Презентация к курсу «Биология» для студентов 1-го курса геолого-географического факультета Лекция 4 Размножение Составитель: доц.Гарнизоненко Т.С.

Размножение. Определение Размножение присущее всем живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность существования вида во времени и пространстве. Способы размножения подразделяются на два основных типа: бесполое и половое. Для организмов, имеющих клеточное строение, в основе всех форм размножения лежит деление клетки. Замещение – процесс при котором число дочерних особей равно числу материнских. Например, при половом размножении – 2, при бесполом - 1 Воспроизведение – дочерние организмы подобны по анатомо- морфологическому строению материнским. Воспроизведение не всегда сопровождает размножение.

Типы размножения Размножение Половое – размножение при помощи специализированных клеток-гамет, каждая из которых несет гаплоидный набор хромосом и образуется путем мейоза Бесполое – размножение с помощью соматических клеток, которые образуются путем митоза. при этом они могут нести как гаплоидный, так и диплоидный Набор хромосом, в зависимости от такового у материнского организма.

Размножение. Ядерные фазы (n) Мейоз Митоз Мейоз (n)

Бесполое размножение Бесполое размножение тип размножения, при котором следующее поколение развивается из соматических клеток без участия репродуктивных клеток гамет. При этом дочерние организмы несут в клетках такой же набор хромосом как и материнские (гаплоидный или диплоидный).

Распространение бесполого размножения Оно является древнейшим и самым простым способом размножения и широко распространено у одноклеточных организмов (археи, бактерии и простейшие).Иногда этот способ называют агамогенез. Этот способ имеет несколько преимуществ перед половым способом: для проведения требуется меньше энергии и времени, а также нет необходимости в поиске полового партнера, что позволяет обеспечить высокие темпы размножения. Вместе с тем, появившиеся в результате мутации вредные изменения, тоже закрепляются на длительный период времени. Кроме того, в неблагоприятных, меняющихся условиях среды, практически все особи погибнут, так как в среднем, они практически идентичны одной родительской особи. Следует отметить, что способность вида к бесполому размножению не исключает способности к половому процессу, но тогда эти события разнесены во времени. Реже встречается бесполое размножение у многоклеточных животных, оно отсутствует у первичнополостных червей и моллюсков и как редкое исключение зафиксировано у членистоногих и позвоночных (в форме полиэмбрионии).

Варианты бесполого размножения

Бинарное деление Бинарное деление – способ размножения при котором из материнской клетки образуются две дочерние, зачастую такого же размера. Бинарное деление может происходить в одной или нескольких плоскостях. Наиболее типично бинарное деление для прокариотических клеток и одноклеточных Эукариот. Бинарное деление у трипаносомы (1) и риккетсий (2) 1 2

Шизогония или множественное деление ШИЗОГОНИЯ - множественное бесполое размножение простейших (споровиков, фораминифер) и некоторых водорослей. Организм становится многоядерным и распадается на множество (соответственно количеству ядер) одноядерных клеток - мерозоитов. Шизогония у малярийного плазмодия (1) и споровика (2) 1 2

Почкование Почкование тип бесполого размножения животных и растений, при котором дочерние особи формируются из выростов тела материнского организма (почек). Образовавшееся в результате митоза ядро перемещается в образовавшийся вырост, после чего он отделяется. Почкование характерно для многих грибов, печеночных мхов и животных (простейшие, губки, кишечнополостные, некоторые черви, оболочники, некоторые жгутиковые, инфузории, споровики). У ряда животных почкование не доходит до конца, молодые особи остаются соединёнными с материнским организмом. В ряде случаев это приводит к образованию колоний. Почкование у дрожжей (А), гидры (Б) и круглого червя полихеты (В) В

Статобласты мшанок Мшанки – колониальные животные из типа червеобразных, ведущие водный образ жизни. Статобласты - особые зимующие почки пресноводных мшанок. Колония мшанок Появление мшанки из статобласта

Споруляция Споруляция – бесполое размножение с помощью специализированных клеток - спор. У растений они образуются в особых структурах –спорангиях. Если спора имеет жгутик и подвижна она называется зооспорой. Споры образуются как путем митоза (митоспоры) так и мейоза (мейоспоры). Ядро споры может содержать гаплоидный или диплоидный набор хромосом. У грибов отмечено наибольшее разнообразие спор, в том числе и принимающих участие в половом процессе. Различные виды спор Споры папоротника асплениум

Фрагментация Фрагмента́ция способ бесполого размножения, при котором особь делится на две или несколько частей (фрагментов), каждая из которых растет и образует новый организм; основана на способности некоторых живых существ восстанавливать утраченные органы или части тела (регенерация). Схема фрагментации у морских звезд Фрагментация водоросли кладофоры

Стробиляция Стробиляция - тип бесполого размножения у некоторых беспозвоночных животных последовательное отделение дочерних особей путём поперечного деления материнского тела. Классический пример стробиляции отделение эфир личинок сцифомедуз от сцифистомы. По форме сцифистома напоминает стробил покрытосеменных растений, откуда и происходит наименование способа размножения.

Стробиляция, как один из способов бесполого размножения Стробиляция сцифоидной медузы аурелии (а- схема, б-стробил, в-медуза). 1-8 – этапы формирования полипа-сцифистомы, 9-10 – стробил, 11- стробиляция, формирование тела медузы. а б в

Варианты бесполого размножения растений Вегетативная диаспория – размножение с помощью специализированных структур (диаспор) – луковиц, клубней, клубнелуковиц, выводковых почек, гемм, корнеклубней, бульбилл наземных луковиц. Сарментация – размножение с помощью сформированных молодых, растений (сарментов), отделяющихся от материнского. Партикуляция – обособление в пределах растит. особи отд. структур, частей,морфологически чётко выделяющихся и способных (при отделении) самостоятельному существованию и развитию. Полная П. соответствует вегетативному размножению.

Вегетативная диаспория Выводковые корзинки с выводковыми почками у маршанции (1), проросшие корневые) клубни георгина (2), луковички-бульбиллы в пазухах листьев у лилии (3) и геммы жирянки (4)

Сарментация Размножение усами земляники (1), розетками хлорофитума (2),ложное живорождение каланхоэ (3) 1 2 3

Партикуляция Партикуляция может быть травматической и сенильной (старческой). На схеме молодые и взрослые растения торопись (верхний рисунок) и начало сенильной партикуляции (нижний рисунок).

Живорождение у растений Группа растений ризофоры Прорастание плодов ризофоры

Вегетативное размножение растений, как вариант бесполого Термин «вегетативное размножение» целесообразно применять для искусственного размножения растений человеком. Зачастую такие способы не встречаются в природе, например: корневые и листовые черенки, прививка.

Полиэмбриония Полиэмбриония способ бесполого размножения организмов, когда идет развитие более одного зародыша из одной зиготы у животных или образование нескольких зародышей в одном семени у растений. У животных различают специфическую (свойственную данному виду) полиэмбрионию, и спорадическую, или случайную. Специфическая полиэмбриония встречается у животных различных систематических групп (мшанок, насекомых, броненосцев и т. д.) Её биологический смысл заключается в увеличении числа потомков, развивающихся из одной оплодотворенной яйцеклетки. Спорадическая полиэмбриония вызвана воздействием случайных факторов и встречается у многих видов животных, в том числе у человека. В результате полиэмбрионии развиваются два организма, абсолютно идентичных по генотипам, но имеющих различия в фенотипе (последствия воздействия среды). У растений полиэмбриония бывает истинной и ложной. Истинная все зародыши развиваются в одном зародышевом мешке, ложная в разных зародышевых мешках соответственно.

Примеры полиэмбрионии Схема полиэмбрионии броненосца Однояйцевые близнецы Полиэмбриония у растений

Половое размножение Половое размножение сопряжено с половым процессом (слиянием клеток), а также, в каноническом случае, с фактом существования двух взаимодополняющих половых категорий (организмов мужского и женского пола). При половом размножении происходит образование гамет, или половых клеток, обладающих гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Животным свойствен двойной набор хромосом в обычных (соматических) клетках, поэтому гаметообразование у них происходит в процессе мейоза. У многих водорослей и всех высших растений гаметы развиваются в гаметофите, уже обладающим одинарным набором хромосом, и получаются простым митотическим делением.

Органы полового размножения Гаметангии – водоросли, грибы Архегонии – женские и антеридии –мужские гаметангии высших споровых растений Микроспорангии и мега (макроспорангии) – гаметангии голосеменных и покрытосеменных растений Гонады – половые железы (семенники и яичники) у животных, за исключением кишечнополостных губок и

Оогоний и антеридий водорослей Антери́дий мужской гаметангий водорослей и высших растений. Содержит мужские гаметы сперматозоиды (водоросли, споровые растения). Антеридий у голосеменных растений редуцируется его замещает антеридиальная клетка пыльцевого зерна мужского гаметофита. Покрытосеменные растения вовсе лишены этой структуры. Антеридий у водорослей развивается на диплоидном растении или на отдельном гаплоидном растении гаметофите, а у высших растений только на гаметофите. Оогоний женскийгаметангий водорослей и некоторых грибов. Обычно оогонии водорослей одноклеточные (этим они отличаются от архегониев высших растений), но у харовых водорослей оогониями называют многоклеточные женские гаметангии. Оогоний (вверху) и антеридий (внизу) у харовых водорослей

Архегонии и антеридии Женская подставка и схема расположения архегониев (1, 2) Мужская подставка и схема положения антеридиев (3,4)

Типы копуляции гамет Обе гаметы мелкие и подвижные Обе гаметы подвижные яйцеклетка крупнее Спермий мелкий подвижный, яйцеклетка крупная неподвижная

Ово- (справа) и сперматогенез (слева)

Прогенез Прогенез это гаметогенез на личиночной стадии. Он подразделяется на: неотения временная задержка развития организма на личиночной стадии, с приобретением способности к половому размножению. Например, у некоторых видов амбистом,земноводных из семейства амбистомовых (Ambystomidae) образуется неотеническая личинка аксолотль из-за наследственно обусловленного недостатка гормона тиреоидина. педоморфоз - неотения с полной утратой способности к метаморфозу. Встречается у земноводных протей.. педогенез партеногенетическое размножение на личиночной стадии, часто оно происходит когда зародыш ещё находится в организме матери. Этот тип размножения характерен для некоторых членистоногих и паразитических плоских червей трематод, использующих его для значительного увеличения числа потомков за короткий срок.

Оплодотворение Процесс оплодотворения состоит из следующих этапов: 1 - проникновение сперматозоида в яйцо, 2- кариогамия или слияние ядер, 3 - активизация зиготы к началу дробления. Оплодотворение - слияние мужской половой клетки (сперматозоида) с женской (яйцом, яйцеклеткой), приводящее к образованию зиготы - нового одноклеточного организма. Биологический смысл оплодотворения состоит в объединении ядерного материала мужской и женской гамет, что приводит к объединению отцовских и материнских генов, восстановлению диплоидного набора хромосом, а также активации яйцеклетки, то есть стимуляции её к зародышевому развитию.

Оплодотворение у животных Zona pellicula после проникновения спермия отвердевает (регуляция ферментом овастацином, хранящимся в яйцеклетке и освобождающимся после проникновения спермия.) Нейтрализация овастацина осуществляется белком крови фетуином -Б Иногда овастацин выделяется из яйцеклетки до оплодотворения и поверхность яйцеклетки становится твердой до проникновения спермия.

Типы оплодотворения у животных Оплодотворение может быть внешним и внутренним. В первом случае половые продукты откладываются в воду (рыбы, земноводные, иглокожие и др.) или на твердые субстраты (клещи и др.). При внутреннем – яйцеклетка и сперматозоид соединяются внутри материнского организма(пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие, насекомые, большинство высших растений). Иногда самец откладывает сперматозоиды в особом образовании сперматофоре, который самка захватывает в свои половые пути (тритон).

Двойное оплодотворение у растений Сергей Гаврилович Навашин Двойное оплодотворение характерно для покрытосеменных растений. Один спермий сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, второй – с центральным ядром, формируя триплоидный эндосперм. Д.о. было открыто русским ботаником С.Г.Навашиным.

Партеногенез Особую форму полового размножения представляет собой партеногенез, или девственное размножение, развитие организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Данная форма размножения характерна главным образом для видов, обладающих коротким жизненным циклом с выраженными сезонными изменениями.

Классификации партеногенетического размножения. По способу размножения Естественный нормальный способ размножения некоторых организмов в природе. Искусственный вызывается экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворённую яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении (осмотический, травматический, температурный – чаще всего низкие отрицательные температуры). По полноте протекания Рудиментарный (зачаточный) неоплодотворённые яйцеклетки начинают деление, однако зародышевое развитие прекращается на ранних стадиях. Вместе с тем в некоторых случаях возможно и продолжение развития до конечных стадий (акцидентальный или случайный партеногенез). Полный развитие яйцеклетки приводит к формированию взрослой особи. Эта разновидность партеногенеза наблюдается во всех типах беспозвоночных и у некоторых позвоночных. По способу восстановления диплоидности Амейотический развивающиеся яйцеклетки не проделывают мейоза и остаются диплоидными. Такой партеногенез (например, у дафний) является разновидностью клонального размножения. Мейотический яйцеклетки проделывают мейоз (при этом они становятся гаплоидными). Новый организм развивается из гаплоидной яйцеклетки (самцы перепончатокрылых насекомых и коловраток), или яйцеклетка тем или иным способом восстанавливает диплоидность (например, путём эндомитоз или слияния с полярным тельцем) По наличию других форм размножения в цикле развития Облигатный когда он является единственным способом размножения (кавказская ящерица) Циклический партеногенез закономерно чередуется с другими способами размножения в жизненном цикле ( способ выживания, из-за большой гибели особей, у дафний, тли). Факультативный встречающийся в виде исключения или запасного способа размножения у форм, в норме двуполых (регуляция соотношения плов, коловратки, пчелы, муравьи).

Классификация типов партеногенеза По хромосомному составу материнской клетки Гаплоидный (генеративный) – из гаплоидной яйцеклетки могут развиваться только самки, только самцы или особи обоих полов (пчелы, паразитические осы). Диплоидный (соматический) - ооциты самки образуют диплоидные яйцеклетки, из которых развиваются самки, у скальных ящериц перед мейозом происходит митотическое увеличение сила хромосом, а затем мейоз, в результате получаются диплоидные яйцеклетки. Способность к образованию партеногенетических диплоидных самцов обнаружена у некоторых пород индеек. По географическому признаку Констатный – обычно в пределах одного ареала, длительный, популяция состоит только из женских особей. Географический – кроме однополых популяций, имеются популяции состоящие из собей обоих полов. По типу пола потомства Телитокия - из неоплодотворенных яиц развиваются только самки. Арренотокия – из неоплодотворенных яиц развиваются только самцы (пчелы, клещи). Дейтеротокия - неоплодотворенных яиц развиваются и самки и самцы (бабочки). Педогенез – партеногенез на личиночной стадии.

Животные, размножающиеся партеногенезом Белобрюхая ящерица Бородавчатая змея Комодский варан

Апомиксис Апомиксис – способ размножения без оплодотворения, в более узком понимании это вторично бесполое размножение. Он обусловлен различными упрощениями гаметогенеза, в результате чего процесс оплодотворения серьезно нарушается или даже полностью выпадает. Зародыш в этом случае образуется из неоплодотворенной яйцеклетки, которая может быть гаплоидной или из-за аномалий гаметогенеза остается диплоидной. В случае апомиксиса зародыш может развиваться и из других гаплоидных или диплоидных клеток, ассоциированных с яйцеклеткой и находящихся в зародышевом мешке и даже из соматических клеток семяпочки. Один из видов апомиктов-ястребинка волосистая

Типы апомиксиса А. может быть наследственным (регулярным) или ненаследственным (случайным). Различают автономный А., при к-ром зародыш развивается без опыления или раздражения рыльца, и в разной степени индуцированный, когда для развития зародыша требуется опыление или даже прорастание пыльцы на рыльце, а иногда и оплодотворение центр, ядра зародышевого мешка. Самая распространённая форма А. у. цветковых редуцированный партеногенез (зародыш гаплоидный), известный в,16 сем., С партеногенезом могут сочетаться др. формы А. апогамия, адвентивная эмбриония (зародыш развивается вне зародышевого мешка из клеток семяпочки). При этих формах А. часто развивается неск. зародышей в одном семени

Коньюгация у водорослей Боковая – между клетками одной нити Лестничная – между клетками двух соседних нитей Схема коньюгации у спирогиры

Коньюгация инфузории туфельки Строение инфузории Этапы коньюгации (схема)

Коньюгация у бактерий Конъюга́ция - однонаправленный перенос части генетического материала (плазмид генофора) при непосредственном контакте двух бактериальных клеток. Позволяет передавать наибольшее количество генетической информации. Схема коньюгации у кишечной палочки

Развитие зародыша животных

Дифференцировка зародышевых листков

Развитие зародыша растений 1-синергиды. 2-подвесок, 3 зародыш, 4- антиподы, 5 – эндосперм

Постэмбриональное развитие животных Непрямое, с неполным превращением

Полное превращение (голометаболия)