Генетическая сущность оплодотворения. Нарушения оплодотворения, нерегулярные типы оплодотворения. Оплодотворение Оплодотворение у растений

Оплодотворение представляет собой процесс слияния сперматозоида с яйцеклеткой, в результате чего возникает диплоидная зигота; каждая пара хромосом в ней представлена одной отцовской и другой материнской. Сущность оплодотворения заключается в восстановлении диплоидного набора хромосом и в объединении наследственного материала обоих родителей, в результате чего потомство, соединяющее в себе полезные признаки отца и матери, более жизнеспособно.

Нарушение оплодотворения, его последствия.

Оплодотворение - одно из звеньев биологического существования вида. Этому предшествует длительная и сложная подготовка двух особей, во время которой они подвергаются разнообразной действия окружающей среды, что отрицательно повлиять на процесс оплодотворения.

Яйцеклетка и сперматозоид имеют ограниченную продолжительность жизни и еще меньшую продолжительность способности к оплодотворению. Так, у млекопитающих, и у человека частности, освобождена из яичника яйцеклетка сохраняет способность к оплодотворению в течение 24 ч. Нарушение этого временного срока неизбежно приведет к потере способности к оплодотворению.

Сперматозоиды мужчины в половых путях женщины остаются подвижными более 4 суток, но оплодотворяющей способность они теряют уже через 1 - 2 суток. С увеличением длительности во времени незащищенные клетки испытывают негативного влияния различных факторов.

Последние могут вызывать нарушения восходящего состояния генофонда гамет, что неизбежно приведет к незапрограммированным отклонениям развития зиготы с соответствующими последствиями для вида в целом.

Скорость движения сперматозоидов, в обычных условиях составляет 1,5-3 мм / мин. Разное отклонение от такого поступательного перемещение вызывает потерю способности к оплодотворению. К этому приводит также изменение рН среды влагалища, воспалительные явления и др. В эякуляте мужчины в среднем содержится 350 млн сперматозоидов, способных к оплодотворению. Если количество сперматозоидов меньше 150 млн (или меньше 60 млн в 1 мл), то вероятность оплодотворения резко снижается. Итак, чрезмерная концентрация сперматозоидов в эякуляте имеет исключительное значение в механизме оплодотворения.

Нарушение оплодотворения возникает при патологических изменениях морфологии сперматозоидов. На биологическую полноценность гамет существенно влияет срок пребывания их в половых путях женщины. Так, перезревания сперматозоидов и яйцеклеток в женском половом тракте при различных причинах обусловливает рост частоты хромосомных аберраций в абортированных плодах.

Нерегулярные типы полового размножения.

Классификация нерегулярных типов полового размножения.
К нерегулярным типам полового размножения можно отнести партеногенетическое, гиногенетическое и андрогенетическое размножение животных и растений (рис. 27).
Партеногенез - это развитие зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки. Явление естественного партеногенеза свойственно низшим ракообразным, коловраткам, перепончатокрылым (пчелам, осам) и др. Известен он также у птиц (индейки). Партеногенез можно стимулировать искусственно, вызывая активацию неоплодотворенных яиц путем воздействия различными агентами.
Различают партеногенез соматический, или диплоидный, и генеративный, или гаплоидный. При соматическом партеногенезе яйцеклетка не претерпевает редукционного деления или если и претерпевает, то два гаплоидных ядра, сливаясь вместе, восстанавливают диплоидный набор хромосом (автокариогамия) ; таким образом в клетках тканей зародыша сохраняется диплоидный набор хромосом.
При генеративном партеногенезе зародыш развивается из гаплоидной яйцеклетки. Например, у медоносной пчелы (Apis mellifera) трутни развиваются из неоплодотворенных гаплоидных яиц путем партеногенеза.

Партеногенез у растений очень часто называют апомиксисом. Поскольку апомиксис широко распространен в растительном мире и имеет большое значение при изучении наследования, рассмотрим его особенности.
Наиболее распространенным типом апомиктического размножения является тип пар- теногенетического образования зародыша из яйцеклетки. При этом чаще встречается диплоидный апомиксис (без мейоза).
Наследственная информация и при образовании эндосперма, и при образовании зародыша получается только от
Различные типы полового размножения:
1 - нормальное оплодотворение; 2 - партеногенез: 3 - гиногенез; 4 - андрогеиез.
матери. У некоторых апомиктов для формирования полноценных семян необходима псевдогамия -- активация зародышевого мешка пыльцевой трубкой. При этом один спермий из трубки, достигая зародышевого мешка, разрушается, а другой сливается с центральным ядром и участвует только в образовании ткани эндосперма (виды из родов Potentilla, Rubus и др.). Наследование здесь происходит несколько отлично от предыдущего случая. Зародыш наследует признаки только по материнской линии, а эндосперм - и материнские и отцовские.
Гиногенез. Очень сходно с партеногенезом гиногенетическое размножение. В отличие от партеногенеза при гиногенезе участвуют сперматозоиды как стимуляторы развития яйцеклетки (псевдогамия), но оплодотворения (кариогамии) в этом случае не происходит; развитие зародыша осуществляется исключительно за счет женского ядра (рис. 27, 3). Гиногенез обнаружен у круглых червей, живородящей рыбки Molliensia formosa, у серебряного карася (Platypoecilus) и у некоторых растений-■ лютика (Ranunculus auricomus), мятлика (род Роа pratensis) и др.
Гиногенетическое развитие можно вызвать искусственно, если перед оплодотворением сперму или пыльцу облучить рентгеновыми лучами, обработать химическими веществами или подвергнуть действию высокой температуры. При этом разрушается ядро мужской гаметы и теряется способность к кариогамии, но сохраняется способность к активации яйца.

Оплодотворение - это процесс слияния двух клеток, в результате чего происходит образование новой клетки, дающей начало другому организму этого же рода или вида. Что такое у цветковыхрастений и как оно происходит, читайте в данной статье.

Сущность оплодотворения

Оно происходит в результате слияния двух клеток, женской и мужской, и возникновения диплоидной зиготы. В каждой паре хромосом присутствует одна отцовская и одна материнская клетка. Сущность процесса оплодотворения заключается в том, чтобы восстановить и объединить наследственный материал родителей. Их потомство будет более жизнеспособным, так как соединит в себе самые полезные качества от отца и матери.

Оплодотворение - что такое?

Это процесс побуждения яйца к развитию в результате объединения ядер. Оплодотворение - что такое? Это необратимый процесс, который происходит в результате слияния разнополых гамет и объединения их ядер. не подвергается этой процедуре второй раз.

Но существуют растения, которые воспроизводят новое поколение только при помощи женской гаметы без оплодотворения. Такое размножение называется девственным. Примечательно, что эти два способа размножения у одного вида растений могут чередоваться.

Двойное оплодотворение цветковых растений

Обоих начал называются гаметами. Причем женскими являются яйцеклетки, а мужскими - спермии, которые у растений семенных неподвижные, а у споровых - подвижные. Оплодотворение - что такое? Это появление особой клетки - зиготы, содержащей наследственные признаки спермия и яйцеклетки.

Обладают сложным оплодотворением, которое называется двойным, поскольку, кроме яйцеклетки, оплодотворяется еще одна особая клетка. Формирование спермий происходит в пылинках пыльцы, а их созревание осуществляется в тычинках, точнее в их пыльниках. Местом образования яйцеклеток являются семязачатки, расположенные в завязи пестика. Когда яйцеклетка оплодотворится спермием, из семязачатка начинают развиваться семена.

Чтобы оплодотворение у цветковых произошло, сначала нужно опылить растение, то есть на рыльце пестика должны попасть пылинки пыльцы. Оказавшись на рыльце, они начинают прорастать внутрь завязи, в результате чего образуется пыльцевая трубка. Одновременно с этим в пылинке происходит образование двух спермиев. Они не стоят на месте, а начинают продвигаться к пыльцевой трубке, которая проникает в семязачаток. Здесь в результате деления и удлинения одной клетки происходит образование зародышевого мешка.

Он нужен для расположения в нем яйцеклетки и еще одной клетки, в которой сосредоточен двойной набор наследственной информации. После этого происходит прорастание пыльцевой трубки в зародышевый мешок и слияние одного спермия с яйцеклеткой, в результате которого образуется зигота, а другого - с клеткой особой. Развитие зародыша происходит из зиготы. Второе слияние образует питательную ткань, или эндосперм, необходимый для питания зародыша в период роста.

Что нужно для существования каждого вида растений?

• Прежде всего необходимо восстановить диплоидный набор хромосом, а в его пределах - их парность.
• Обеспечить материальную непрерывность между поколениями, следующими чередой.
• Объединить в одном виде или роде наследственные свойства двух родителей.

Все это осуществляется на генетическом уровне. Для того чтобы оплодотворение осуществилось, созревание материнских и отцовских гамет должно произойти одновременно.

Оплодотворение у покрытосеменных растений

Этот процесс впервые охарактеризовал немецкий ученый Страсбургер во второй половине девятнадцатого века. Оплодотворение покрытосеменных растений происходит в результате слияния двух ядер разных гамет: с мужским и женским началом. Их цитоплазма не участвует в оплодотворении. Собственно оплодотворение происходит тогда, когда спермий сливается с ядром яйцеклетки.

Местом возникновения спермиев является пыльцевое зерно или пыльцевая труба. Зерно начинает прорастать после того, как попадает на рыльце. Время начала этого процесса у каждого растения разное, как и время оплодотворения. Например, пыльцевые зерна свеклы прорастают через два часа, а кукурузы - моментально. Первый признак прорастания зерна - его увеличение в объеме. Обычно одно пыльцевое зерно образует одну трубку. Но некоторые растения не подчиняются этому правилу и образуют несколько трубок, из которых только одна достигает своего развития.

Пыльцевая трубка с передвигающимися по ней спермиями растет и в конце концов разрывается. Все ее содержимое оказывается внутри зародышевого мешка. Один из проникших сюда спермиев внедряется в яйцеклетку и сливается с ее гаплоидным ядром. Оплодотворение - что такое? Это слияние двух ядер: спермия и яйцеклетки. Оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, получаются две новые клетки. Они делятся на четыре и так далее. Таким образом, происходит многократное деление, в результате которого развивается зародыш растения.

Покрытосеменные растения после процесса оплодотворения обладают способностью развивать дополнительный орган, который называется эндоспермом. Это не что иное, как питательная среда зародыша. При слиянии второго спермия и диплоидного ядра происходит образование определенного набора хромосом, из которых два - материнского происхождения, и один - отцовского. Таким образом, двойное оплодотворение организмов растительного происхождения осуществляется тогда, когда один спермий сливается с яйцеклеткой, а другой - с ядром клетки, расположенной в центре.

Отличительные черты покрытосеменных растений

• Большая приспособленность к произрастанию в разных условиях.
• Двойное оплодотворение, позволяющее иметь запас веществ, необходимых для нормального прорастания семян.
• Наличие триплоидного эндосперма.
• Образование семяпочек внутри завязи, при котором стенки пестика защищают их от повреждений.
• Развитие плода покрытосеменных растений из завязи.
• Нахождение семени внутри плода, стенки которого являются его защитой.
• Наличие цветка дает возможность насекомым.

Благодаря перечисленным признакам занимают господствующее положение в мире.

Особенность оплодотворения покрытосеменных растений

Она вытекает из того, что эти растения имеют двойное оплодотворение. Уникальная особенность представлена явлением, называемым ксениями. Его смысл заключается в том, что пыльца напрямую влияет на свойства и признаки эндосперма. Для примера возьмем кукурузу.

Она бывает с желтыми и белыми семенами. Их цвет зависит от оттенка эндосперма. При опылении женских цветков белозерной кукурузы пыльцой желтозерного сорта ее окраска все равно будет желтой, хотя развитие эндосперма происходит на растении с белыми зернами.

Какую роль играют цветковые растения?

Эти растения насчитывают 13 000 родов и 250 000 видов. Они получили широкое распространение по всему миру. Цветковые растения - это ключевые компоненты биосферы, производящие органические вещества, связывающие углекислоту и выделяющие кислород. Пастбищные цепи питания начинаются именно с них. Многие разновидности цветковых растений человек использует в пищу. Из них строят жилища и изготавливают различные хозяйственные материалы.

Не обходится без них и медицина. Отдельные виды покрытосеменных растений являются господствующими на планете, им отводится решающая роль в формировании покрова растительности и создании основной части наземной фитомассы. В конечном итоге именно этими растениями определяется возможность самого существования человека на земле как вида биологического.

Цветковые (покрытосеменные) растения относятся к семенным растениям (наряду с голосеменными) и, следовательно, половое размножение у них осуществляется с помощью семян. При этом только у цветковых растений при половом размножении наблюдается такое явление как двойное оплодотворение . Оно было открыто в 1898 г. ученым С. Навашиным.

Суть двойного оплодотворения заключается в том, что у цветковых растений в оплодотворении участвуют два спермия. Один из них оплодотворяет яйцеклетку, в результате чего образуется зигота. Второй спермий оплодотворяет так называемую центральную клетку, из которой развивается запасающая ткань (эндосперм). При этом в зиготе восстанавливается двойной набор хромосом, а в будущем эндосперме - тройной (что уникально). Ниже процесс двойного оплодотворения у цветковых растений описан более подробно.

В тычинках, в их пыльцевых мешках, созревают пыльцевые зерна . Каждое пыльцевое зерно содержит две клетки: вегетативную и генеративную .

В завязи пестика развивается семязачаток (один, несколько или множество в зависимости от вида растения). Внутри семязачатка в результате деления образуются восемь клеток, содержащих одинарный набор хромосом (гаметофит). Две из этих клеток сливаются и образуется центральная клетка . Другая одна из этих клеток становится яйцеклеткой .

Когда пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика, вегетативная клетка зерна начинает делится и образует пыльцевую трубку , которая прорастает через ткани пестика и проникает в семязачаток. Для этого в семезачатке есть специальное отверстие - пыльцевход .

Генеративная клетка пыльцевого зерна делится и образует два спермия . По пыльцевой трубке они проникают в семязачаток. Одни спермий оплодотворяет яйцеклетку, образуется зигота , содержащая двойной набор хромосом. Второй спермий сливается с центральной клеткой, в результате получается клетка с тройным набором хромосом .

В результате многочисленных делений зигота развивается в зародыш нового растения. В результате деления центральной клетки формируется эндосперм (питательная ткань для зародыша). Стенки семязачатка становятся семенной кожурой . Таким образом, семязачаток становится семенем .

Завязь пестика преобразуется в плод . Иногда в образовании плода участвует не только завязь, но и другие части цветка. Плод является своеобразным приспособлением цветковых растений к распространению семян. Разнообразие возможных способов распространения (с помощью животных, ветра, воды, саморазбрасыванием) породило огромное разнообразие плодов покрытосеменных растений.

Фаза I I – в ней происходит акросомная реакция. Наружная мембрана сперматозоида разрывается, высвобождаются протеолитические ферменты и растворяют оболочку яйцеклетки. Плазматические мембраны сливаются, цитоплазмы соединяются. В цитоплазму яйцеклетки переходят ядро и центриоль сперматозоида. Хвостовая часть рассасывается. Затем яйцеклетка активируется, меняется её потенциал и отслаивается её желточная оболочка и образуется оболочка оплодотворения (кортикальная реакция). Активация заканчивается началом синтеза белка.

Фаза III – сингамия . В ней выделяют:

Стадия 2 х пронуклеусов – мужское ядро набухает, принимает вид профазного, за это время удваивается ДНК и мужской пронуклеус получает гаплоидный набор редуплецированных хромосом (n2c). Яйцеклетка в момент встречи со сперматозоидом находится в стадии мейоза, заблокированной с помощью специального фактора. После встречи со сперматозоидом, яйцеклетка активируется и блок снимается. Ядро яйцеклетки, закончившее мейоз, превращается в женский пронуклеус, так же приобретая набор хромосом n2c.

Стадия синкариона – слияние ядерного материала и образование зиготы.

Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух клеток зародыша (бластомеров) с набором хромосом 2n2c в каждом.

Партеногенез

дочерний организм иногда развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Это явление называют девственным развитием или партеногенезом . Источником наследственного материала для развития потомка в этом случае обычно служит ДНК яйцеклетки - гиногенез . Реже наблюдается андрогенез - развитие потомка из клетки с цитоплазмой ооцита и ядром сперматозоида. Ядро женской гаметы в случае андрогенеза погибает.

Оплодотворением называют процесс слияния женской (яйцеклетки) и мужской (сперматозоид) половых клеток, который приводит к образованию нового одноклеточного организма (зиготы). Именно этот момент многие считают началом новой жизни и точкой отсчета беременности. Узнаем подробнее, как происходит оплодотворение и на каких этапах может возникнуть риск гибели будущего плода.

Слияние яйцеклетки и сперматозоида называют процессом оплодотворения.

Строение половых клеток мужчины

В норме образование сперматозоидов, способных к оплодотворению, начинается у человека в периоде полового созревания (12-13 лет). Зрелый сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. Самая важная часть сосредоточена в головке, где находится ядро, которое доставляет в яйцеклетку отцовские гены.

Функция хвоста — это движение, именно эта часть сперматозоида позволяет ему двигаться со скоростью 2-3 мм в минуту и достигать матки и маточных труб. Сперматозоиды находятся в сперме. Она представляет собой вязкую беловатую жидкость, где помимо половых клеток определяется секрет семенных пузырьков и простаты.

При половом акте во влагалище попадает 3-5 мл спермы, где находится около 300-400 млн сперматозоидов. В норме большая часть из них имеет нормальную подвижность и правильное строение. Во влагалище они гибнут в течение нескольких часов, но, достигнув маточных труб, могут сохранять свою жизнеспособность еще трое суток.

У мужчины сперматозоиды вырабатываются на протяжении всей жизни. Их полное обновление в организме человека происходит примерно раз в 2-2,5 месяца.

В ядре сперматозоида находится генетическая информация отца.

Женские половые клетки

Женщина появляется на свет с определённым запасом яйцеклеток. Когда запас яйцеклеток, истощается наступает климакс. Поэтому если мужчина теоретически способен зачать ребенка в любом возрасте, то женщине отводится ограниченный запас времени.

В период полового созревания у девочки фолликулы приобретают способность созревать и разрываться для того, чтобы яйцеклетка вышла в брюшную полость и могла попасть в маточную трубу для оплодотворения.

Такой процесс происходит примерно раз в месяц в середине менструального цикла и называется овуляцией. Именно в этот период яйцеклетка может встретиться со сперматозоидом для зачатия.

Зрелая яйцеклетка человека не обладает самостоятельной подвижностью в отличие от сперматозоида. Ее движение происходит под действием присасывающего перистальтического эффекта маточной трубы и мерцания ресничек эпителия. Яйцеклетка состоит из ядра, где сосредоточена генетическая информация матери, блестящей оболочки и лучистого венца.

Способность к оплодотворению выше всего сразу после и сохраняется она на протяжении суток. В дальнейшем происходит гибель яйцеклетки. У женщины этот процесс проявляется менструальным кровотечением.

Яйцеклетка окружена прозрачной оболочкой и лучистым венцом.

Где и как проходит процесс оплодотворения человека

При половом акте сперма обычно попадает на задний свод влагалища, с которым соприкасается шейка матки. В норме среда во влагалище кислая, что позволяет отсеять слабые и нежизнеспособные сперматозоиды. Выжившие мужские клетки попадают в матку, где среда щелочная и начинают двигаться активнее по направлению к маточным трубам.

Важно! В обычные дни шейка матки прикрыта плотной слизистой пробкой, но в период проницаемость слизи возрастает, что дает возможность сперматозоидам проникнуть к месту оплодотворения.

После семяизвержения во влагалище проходит всего несколько минут и активные сперматозоиды уже можно обнаружить в матке. Спустя 2-3 часа они достигают концевых отделов маточных труб, где находится яйцеклетка. Они могут существовать там в течение двух суток, сохраняя свою способность к оплодотворению и ожидая яйцеклетку. Если этого не происходит сперматозоиды погибают.

Сам процесс оплодотворения (слияния) происходит в расширенной (ампулярной) части маточной трубы. Здесь к яйцеклетке устремляются тысячи сперматозоидов. Прозрачная оболочка яйцеклетки и клетки лучистого венца дают возможность проникнуть в яйцеклетку только одному или нескольким сперматозоидам. Но только один из них и будет участвовать в оплодотворении.

Важно! В редких случаях бывает нарушение реакции и яйцеклетку оплодотворяют несколько сперматозоидов. Этот процесс называется полиспермией и приводит к образованию нежизнеспособной зиготы.

Встреча сперматозоида и яйцеклетки завершается слиянием их ядер, где не просто суммируется, а взаимно объединяется генетический материал и происходит образование единого ядра зиготы. Так происходит передача генетического материала ребенку от обоих родителей.

Как дальше протекает этот процесс по дням

Стадия зиготы длится в течение полутора суток. Вскоре она вступает в процесс дробления клеток в результате чего образуется зародыш. Он медленно движется по маточной трубе и достигает матки только через 7-10 дней после оплодотворения. Движение зародыша происходит благодаря мерцанию ресничек и перистальтической активности самой маточной трубы.

Затем он внедряется (имплантация) в слизистую оболочку матки и погружается в ее функциональный слой. Это процесс занимает около 2 суток.

После того как имплантация завершилась, зародыш и его оболочки начинают быстро развиваться. Он постепенно обрастает сосудами, что обеспечивает его питание и дыхание. После завершения всех этих стадий образуется плод, окруженный околоплодными водами и тремя оболочками.

Через 7-10 дней после оплодотворения зародыш внедряется в тело матки.

Какие проблемы могут возникнуть в процессе оплодотворения

С одной стороны, оплодотворение — это естественный биологический процесс, который протекает сам по себе и в результате на свет появляется новая жизнь. Но пары, которые столкнулись с бесплодием воспринимают это совершенно иначе. Рассмотрим из-за чего чаще всего не получается зачать ребенка с первого раза:

• половой акт произошел, когда у женщины не было овуляции, т.е. нет яйцеклетки в маточной трубе;
• сперматозоиды оказались нежизнеспособными и не достигли яйцеклетки в период овуляции;
• непроходимость маточных труб, которая не дала возможности встретиться сперматозоиду и яйцеклетке;
• яйцеклетку оплодотворили несколько сперматозоидов и зародыш погиб;
• оплодотворение яйцеклетки произошло, но дефектным сперматозоидом – в таких ситуациях зигота гибнет на ранних стадиях;
• нарушился процесс транспорта зародыша в матку и внедрение произошло в маточной трубе (внематочная беременность) – гибель зародыша и состояние, угрожающее жизни женщины;
• зародыш добрался до маточной трубы, но не смог внедриться из-за тонкого функционального слоя матки или его отсутствия (бывает после перенесенных абортов). Происходит выкидыш еще до того, как женщина узнает о беременности.

Здесь перечислен только небольшой список проблем, из-за которых процесс оплодотворения и начала беременности может сорваться. Некоторые механизмы прерывания обусловлены защитной реакцией природы для появления на свет здорового потомства, например, гибель зародыша с дефектными аномалиями. Другие возникают из-за проблем со здоровьем как у мужчины, так и у женщины. Чтобы не думать о том, как происходит оплодотворение, нужно следить за состоянием своей репродуктивной системы и планировать беременность.