Вегетативне розмноження рослин: секрети природи

Вегетативне розмноження – дивовижна властивість рослин давати потомство без насіння. Цей природний феномен з давніх-давен захоплював людей і допомагав вирощувати сади. Давайте розкриємо секрети вегетативного розмноження та навчимося використовувати дари природи.

Сутність вегетативного розмноження рослин

Вегетативне розмноження - це здатність рослин утворювати нові особини з частин тіла або органів материнської рослини, минаючи стадію запліднення та утворення насіння. Це один із найдавніших способів розмноження живих організмів на Землі.

Люди помітили цю дивовижну властивість рослин ще в давнину. У багатьох культурах існували легенди про чудове розмноження рослин - наприклад, як з відрубаної голови чи кінцівки бога виростає нове дерево.

Вегетативне розмноження має важливу перевагу перед розмноженням насінням – потомство виходить генетично ідентичним батьківській рослині, зберігає всі його цінні ознаки.

Завдяки цій властивості людина може зберігати та розмножувати корисні сорти рослин, не побоюючись, що цінні якості будуть втрачені. Наприклад, садівники розмножують живцями сорти винограду з великими солодкими ягодами або сільськогосподарські культури, стійкі до хвороб та шкідників.

Механізми вегетативного розмноження

В основі вегетативного розмноження лежить здатність рослин до регенерації – відновлення втрачених частин тіла. У рослин немає обмежених наперед органів, як у тварин. Рослинні клітини зберігають здатність ділитися та диференціюватися протягом усього життя.

Ключову роль регенерації і вегетативному розмноженні грають стовбурові клітини рослин, здатні перетворюватися на будь-які типи спеціалізованих клітин.

Процеси поділу і диференціювання стовбурових клітин запускаються під впливом спеціальних регуляторних речовин - фітогормонів. Наприклад, ауксини стимулюють утворення коренів, цитокініни – пагонів.

У тварин регенерація обмежена, а вегетативне розмноження у природі мало зустрічається. Лише деякі найпростіші та гідроїдні можуть розмножуватися фрагментацією тіла.

Природне вегетативне розмноження

У природних умовах багато рослин активно використовують переваги вегетативного розмноження для розселення на нові території.

Розповсюдження за допомогою підземних органів

Рослини формують спеціальні підземні структури, що містять запас поживних речовин та нирки. Ці органи можуть відокремлюватися від материнської рослини та давати початок нової особини.

• Кореневища - у злаків, папоротей, конвалії
• Бульби - у картоплі, топінамбуру
• Цибулини - у тюльпанів, цибулі, часнику

Такі рослини активно розселяються, захоплюючи дедалі нові ділянки ґрунту. Деякі види стають бур'янами через надмірне поширення підземними органами.

Поширення надземними пагонами

Інший спосіб - відділення частин надземних пагонів, які укорінюються і дають нову рослину:

• Відведення - у верб, смородини
• Нащадки - у тополі, ялинки, клена
• Плеті - у суниці, ожини

Таке розмноження дозволяє рослинам швидко розселятися по території, не вдаючись до насіння.

Повітряні цибулини

Деякі рослини утворюють мініатюрні цибулинки на квітконосах або пазухах листя. Ці повітряні цибулинки опадають на землю і дають початок новій рослині.Так розмножуються цибуля, часник, тюльпани.

Таким чином, природне вегетативне розмноження допомагає рослинам ефективно розселятися, не вдаючись до насіння. Це важливий пристрій для виживання видів у дикій природі.

Штучні методи вегетативного розмноження

Людина навчилася використовувати здатність рослин до вегетативного розмноження для отримання цінних сортів культурних рослин. Існує кілька основних штучних методів.

Живцювання

Найбільш поширений спосіб – це живцювання. Воно полягає в тому, що від материнської рослини відокремлюється частина втечі, листка або кореня, яка набуває здатності до самостійного зростання.

Розрізняють кілька видів живців:

• Стеблові - з гілок та пагонів
• Листові - з листя
• Кореневі - з коріння

Живці містять запас поживних речовин і здатні регенерувати коріння та пагони. Для успішного вкорінення важливими є вологість, температура, освітленість.

Щеплення

Ще один поширений метод – щеплення. Вона полягає в тому, що частина однієї рослини з'єднують з іншою так, щоб вони зрослися і живили одна одну.

Існує кілька способів щеплення:

• Копулювання - з'єднання підземних частин
• Окулювання - щеплення нирок
• Живцювання в розщеп - в стовбур іншої рослини

Щеплення дозволяє отримати рослини з потрібними якостями, поєднавши коріння одного виду з пагонами іншого.

[інформація про особливості розмноження різних видів рослин]

Таким чином, штучні методи вегетативного розмноження широко використовуються для одержання цінних екземплярів культурних рослин та їх масового виробництва.

Застосування у сільському господарстві

Вегетативне розмноження широко використовується у сільському господарстві для одержання посадкового матеріалу цінних сортів культурних рослин.

Завдяки вегетативному розмноженню зберігаються такі цінні якості овочевих культур як висока врожайність, стійкість до хвороб, хороші смакові якості.

Наприклад, картоплю традиційно розмножують бульбами, томати та перець – насінням та живцями, цибулю та часник – цибулинами та повітряними цибулинками.

Для збереження цінних сортів яблунь, груш, слив, вишні використовують щеплення, окулювання, живцювання. Це дозволяє отримувати врожайні дерева із якісними плодами.

Також застосовують кореневласні підщепи, які розмножують відведеннями, нащадками, кореневими живцями.

Вегетативне розмноження дозволяє швидко отримати велику кількість розсади цінних сортів для посадки на виробничих плантаціях.

Наприклад, виноград розмножують зимовими живцями, картопля - бульбами, плодові дерева - відведеннями та щепленням.

Завдяки вегетативному розмноженню вдається одержувати генетично однорідні рослини, ідентичні вихідному екземпляру. Це важливо задля стабільності цінних господарських ознак сорту.

У той же час тривале вегетативне розмноження призводить до накопичення мутацій та виродження сорту. Тому періодично потрібне повернення до розмноження насінням.

Використання у декоративному садівництві

У декоративному садівництві вегетативне розмноження дозволяє зберігати та поширювати сорти квітів та чагарників з потрібними ознаками: забарвленням, формою квітки, ароматом, термінами цвітіння.

Найчастіше застосовують живцювання, розподіл куща, щеплення.Так можна розмножувати троянди, хризантеми, бузок, гортензії та багато інших рослин.

Вегетативне розмноження дозволяє зберігати та поширювати дуже рідкісні та цінні сорти декоративних рослин, які складно чи неможливо розмножити насінням.

Наприклад, унікальні види орхідей, незвичайні форми кактусів, ряболисті варіації рослин. Їх розмножують розподілом куща, живцями чи культурою тканин.

Вегетативне розмноження широко використовується при озелененні територій та ландшафтному дизайні. Воно дозволяє швидко створювати однорідні живоплоти, алеї, клумби, газони з відселектованих рослин.

Для цього застосовують посадку живців, кореневищ, цибулин, поділ кущів багаторічних квітів.

Лекція 6. Розмноження рослин

Розмноження є невід'ємною властивістю живих організмів відтворювати собі подібних. Завдяки розмноженню забезпечується безперервність та наступність життя. Розрізняють дві основні форми розмноження: безстатеве та статеве.

Безстатеве розмноження. Розмноження, в якому бере участь один організм, не відбувається утворення та злиття гамет, не відбувається злиття генетичного матеріалу у будь-якій формі. Це найбільш давня форма розмноження, поширена у всіх групах рослин, відбувається шляхом мітотичного поділу або за допомогою спор, особливою формою безстатевого розмноження є вегетативне розмноження.

Поділ. Розмноження шляхом поділу характерне для одноклітинних водоростей. Поділ відбувається шляхом мітозу, в результаті утворюються особини, генетично ідентичні один одному та материнському організму.

Розмноження суперечками. Суперечки рослин – репродуктивні, одноклітинні утворення, що служать для утворення нових особин. У більшості водоростей, що живуть у воді, суперечки рухливі, тому що мають джгутики. Такі суперечки називають зооспорами. У наземних рослин та грибів вони не мають спеціальних пристроїв для активного пересування. Спори утворюються в органах безстатевого розмноження – спорангіях чи зооспорангіях. У водоростей практично будь-яка клітина може стати спорангієм, у вищих рослин спорангій – багатоклітинний орган. У рослин суперечки завжди гаплоїдні. Якщо вони виникають на диплоїдній рослині, то їх утворенню передує мейоз, якщо на гаплоїдному – мітоз. Суперечки, що утворюються в результаті мейозу генетично неоднакові, організми, що їх розвиваються, генетично нерівноцінні.

Рослина, у якій утворюються суперечки, називають спорофит. Якщо суперечки морфологічно невідмінні, то рослини, які їх утворюють, називають рівноспоровими, різноспорові рослини – рослини, що утворюють суперечки, що завжди відрізняються за величиною та фізіологічними особливостями. Мікроспори - дрібніші суперечки, що формуються в мікроспорангіях, з них виростають чоловічі гаметофіти (Рослини, що утворюють чоловічі гамети). Мегаспори – більші суперечки, які у мегаспорангіях, їх виростають жіночі гаметофіти. Різноспоровість частіше зустрічається серед вищих рослин (деякі плауни, папороті, всі голонасінні та покритонасінні).

Розмноження спорами має велике біологічне значення – у результаті мейозу відбувається перекомбінація генетичного матеріалу, у суперечках виникають нові комбінації алелей генів, які під контроль відбору; Зазвичай у рослин суперечки утворюються у величезних кількостях, що забезпечує високу інтенсивність розмноження.Завдяки малим розмірам та легкості суперечки розносяться на великі відстані, забезпечуючи розселення рослин; щільна оболонка суперечки є надійним захистом від несприятливих умов середовища.

Вегетативне розмноження рослин - Це збільшення числа особин за рахунок відділення життєздатних елементів вегетативного тіла та їх подальшої регенерації (відновлення до цілого організму). Цей спосіб розмноження поширений у природі. Вегетативним способом розмножуються водорості, так і вищі рослини.

Вегетативне розмноження буває природним та штучним. Завдяки природному вегетативному розмноженню у природі відбувається швидке збільшення числа особин виду, їх розселення як наслідок – успіх у боротьбі існування. Природне вегетативне розмноження відбувається декількома шляхами: фрагментацією материнської особини на дві чи більше дочірніх; руйнуванням ділянок наземно-повзучих і пагонів, що полегають (плауни, голонасінні, квіткові); за допомогою особливих структур, спеціально призначених для вегетативного розмноження (полуниці, цибулини, кореневища, бульбоцибулини, пазушні бруньки, придаткові бруньки на листі або корінні, виводкові кошички мохоподібних і т.д.).

Штучне вегетативне розмноження здійснюється за участю людини за вирощування культурних рослин. Штучне вегетативне розмноження має низку переваг над насіннєвим: забезпечує отримання нащадків, що зберігають ознаки батьківського організму, прискорює отримання нащадків, дозволяє отримати велику кількість нащадків. Крім того, за допомогою вегетативного розмноження можна відтворити клони тих рослин, які утворюють нежиттєздатне насіння або взагалі їх не утворюють.

Методи вегетативного розмноження. Рослини можна розмножувати вегетативними органами – розподілом цілої рослини на частини, надземними та підземними пагонами, листям, корінням.

Фрагментацією називають поділ особини на дві або кілька частин, кожна з яких регенерує на нову особину (рис. 34). Таке розмноження характерне для нитчастих та пластинчастих водоростей (уривки ниток або частини талому), деяких квіткових рослин (наприклад, канадська елодея). До Європи потрапили лише жіночі екземпляри елодеї, не здатні утворювати насіння через відсутність чоловічих рослин і єдиним способом розмноження виявилася фрагментація.

Розподіл кущів. Смородина, аґрус, примули, ревінь добре розмножуються частинами кущів. Рослину викопують, ділять на частини та висаджують окремо один від одного. Кущі зазвичай ділять навесні чи у другій половині літа.

Розмноження надземними пагонами.

Вуса. У сільськогосподарській практиці вусами розмножують полуницю та суницю. У вузлах вусів утворюються бічні нирки та придаткові корені. Після засихання міжвузлів рослини відокремлюються. У природі вусами розмножуються такі рослини, як жовтець повзучий, ломикамені нащадки.

Відведення. Відведення – це ділянки пагонів, які спеціально притискаються до землі, і присипаються землею, а після розвитку придаткового коріння відокремлюються від материнської рослини (рис. 36). Для кращого укорінення втечу можна надрізати. Це порушує відтік поживних речовин та їхнє скупчення у місці надрізу, що створює сприятливі умови для утворення придаткових коренів. Відведеннями розмножуються аґрус, смородина, виноград.

Стеблові живці. Стебловий черешок є ділянкою надземної втечі.Стебловими живцями розмножують виноград, смородину, аґрус, декоративні види спіреї, червоний перець, баклажан та інші. Для розмноження беруть живці довжиною від 2-3 до 6-8 см, що складаються з одного міжвузля та двох вузлів. На верхньому вузлі листя залишаються (якщо листові пластинки великі, їх наполовину зрізають). Живці висаджують у спеціальні парнички, а після вкорінення – у відкритий ґрунт.

Щеплення (або трансплантація) – штучне зрощування частини (черешка, нирки) однієї рослини з втечею іншої. Живець або нирка з прилеглою до неї ділянкою кори та деревини (очок), щеплені на іншу рослину, називають щеплення. Підщепа – рослина або її частина, на якій здійснено щеплення. Щеплення дозволяє використовувати кореневу систему підщепи для збереження або розмноження певного сорту, заміни сорту, отримання нових сортів, прискорення плодоношення, отримання морозостійких рослин, ремонту або омолодження старих дорослих дерев.

Відомо багато способів щеплення, проте всі їх можна звести до двох основних типів: щеплення зближенням, коли щеплення і підщепа залишаються на своєму корінні, щеплення відокремленим щепленням, коли коріння має тільки підщепу.

Найбільш поширеними способами щеплення є такі (рис. 38). Щеплення в розщеп або напіврозщеп. Застосовують у тому випадку, якщо щеплення тонше підщепи. Поперечний зріз підщепи повністю або частково розділяють і вставляють в нього щеп, косо зрізаний з двох сторін.

Щеплення під кору. Щеплення також тонше підщепи. На підщепі роблять горизонтальний зріз під стебловим вузлом, кору надрізають у вертикальному напрямку і обережно відвертають краї.На щепи роблять зріз у вигляді напівконусу, вставляють його під кору, затискають відворотами кори і обв'язують.

Копулювання. Застосовується в тому випадку, якщо щеплення і підщепа мають однакову товщину. На щепі і підщепі роблять косі зрізи і поєднують їх, забезпечивши щільність з'єднання.

Окулювання. Щеплення нирки-очок. На підщепі робиться Т-подібний розріз, краї кори відгинаються і за кору вставляють нирку з невеликою ділянкою деревини і щільно забинтовують.

Розмноження підземними пагонами.

Бульба. З сільськогосподарських рослин, що розмножуються бульбами, найбільш відомі картопля та топінамбур. Їх можна розмножувати, висаджуючи цілі бульби або їх частини з нирками-очками. Бульби як сховище запасу поживних речовин утворюються у таких дикорослих рослин, як сити, седмичник.

Кореневище. У сільському господарстві кореневищами розмножують ревінь, м'яту, спаржу, бамбук, у декоративному садівництві – конвалію, ірис та інші. Вони легко розмножуються розподілом кореневища на частини, кожна з яких повинна містити вегетативну нирку.

У лісах, степах, на луках живе велика кількість кореневищних рослин, насамперед злаків. До кореневищних рослин належать пирій, тимофіївка, білоус, купена, кислиця, хвощ польовий та інші дикорослі рослини. У багатьох кореневища розгалужуються, і при відмиранні старих частин відбувається відокремлення нових рослин.

Цибулина. У сільськогосподарській практиці цибулинами розмножують цибулю, часник, декоративні рослини: тюльпани, нарциси, гіацинти та інші. У природі цибулинами розмножуються багато рослин: тюльпани, гусяча цибуля, проліск, проліск і т.д.Вегетативне розмноження цибулинних рослин здійснюють дорослими цибулинами, дітьми, окремими лусками, що розрослися.

Бульбоцибулина. Запасні поживні речовини бульбоцибулини витрачаються на цвітіння, але до кінця сезону формується нова бульбоцибулина. Крім того, може утворитися одна або кілька бульбоцибулин - м'ясистих нирок, що розвиваються між старою і новою бульбоцибулини. До бульбоцибулинних рослин належать гладіолус, крокус.

Розмноження корінням.

Кореневі бульби. Є потовщенням бічних коренів. У декоративному садівництві кореневими бульбами розмножують жоржини, батат. При розмноженні жоржин необхідно брати кореневі бульби з основою стебла, що несе нирки, так як кореневі бульби нирок не утворюють. Кореневими бульбами розмножуються чистяк весняний, любка дволистяна.

Розмноження кореневими нащадками. Кореневі нащадки – пагони, що виникають із придаткових бруньок на коренях (рис. 36). Кореневими нащадками розмножується рослини, що легко утворюють на коренях придаткові бруньки: вишня, слива, малина, бузок, осика, осот, бодяк польовий та ін.

Кореневі живці. Кореневий черешок є частиною кореня. Ними розмножуються види, на коренях яких легко розвиваються додаткові нирки: хрін, малина, вишня, троянди. Кореневі живці заготовляють восени, рідше навесні. Для цього використовують бічні корені першого порядку у віці 2-3 років.Довжина живця до 10-15 см, діаметр - 0,6-1,5 см. Живці висаджують у ґрунт на глибину 2-3 см. Живцями розмножуються і багато дикорослих рослин: верба, тополя, осика, кульбаба

Розмноження листям.

Цілим листям. Багато квіткових рослин розмножують листям, наприклад сенполії, бегонії. Лист достатньо поставити у воду, з'являються придаткові коріння та придаткові бруньки, через деякий час рослину пересаджують у ґрунт.

Листовими живцями. Іноді достатньо частини аркуша для вегетативного розмноження. У бегонії королівської вирізають частину листа з великою жилкою, лист сансев'єри можна розрізати на кілька листових живців і поставити в воду.

Придатковими нирками на листі, дітками. У бріофіллюму на листі утворюються придаткові бруньки, схожі на маленькі рослини. Падаючи, вони стають самостійними рослинами.

Культура тканин. Культура тканин є зростання крупи рослинних клітин на штучних середовищах. Рослинні клітини мають властивість тотипотентності - окрема клітина може розвинутись у нормальну рослину при використанні певних фітогормонів. Метод культури тканин дозволяє отримувати клони деяких вищих рослин. Клонування - Отримання сукупності особин з однієї материнської вегетативним шляхом. Клонування використовується для розмноження цінних сортів рослин та для оздоровлення посадкового матеріалу.

Статеве розмноження. Статеве розмноження пов'язане з утворенням рослин особливого типу клітин - гамет. Рослина, на якій відбувається утворення гамет, називають гаметофітом. Процес формування гамет називають гаметогенезом. Він відбувається у спеціальних органах – гаметангіях. У рівноспорових рослин гаметофіт зазвичай обох статей: несе і жіночі, і чоловічі гаметангії. У різноспорових рослин з мікроспор розвивається гаметофіт із чоловічими гаметангіями, та якщо з мегаспор – гаметофіт із жіночими гаметангиями. Гамети рослин утворюються мітотично, мейоз відбувається після утворення зиготи (зиготична редукція) - Багато водоростей, або при утворенні спор (спорічна редукція) – у диплоїдних водоростей та вищих рослин. У тварин мейоз відбувається при утворенні гамет (гаметична редукція).

Статеве розмноження має ряд переваг у порівнянні з безстатевим. По-перше, при злитті гамет утворюється організм з унікальним подвійним набором алелів генів, отриманих від батьків із різними генотипами, формується організм із унікальним генотипом. В результаті відбору виживатимуть особини, генотип яких дозволяє пристосуватися до даних умов середовища, навіть якщо ці умови змінюються.

По-друге, мутації, що змінюють гени частіше рецесивні, і шкідливі в умовах середовища. Диплоїдний набір генів дозволяє зберегтися рецесивним алелям завдяки наявності домінантних алелів цих генів. Кожен диплоїдний організм містить сотні, тисячі генів у рецесивному стані, як губка насичена водою, так і генотип насичений ними, вони передаються наступному поколінню та поступово поширюються по популяції. Мутація проявиться, якщо обидві гамети несуть цю рецесивну алель гена, а до цього часу середовище може змінитися, і ця мутація може бути корисною. Так відбувається накопичення та поширення мутацій.

Гамети завжди гаплоїдні. При злитті чоловічої та жіночої гамет відбувається утворення диплоїдної зиготи, з якої розвивається новий організм.Процес злиття гамет називають заплідненням. Сутність статевого процесу єдина всім живих організмів, яке форми різноманітні. Розрізняють такі типи статевого процесу: хологамія, кон'югація, ізогамія, гетерогамія та оогамія (рис. 39).

Хологамія. Хологамія - злиття гаплоїдних одноклітинних, зовні невідмінних організмів один з одним. Цей тип статевого процесу характерний для деяких одноклітинних водоростей. У разі зливаються не гамети, а цілі організми, які у ролі гамет. Диплоїдна зигота, що утворилася, зазвичай відразу ж ділиться мейотично (зиготична редукція) і утворюється 4 дочірніх гаплоїдних одноклітинних організмів.

Кон'югація. Особливою формою статевого процесу є кон'югація, характерна для деяких ниткових водоростей. Окремі гаплоїдні клітини ниткоподібних таломів, розташованих близько одна від одної, починають утворювати вирости. Вони ростуть назустріч один одному, з'єднуються, перегородки у місці стику розчиняються, і вміст однієї клітини (чоловічої) перетворюється на іншу (жіночу). В результаті кон'югації утворюється диплоїдна зигота.

Ізогамія. При ізогамії гамети морфологічно подібні між собою, тобто однакові за формою та розмірами, але фізіологічно вони різноякісні. Даний статевий процес характерний для багатьох водоростей та деяких грибів. Ізогамія відбувається тільки у воді, для пересування в якій гамети забезпечені джгутиками. Вони дуже схожі на зооспори, але мають менші розміри.

Гетерогамія. При гетерогамії відбувається злиття рухомих статевих клітин, подібних формою, але різняться розмірами.Жіноча гамета в кілька разів більша за чоловічу і менш рухлива. Гетерогамія характерна для тих же груп організмів, що й ізогамія, і також відбувається у воді.

Оогамія. Характерна для деяких водоростей та всіх вищих рослин. Жіноча гамета – яйцеклітина – велика та нерухома. У нижчих рослин утворюється в одноклітинних гаметангіях – оогоніях, у вищих рослин (за винятком покритонасінних) – у багатоклітинних архегоніях. Чоловіча гамета (сперматозоїд) мала і рухлива, утворюється у грибів і водоростей в одноклітинних, а у вищих рослин (за винятком покритонасінних) – у багатоклітинних гаметангіях – антеридіях. Сперматозоїди здатні пересуватися лише у воді. Тому наявність води – обов'язкова умова запліднення у всіх рослин, за винятком насіннєвих. У більшості насіннєвих рослин чоловічі гамети втратили джгутики та називаються сперміями.

Ключові терміни та поняття

1. Безстатеве розмноження. 2. Суперечки рослин. 3. Зооспори. 4. Спорофіт. 5. Чоловічий та жіночий гаметофіти. 6. Мікроспори та мегаспори. 7. Вегетативное розмноження. 8. Щеплення. 9. Підщепа. 10. Гаметангії. 11. Зиготична редукція. 12. Спорична редукція. 13. Гаметична редукція. 14. Хологамія. 15. Ізогамія. 16. Гетерогамія. 17. Оогамія. 18. Кон'югація. 19. Оогонії. 20. Архегонії. 21. Антеридії. 22. Тотипотентність.

Основні питання для повторення

1. Розмноження рослин шляхом розподілу.
2. Розмноження суперечками.
3. Природне вегетативне розмноження.
4. Розмноження фрагментацією та розподілом кущів.
5. Розмноження надземними пагонами (вусами, відводками, стебловими живцями).
6. Основні способи та особливості розмноження щепленням.
7. Основні способи розмноження поземними пагонами.
8. Основні способи розмноження корінням.
9. Основні способи розмноження рослин листям.
10. Розмноження культурою тканини.
11. Переваги статевого розмноження.
12. Характеристика основних типів статевих процесів (хологамія, кон'югація, ізогамія, гетерогамія, оогамія).

Автор: Піменов Анатолій Валентинович.
(Вчитель біології МОУ "Фізико-технічний ліцей №1", м. Саратов)