Rozmnožovanie rastlín bez oplodnenia: Hĺbkový pohľad na vegetatívne procesy
Rozmnožovanie rastlín je kľúčovým procesom, ktorý zabezpečuje zachovanie druhu a prenos dedičných vlastností z rodičov na potomkov. Existujú dva základné spôsoby rozmnožovania: nepohlavné (vegetatívne) a pohlavné.
Ľudia sa naučili rastliny rozmnožovať aj umelými spôsobmi, aby získali žiaduce vlastnosti. Z fyziologického hľadiska rozdeľujeme spôsoby rozmnožovania rastlín do dvoch skupín: nepohlavné rozmnožovanie a pohlavné rozmnožovanie.
Kombinácia oboch spôsobov je dôležitá pre zachovanie druhovej rozmanitosti aj praktické pestovanie.
Nepohlavné (vegetatívne) rozmnožovanie
Nepohlavné rozmnožovanie, známe aj ako vegetatívne rozmnožovanie, umožňuje vznik nového jedinca z telových buniek rodiča. Tento proces nevyžaduje splynutie pohlavných buniek a výsledkom je potomstvo, ktoré je geneticky identické s materskou rastlinou.
Pri nepohlavnom rozmnožovaní vzniká nová rastlina z časti tela materskej rastliny, čiže z buniek, ktoré vznikli mitotickým delením a majú rovnakú genetickú informáciu. Je to energeticky výhodná stratégia na rýchlu kolonizáciu stabilného prostredia bez závislosti od opeľovačov. Pri nepohlavnom rozmnožovaní prebiehajú bunkové delenia výlučne mitózou.
Nepohlavné rozmnožovanie je kľúčové pre druhy s poruchami meiózy, napríklad pri zmnožení chromozómových sád (polyploidia).
Výhody vegetatívneho rozmnožovania
Hlavnou výhodou je rýchlosť a spoľahlivosť. Rastliny si zachovávajú vlastnosti materského jedinca, čo je dôležité pri pestovaní odrôd s cennými úžitkovými vlastnosťami. Navyše, mnohé druhy, ktoré sa zo semien rozmnožujú ťažko alebo vôbec, možno takto jednoducho množiť.
Nový jedinec pri tomto type rozmnožovania vzniká z telových (somatických) buniek a je geneticky zhodný s rodičovským organizmom. Vývin jedinca vzniknutého nepohlavným rozmnožovaním (blastogenéza) býva jednoduchší ako vývin oplodneného vajíčka (embryogenéza) a do určitej miery sa podobá regenerácii. V ontogenéze takto vzniknutého indivídua sa neprejavujú známky fylogenézy (E. Haeckel, 1866 - Biogenetický zákon: „Ontogenéza je skrátenou rekapituláciou fylogenézy.“).
Formy nepohlavného rozmnožovania
Monocytogénne rozmnožovanie (cytogónia, agamogónia)
Najjednoduchší prípad je tzv. monocytogénne rozmnožovanie (cytogónia, agamogónia), pri ktorom sa od rodičovského organizmu (bunky) oddelia jednotlivé bunky. Typické je pre jednobunkovce (prvoky, Protozoa).
Jednoduchšie organizmy využívajú na nepohlavné rozmnožovanie základné fyziologické formy:
- Bunkové delenie: Typické pre sinice a jednobunkové riasy. Pri binárnom delení sa materský jedinec rozdelí mitózou na dva dcérske jedince. Delenie môže byť buď priečne (nálevníky - Ciliophora), alebo pozdĺžne (bičíkovce - Mastigophora). Rozmnožovanie bunkovým delením je typické pre sinice a jednobunkové riasy.
- Fragmentácia stielky: Rozpad stielky na životaschopné časti, ktoré dorastú na novú rastlinu. Využívajú ju napríklad mnohobunkové sladkovodné spájavky, ktorých vlákno po roztrhnutí jednoducho dorastie na novú riasu. Mnohé rastliny sa rozmnožujú fragmentáciou, teda rozpadom organizmu na niekoľko menších častí.
- Výtrusy: Jednobunkové útvary na šírenie, ktoré sa u nižších húb a organizmov tvoria aj mitoticky. Výtrusy sú zvyčajne jednobunkové útvary špecializované na nepohlavné rozmnožovanie. Vznikajú vo výtrusniciach.
Špeciálnym prípadom binárneho delenia je pučanie. Tento spôsob sa vyskytuje u cicaviek (Suctoria) a veľmi vzácne aj u niektorých koreňonožcov (Sarcodina), bičíkovcov a nálevníkov. Na povrchu materského jedinca (u niektorých druhov smerom dovnútra) sa vytvoria bunkové výrastky, do ktorých prechádzajú dcérske jadrá.
U niektorých prvokov (Protozoa) predchádza deleniu bunky niekoľkonásobné delenie jadra. Bunka sa rozdelí až dodatočne a naraz. Materský jedinec sa tak rozpadne na viac dcérskych jedincov. Tomuto množeniu rozpadom hovoríme polytomia.
Nepohlavné rozmnožovanie môže u jednobunkovcov súvisieť so vznikom kolónií. Jednotlivé bunky vznikajúce delením materského jedinca zostanú spojené buď v spoločnom rôsolovitom obale, alebo pomocou siete výbežkov, ktoré vznikli z povrchových vrstiev cytoplazmy. Na vyššom vývojovom stupni sa jednotlivé bunky kolónie špecializujú na určité funkcie ako príjem potravy, pohyb atď. (rod váľač - Volvox). Schopnosť rozmnožovania zostáva už iba niektorým bunkám a u ostatných sa stráca. Jednotlivé bunky kolónie tak strácajú samostatnosť a stávajú sa súčasťou nového celku - kolónie.
Polycytogénne rozmnožovanie (somatogénna monogamia)
Mnohobunkovce sa rozmnožujú polycytogénnym rozmnožovaním (somatogénna monogamia), pri ktorom dcérsky organizmus vzniká z bunkových komplexov rodiča alebo z bunkových komplexov lárv alebo embryonálnych štádií.
Mnohobunkové riasy a huby sa často rozmnožujú tak, že sa oddelia jednotlivé bunky, z ktorých vzniknú noví jedinci. Aj veľa semenných rastlín (Spermatophyta) sa rozmnožuje týmto spôsobom.
Niektoré vyššie rastliny tvoria špecializované útvary slúžiace k vegetatívnemu rozmnožovaniu ako napr.:
- Rozmnožovacia cibuľka: Pozostáva z podcibulia a zdužnatých zásobných listov. Tento typ množenia je charakteristický pre čeľaď ľaliovité (napríklad obľúbený tulipán alebo cesnak, ktorý vytvára zložené dcérske cibuľky) a skorú jarnú čeľaď amarylkovité (snežienka, narcis).
- Podzemok (rizóm): Je vodorovne rastúca podzemná stonka. Z jej uzlov rastú korene a púčiky formujúce nové rastliny. Je to bežný jav predovšetkým u papradí, z kvitnúcich rastlín ho využíva napríklad liečivý kostihoj alebo mimoriadne odolný burinný pýr.
- Podzemková hľuza: Je zhrubnutý zásobný podzemok stonkového pôvodu. Najlepším príkladom je zemiak, ktorého známe „očká“ sú v skutočnosti pazušné púčiky novej rastliny.
- Stonková hľuza: Je nadzemná alebo podzemná metamorfóza plniaca zásobnú aj reprodukčnú funkciu. Typickým zástupcom s nadzemnou hľuzou je kaleráb. Veľmi podobný mechanizmus, avšak vo forme koreňovej hľuzy, si vytvorila reďkovka.
- Poplaz (stolón): Ide o horizontálnu plazivú stonka, ktorá rastie po povrchu a zakoreňuje priamo vo svojich uzloch. Tento efektívny mechanizmus plošného šírenia má jahoda.
- Listy: Na nepohlavné rozmnožovanie môžu slúžiť priamo aj listy.
U krytosemenných rastlín (Angiospermatophyta) sa stretneme s rôznymi formami rozmnožovania. Prvý je výhonok nazývaný odnož, ktorý môže rásť vzpriamene (obilniny) alebo ako poplaz (stolón). Existujú povrchové aj podzemné poplazy, na ktorých v určitých odstupoch vznikajú noví jedinci (jahoda - povrchové, pýr - podzemné). Ďalej existujú rôzne hľuzy, cibule (typický príklad je zemiak s hľuzami na podzemných výhonkoch) či pacibule (bubily; po oddelení od rodiča sa z nich vyvinú nové rastliny; napr. cesnak).
Ako rozmnožiť akúkoľvek rastlinu | Rozmnožte si rastliny zadarmo!|
Aké druhy rastlín sa najčastejšie rozmnožujú vegetatívne
Medzi najčastejšie patria ovocné dreviny (jablone, hrušky, vinič), okrasné rastliny (ruže, hortenzie, muškáty) a zeleniny s cibuľami či hľuzami (cesnak, cibuľa, zemiaky).
Pri ovocných drevinách sa využíva najmä štepenie, vrúbľovanie, očkovanie či zakoreňovanie odrezkov. Cieľom je zachovať odrodové vlastnosti a zabezpečiť vyššiu úrodu aj kvalitu plodov.
Apomixia
Výnimočne môže semeno vzniknúť aj úplne bez oplodnenia. V zoológii sa vývin z neoplodneného vajíčka nazýva partenogenéza, no v botanike tento jav produkcie klonálneho semena označujeme ako apomixia.
Semená môžu vznikať aj z neoplodnenej vajcovej bunky - partenogeneticky - napr. pri jastrabníku a alchemilke, alebo z buniek zárodočného mieška.
Pohlavné rozmnožovanie
Pohlavné rozmnožovanie spája genetický materiál dvoch jedincov, čím zabezpečuje nevyhnutnú genetickú variabilitu. Nová rastlina vzniká zo zygoty, ktorá je produktom splynutia dvoch haploidných gamét.
Počet chromozómov jadra pri redukčnom delení - meióze - sa zredukuje na polovičný, haploidný, takže obidve gaméty majú haploidný počet chromozómov. Keďže nová rastlina preberá chromozómy, čiže dedí svoje vlastnosti najčastejšie od dvoch rodičovských rastlín, ktoré sú neraz odlišné, svojimi dedičnými vlastnosťami sa celkom nezhoduje s rodičovskými rastlinami.
Fúziou haploidných gamét vzniká diploidná zygota, čím sa cyklus neustále opakuje a generácie sa striedajú. Tento proces je súčasťou rodozmeny (metagenézy), charakteristickej striedaním dvoch geneticky odlišných generácií.
Generácie v rodozmene
- Gametofyt (pohlavná generácia): Tvoria ho bunky s jedným súborom chromozómov (haploidný počet, n). Vzniká mitotickým delením zo spóry. Neskôr vytvára pohlavné orgány (gametangiá), ktoré produkujú pohlavné bunky (gaméty):
- Plemenníčky (anterídiá): Tvoria samčie gaméty (spermatozoidy), ktoré často vyžadujú vodu.
- Zárodočníky (archegóniá): Tvoria samičiu bunku (oosféra).
- Sporofyt (nepohlavná generácia): Disponuje homologickými chromozómami (diploidný počet, 2n). Vzniká mitotickým delením zygoty.
Prechod rastlín na súš znamenal evolučný tlak na ochranu citlivých fáz. Vývoj smeroval k posilneniu diploidného sporofytu a redukcii haploidného gametofytu.
Vývoj rodozmeny u rastlín
- Prvé suchozemské rastliny (ryniorasty): Mali ešte primitívnejšiu rovnakotvarú rodozmenu.
- Machorasty (Bryophyta): Dominuje u nich haploidný gametofyt (zelený mach). Sporofyt (stopka s výtrusnicou) je fyziologicky úplne závislý od gametofytu.
- Cievnaté výtrusné rastliny: Dominuje mohutný diploidný sporofyt. Ich drobný gametofyt (prvorast) žije nezávislým životom.
- Semenné rastliny: Gametofyt je extrémne zredukovaný a trvalo ukrytý v materskom sporofyte.
Samičí gametofyt krytosemenných rastlín je zredukovaný len na 7 buniek (zárodočný vak) a samčí gametofyt dokonca len na 2-3 bunky (peľové zrnko).
Procesy pohlavného rozmnožovania
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.
Opelenie a oplodnenie
Prenos peľu na bliznu sa označuje ako opelenie. Rozlišujeme samoopelenie (autogamiu) a cudzoopelenie (alogamiu). Rastliny sa samoopeleniu bránia autoinkompatibilitou (biochemický blok) alebo časovým nesúladom dozrievania orgánov.
Niektorým rastlinám, napr. jabloniam, blizny a peľnice v tom istom kvete nedozrievajú naraz, takže sa môžu opeliť len peľom z iného kvetu. 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.
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.
Proces dvojitého oplodnenia je unikátom krytosemenných rastlín. Po vniknutí peľovej 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.
Vývoj semena
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).
tags: #rozmnozovanie #rastlin #bez #oplodnenia