Oplodnenie, vznik semien a plodov

Rozmnožovanie je základný prejav života, ktorý zabezpečuje zachovanie druhu, prenos dedičných vlastností a vznik nových druhov. Kvet je pohlavným orgánom rastlín. I keď sa veľa druhov dokáže množiť vegetatívne, normálny a prirodzený spôsob rozmnožovania je pohlavný, teda zo semien. Pohlavné rozmnožovanie spája genetický materiál dvoch jedincov, čím zabezpečuje nevyhnutnú genetickú variabilitu. Nová rastlina vzniká zo zygoty, produkovanej splynutím dvoch haploidných gamét.

Pri pohlavnom rozmnožovaní sa nová rastlina vyvinie zo zygoty, ktorá vznikla splynutím dvoch diferencovaných pohlavných buniek, gamét - samčej gaméty spermatozoidu, pri kvitnúcich rastlinách peľového zrnka, so samičou gamétou vajcovou bunkou. Počet chromozómov jadra pri redukčnom delení - meióze - sa zredukuje na polovičný, haploidný, takže obidve gaméty majú haploidný počet chromozómov.

Kvet sa skladá z kvetnej stopky, kvetného lôžka, kvetného obalu (okvetie alebo kalich a koruna), tyčiniek (nitka, peľnica) a piestika (semenník, čnelka a blizna). Kvetný obal, koruna sa väčšinou skladá z rovnakých lístkov, ktoré sú rôzneho tvaru a sfarbenia. Tieto vlastnosti veľmi ovplyvňujú vzhľad kvetov. Kvety sú vlastne zhmotnenou krásou a krásny kvet je reklamou rastliny.

Kvetná stopka - kvetnou stopkou sa kvet pripája na stonku.

Kvetné lôžko - vzniklo zo stonky a nesie všetky časti kvetu.

Kvetné obaly - vznikli premenou listov, chránia vnútorné časti kvetu, môžu byť rôzne sfarbené aby prilákali opeľovače. Môžu byť rozlíšené na kalich a korunu. Kalich je väčšinou zelený, tvorí vonkajšie časti obalov, môže byť trváci alebo prchavý, u niektorých rastlín sa môže premeniť napr. na páper (púpava). Koruna tvorí vnútorné obaly, môže byť pestro sfarbená (u hmyzoopelivých rastlín) alebo môže byť nenápadná, prípadne úplne chýba (vetroopelivé rastliny). Na koruných lístkoch alebo v ich blízkosti sa môžu nachádzať nektáriá. Rozlíšený kvetný obal je typickým znakom dvojklíčnolistových rastlín. Jednoklíčnolistové rastliny môžu mať kvetný obal nerozlíšený, nevytvárajú kalich a korunu a nazývame ho okvetie (perigon napr.

Opelenie a oplodnenie

Opelenie (pollinatio) je prenesenie peľu z tyčinky na bliznu piestika. Ak je peľ prenesený z tyčinky na piestik toho istého kvetu, jedná sa o samoopelenie (autogamia). Ak je peľ prenesený na cudzí kvet, je to cudzoopelenie (allogamia). Rastliny sa samoopeleniu bránia autoinkompatibilitou (biochemický blok) alebo časovým nesúladom dozrievania orgánov.

Peľové zrná (samčí gametofyt) vznikajú v peľniciach. Ich povrch chráni pevná vonkajšia exina a vnútorná tenká intina. Zrelé peľové zrnko krytosemenných rastlín tvoria tri bunky: jedna vegetatívna bunka (zabezpečuje rast peľovej trubice) a dve samčie neobrvené bunky, takzvané spermácie.

Zárodočný miešok (samičí gametofyt) sa vyvíja vo vajíčku semenníka. Prenos peľu na bliznu označujeme ako opelenie. Podľa pôvodu peľu rozlišujeme samoopelenie (autogamiu) a cudzoopelenie (alogamiu).

Dômyselný priestorový mechanizmus na podporu cudzoopelenia využíva prvosienka jarná. Jednotlivé rastliny tvoria buď kvety s dlhými čnelkami a krátkymi tyčinkami, alebo presne naopak, čo priamo núti hmyz prenášať peľ výhradne medzi rôznymi jedincami.

Niektorým rastlinám, napr. jabloniam, blizny a peľnice v tom istom kvete nedozrievajú naraz, takže sa môžu opeliť len peľom z iného kvetu. Hmyz prenáša peľ z peľníc dlhých tyčiniek na blizny dlhých čneliek a naopak, teda vždy do kvetov iných jedincov.

Ak na bliznu dopadne správny peľ, prítomný vápnik, bór a fytohormóny ho okamžite stimulujú ku klíčeniu. Peľové zrnko zachytené na blizne - opelenie - začne klíčiť na peľové vrecúško, ktoré pletivom čnelky a semenníka prerastá do zárodočného mieška.

Oplodnenie je splynutie samčej a samičej pohlavnej bunky. Ak sa dostane zrelé peľové zrno na bliznu piestika, vlhká blizna spôsobí, že začne peľové zrno klíčiť. Vytvára sa peľové vrecúško, ktoré prerastá cez čnelku až do semenníka.

Dvojité oplodnenie u krytosemenných rastlín

Proces dvojitého oplodnenia je unikátom krytosemenných rastlín. Po vniknutí trubice do vajíčka prebehnú dve splynutia súčasne:

• prvá spermácia splynie s oosférou, čím vzniká diploidná zygota (budúce embryo).
• druhá spermácia splynie s centrálnou bunkou, čím vzniká bunka s triploidným jadrom. Z nej sa sformuje zásobný triploidný endosperm vyživujúci embryo.

Pri krytosemenných rastlinách, kde je dvojité oplodnenie, zygota z druhého oplodnenia je triploidná a dáva vznik výživnému pletivu semena, endospermu.

Vznik semena a plodu

Z oplodneného vajíčka sa vyvíja semeno chránené pevným osemením (testa), ktoré vzniklo z pôvodných vajíčkových obalov. Pre úspešný vývin a následné klíčenie sa v semene, predovšetkým v endosperme, koncentrujú kľúčové živiny a veľké množstvo fosforu. Semeno následne stratí väčšinu vody (jej obsah klesne na 5-20 %) a prechádza do ochranného stavu spánku (dormancie).

Vajíčko u rastlín je mnohobunkový útvar, ktorý pokrývajú obaly - integumenty. V obaloch je otvor -mikropyla, peľový vchod, ktorý umožňuje samčím gamétam preniknúť do vajíčka a oplodniť vajcovú bunku. Vo vnútri vajíčka sa nachádza pletivo nucelus, ktorého jedna bunka - materská bunka sa zväčšuje a redukčne sa delí. Vzniknú 4 haploidné bunky, ktoré tvoria samičiu megaspóru - nezrelý zárodočný miešok. U väčšiny rastlín tri z týchto buniek zanikajú a zostane len jedna bunka, ktorá sa ďalej vyvíja. Tá vytvorí jednobunkový zárodočný miešok s jadrom. Toto jadro sa tri krát za sebou delí, vznikne tak 8 jadrový zrelý zárodočný miešok.

Vývin pohlavných buniek v tyčinkách a piestiku krytosemenných rastlín

V semenníku piestika sa vyvíja jedno alebo viac vajíčok. Vajíčko vzniklo zrastením výtrusníc. Prostredná výtrusnica tvorí vajíčkové jadro (nucellus). Ostatné výtrusnice majú ochrannú funkciu, tvoria vajíčkové obaly - integumenty. Na vrchole vajíčka vytvárajú peľový vchod (micropyle).

V peľniciach tyčiniek je diploidné peľotvorné pletivo, z ktorého sa po redukčnom delení vyvíjajú štvorice (tetrády) peľových zrniek. Jadrá peľových zrniek sa mitoticky delia predtým ako zrnká opustia peľovú komôrku. Vznikne vyživovacia (vegetatívna) bunka, z ktorej klíčením vyrastie peľové vrecúško a rozmnožovacia (generatívna) bunka. Z nej mitózou vznikajú 2 samčie pohlavné bunky - spermatické bunky.

Vývin pohlavných buniek v šišticiach nahosemenných rastlín

V samičej kvetnej šištici sú vajíčka. Vo vnútri každého vajíčka je vajíčkové jadro vyplnené výtrusorodým pletivom, ktorého jedna bunka - materská bunka zárodočného mieška, sa redukčne delí. Vznikne štvorica haploidných buniek, z ktorých 3 zanikajú a zostávajúca bunka tvorí mladý jednobunkový zárodočný miešok s prvotným centrálnym jadrom. Viacnásobným mitotickým delením vzniká primárny endosperm s niekoľkými zárodočníkmi, vo vnútri s veľkou vajcovou bunkou oosférou. Počet zárodočníkov je pre jednotlivé druhy borovicorastov charakteristický a spravidla konštantný.

V samčej kvetnej šištici sú tyčinky. V peľniciach tyčiniek je diploidné peľotvorné pletivo, z ktorého sa po redukčnom delení vyvíjajú štvorice (tetrády) peľových zrniek. Jadrá peľových zrniek sa mitoticky delia predtým ako zrnká opustia peľovú komôrku. Vznikne vyživovacia (vegetatívna) bunka, z ktorej klíčením vyrastie peľové vrecúško a rozmnožovacia (generatívna) bunka. Z nej mitózou vznikajú 2 samčie pohlavné bunky - spermatické bunky.

Pri oplodnení borovicorastov splýva 1 spermatická bunka s oosférou zarodočníka, tým vzniká diploidná zygóta, z ktorej sa vyvíja zárodok (embryo) s niekoľkým klíčnymi listami (3 - 8) v závislosti od druhu ihličnanu. Druhá spermatická bunka zaniká. Vajíčko sa ako celok po oplodnení premieňa na semeno, ktoré je tvorené diploidným osemením, haploidným primárnym endospermom s vyživovacou funkciou, v ktorom je uložený zárodok - základ budúcej rastliny. Súčasne sa celá samičia šištica premení na drevnatú plodnú šišku. Z drevnatých semenných šupín sa tvorí na dozretom semene krídlo.

U borovicorastov sa po oplodnení tvoria tieto semenné plody:

• šuška (smrek)
• šišková bobuľa (borievka)
• semenná bobuľa (tis)
• semenná kôstkovica (cykas)

Plod

Plod vzniká premenou piestika po oplodnení. Jeho hlavnou funkciou je výživa semien v čase ich dozrievania a uľahčenie ich rozširovania (chória). Plod sa vyvíja na nadzemných častiach rastlín, ale niektoré dozrievajú v zemi (geokarpia), napr. u podzemnice olejnej (búrske oriešky).

Stena plodu - oplodia (perikarp) sa člení na:

• exokarp - vonkajšia vrstva, rôzne hrubá a sfarbená
• mesokarp - stredná časť, tvorená šťavnatým parenchýmom
• endokarp - vnútorná časť tvorená:
• blanitým jadrovníkom (malvice)
• sklerenchymatickým endokarpom (kôstkovice)
• parenchymatickým endokarpom (bobule)

Dužinaté plody

Majú buď celé alebo vonkajšie a stredné oplodie dužinaté:

• bobuľa - vzniká z jedno alebo viacplodolistového piestika a má celé oplodie dužinaté, napr. vinič alebo je vysychavé, napr.
• kôstkovica - je jedno alebo viacplodolistový plod, má vonkajšie oplodie blanité, stredná časť je mäsitá, vnútorná časť vytvára kôstku v, ktorej je obyčajne jedno semeno, napr. slivka, čerešňa
• malvica - vzniká zo spodného alebo polospodného semenníka, ktorého stena zrastie s dužinatou kvetnou čiaškou, napr. jablko

Rozdelenie plodov podľa premeny

• pravé plody - vznikli premenou piestika
• nepravé plody - vznikli premenou piestika a iných častí kvetu (napr. kvetného lôžka - jahoda). Nepravým plodom je malvica, v ktorej zrastá spodný semenník s bázou kvetných orgánov a preto má pod dužinatou časťou pergamenovitý - tvrdý semenník spojený z 5 plodolistov.

Rozdelenie plodov podľa perikarpu

1. Suché:
• pukavé - v čase zrelosti sa otvárajú a uvoľňujú semená
• šešuľa (kapustovité) - dvojplodolistový plod, rozdelený blanitou priehradkou (rámik), na ktorej sa nachádzajú semená
• šešuľka (kapustovité) - menšia ako šešuľa
• tobolka (mak, prvosienka) - vzniká zrastením viacerých plodolistov
• nepukavé - najčastejšie jednosemenné, v čase zrelosti semená neuvoľňujú, ale v celku sa oddeľujú od materskej rastliny
• nažka (astrovité) - jedno alebo viacplodolistový plod s blanitým alebo kožovitým oplodím, u niektorých druhov s lietacím zariadením (púpava)
• oriešok (lieska) - vytvorené sklerenchymatické oplodie
• zrno (lipnicovité) - oplodie tesne prilieha k osemeniu
• rozpadavé (poltivé) - sú jedno alebo viacplodolistové, v čase zrelosti sa rozpadávajú na jednosemenné diely
• tvrdka (hluchavka)
• pastruk (reďkev ohnica)
• dvojnažka (javor, rasca)
• zobakovitý plod (muškát)

Súplodie a plodstvo

Súplodie - súbor plodov vzniknutých z jedného súkvetia

• voľné - strapec bobúľ hrozna, strapec bobúľ ríbezle, nažky v úbore slnečnice, zrná ryže v metline, zrná kukurice v šúľku
• zrastené - súplodie bobúľ ananásu

Plodstvo - súbor plodov, ktoré vznikli z jedného kvetu, s niekoľkými piestikmi (napr. plodstvo mechúrikov - záružlie, plodstvo kôstkovičiek - malina, plodstvo nažiek - jahoda, plodstvo nažiek v zdužnatenej čiaške - šípka)

Viviparia - klíčenie semien v plode

Občas sa stane, že po rozkrojení rajčiaka či jablka objavíte vo vnútri drobné klíčky. Nejde o chybu ani chorobu, ale o zvláštny biologický jav nazývaný viviparia. Viviparia je termín pochádzajúci z latinčiny a znamená „živorodosť“ alebo „živé rodenie“. V živočíšnej ríši označuje vývoj mláďaťa priamo v tele matky, no podobný princíp sa môže objaviť aj u rastlín.

Najčastejšie si tento jav všimneme pri rajčiakoch. Plod rozkrojíme na šalát a namiesto semien objavíme malé, svetlé klíčky.

Za normálnych okolností je klíčenie semien brzdené rastlinným hormónom kyselinou abscisovou. Ak sa však tento hormón rozloží príliš skoro, pokojová fáza sa skončí. Semeno začne klíčiť ešte vo vnútri plodu, kde má dostatok vlhkosti aj živín.

Podľa Ing. Petra Gajdoština má každé semienko okolo seba slizovitý obal s inhibičnými látkami, ktoré mu bránia vyklíčiť hneď po dozretí plodu.

Odborníci rozlišujú dva typy tohto javu. Pri pravej viviparii prebehne klasické opelenie a oplodnenie. Semeno sa vyvíja normálne, no začne klíčiť skôr, než sa dostane do pôdy. Pri nepravom type ide o vegetatívne rozmnožovanie. Rastlina vytvára drobné nové jedince priamo na sebe bez pohlavného rozmnožovania.

Viviparia sa môže objaviť prakticky pri každej rastline, ktorá tvorí plody so semenami. Najčastejšie sa spomína pri rajčiakoch, jablkách, kukurici či jahodách. Podľa Ing. Petra Gajdoština sa s týmto javom stretávajú najmä pestovatelia rajčiakov, no občas sa objaví aj pri uhorkách či paprikách.

„Ak nájdete vyklíčené semenienka v rajčiaku z obchodu, pravdepodobne bol plod príliš dlho skladovaný v chlade. Ak sa viviparia objaví v rajčiaku, drobné klíčky možno opatrne vybrať a zasadiť do substrátu. Z takýchto semien môže vyrásť nová rastlina. Pri rastlinách z čeľade ľuľkovitých, kam patrí aj rajčiak, sa niekedy spomína obsah solanínu v klíčkoch.“

Pri výrobe osiva sa musí klíčeniu v plode zabrániť. Semená rajčiakov či uhoriek sa po vybratí z plodov nechávajú krátko kvasiť, aby sa rozložil slizovitý obal s inhibičnými látkami. „Čas kvasenia musí byť presný. Ak je príliš dlhý, semená začnú klíčiť a znehodnotia sa,“ vysvetľuje Ing.

Niektoré rastliny využívajú vivipariu ako cieľavedomú stratégiu. Typickým príkladom je mangrovník, ktorý rastie v tropických pobrežných oblastiach. Jeho semená klíčia ešte na materskej rastline a vytvárajú dlhé, pevné klíčky. Podobný princíp využívajú aj niektoré horské druhy, napríklad krídlatka.

Keďže vývojovo nižšie skupiny rastlín nemajú typické rastlinné orgány, je u nich vhodnejšie hovorí len o nepohlavnom spôsobe rozmnožovania. Tieto termíny sa často ľubovoľne zamieňajú.

Význam nepohlavného rozmnožovania spočíva v tom, že bez neho by mnoho rastlinných druhov, ktoré vznikli medzidruhovým krížením alebo zmnožením vlastného chromozómového súboru, nemohlo existovať. Takéto rastliny majú problémy pri tvorbe pohlavných buniek počas meiózy - nedochádza u nich k správnej konjugácii homologických chromozómov a ich rozchode v anafáze I. meiotického delenia, čoho výsledkom sú neživotaschopné gaméty.

Pri nepohlavnom rozmnožovaní vzniká nová rastlina z časti tela materskej rastliny, čiže z buniek, ktoré vznikli mitotickým delením a dcérske rastliny tak majú rovnakú genetickú informáciu ako materská rastlina. Niekedy sa možno stretnúť s termínom vegetatívne rozmnožovanie, ktoré vo svojej podstate označuje taký spôsob nepohlavného rozmnožovania, ktorý súvisí s vegetatívnymi orgánmi rastlín (koreň, stonka, listy).

Pri nepohlavnom rozmnožovaní vzniká nová rastlina z časti tela materskej rastliny, čo znamená, že nová rastlina je geneticky zhodná s materskou rastlinou. Nepohlavné rozmnožovanie vyžaduje len jeden materský organizmus. Bunkové delenia prebiehajú výlučne mitózou, vďaka čomu vznikajú geneticky identické klony. Je to energeticky výhodná stratégia na rýchlu kolonizáciu stabilného prostredia bez závislosti od opeľovačov.

tags: #oplodnenie #vznik #semien #a #plodov