniknúť zo súvetia plodov.
• Nepohlavné rozmnožovanie poskytuje rýchlu a geneticky identickú formu šírenia a je dôležité pri prirodzenej evolúcii aj v ľudských kultiváciách.

Tabuľka: Hlavné kroky oplodnenia a vznik semena

tags: #oplodnenie #krytosemennych #rastlin