Rozmnožovanie je základný prejav života, ktorý zabezpečuje zachovanie druhu, prenos dedičných vlastností a vznik nových druhov. Tento článok sa zameriava na proces oplodnenia a následný vývin novej rastliny.
Rozmnožovanie rastlín
Rozmnožovanie rastlín sa delí na nepohlavné (vegetatívne) a pohlavné. Zatiaľ čo zo živočíchov sa nepohlavne rozmnožujú len vývojovo najnižšie druhy, z rastlín sa mnohými spôsobmi nepohlavne rozmnožujú aj vyššie rastliny.
Nepohlavné rozmnožovanie rastlín
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). Keďže vývojovo nižšie skupiny rastlín nemajú typické rastlinné orgány, je u nich vhodnejšie hovoriť 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.
Spôsoby nepohlavného rozmnožovania
- Rozmnožovanie bunkovým delením: Typické pre sinice a jednobunkové riasy.
- Výtrusy: Zvyčajne jednobunkové útvary špecializované na nepohlavné rozmnožovanie. Vznikajú vo výtrusniciach.
- Špecializované útvary: Niektoré vyššie rastliny tvoria špecializované útvary slúžiace k vegetatívnemu rozmnožovaniu ako napr.:
- rozmnožovacie cibuľky tvorí cesnak, cibuľa a i.
- hľuzy tvorí georgína, zemiak a i.
- poplazy, na konci ktorých vznikajú nové rastliny, tvorí napr. jahoda.
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.
Pohlavné rozmnožovanie rastlín
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.
Pohlavné rozmnožovanie spája genetický materiál dvoch jedincov, čím zabezpečuje nevyhnutnú genetickú variabilitu. Nová rastlina vzniká zo zygoty, produkovanej splynutím dvoch haploidných gamét.
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 c ঘনত্ব 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.
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.
Vývin novej rastliny zo 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).
Klíčenie semien je komplexný proces, pri ktorom sa spiace embryo mení na aktívne rastúcu mladú rastlinu. Je to obdobie aktivácie enzymatických procesov v semene, ktoré končí pretrhnutím osemenia. Tento proces je prísne kontrolovaný hormónmi a vonkajšími faktormi prostredia. Na prerušenie dormancie a spustenie klíčenia je potrebný dostatok vody, vhodná teplota, dostatok kyslíka a pri niektorých druhoch aj svetlo. Podmienkou je aj nepoškodené embryo (táto schopnosť semena vyklíčiť sa nazýva klíčivosť). Tieto faktory naštartujú v semene produkciu stimulačných hormónov, najmä giberelínov. Úplne prvým krokom klíčenia je imbibícia (napučiavanie). Je to pasívny fyzikálny proces, pri ktorom suché semeno nasáva vodu z okolia doslova ako špongia.
Vývin rastlín je zložitý proces v ktorom sa z jednej bunky vytvára celé telo rastliny. Rozoznávame dve fázy vývinu. Vegetatívna fáza znamená vytvorenie koreňov, stonky a listov. Generatívna fáza zahrňuje kvitnutie a tvorbu plodov, čiže pohlavné rozmnožovanie rastlín. Rastliny, ako aj ostatné mnohobunkové organizmy vznikajú z jednej oplodnenej vajcovej bunky, ktorú nazývame „zygota“ (samčie pohlavné bunky nazývame peľ). Po rozdelení zygoty sa niektoré bunky špecializujú, iné ostávajú naďalej deliacimi sa bunkami. Zhluk takýchto buniek nazývame meristémom. Meristém ostáva stále zachovaný na vrchole koreňov a stoniek, preto môžu rastliny rásť počas celého svojho života. Listy a kvety majú na rozdiel od koreňov a stoniek rast determinovaný - teda po dosiahnutí určitej veľkosti prestávajú rásť. Tieto orgány potom postupne vstupujú do senescencie, odmumierajú a opadajú.
Pri pohlavnom rozmnožovaní je rastlina opelená buď peľom z toho istého kvetu - samoopelenie, buď peľom z iného kvetu tej istej alebo inej rastliny toho istého druhu - cudzoopelenie. Samoopelenie je nežiadúce, preto sú rastliny fylogeneticky prispôsobené tak, aby sa mu čo najviac zabraňovalo.
Semena môžu vznikať aj z neoplodnenej vajcovej bunky - partenogeneticky - napr. pri jastrabníku a alchemilke, alebo z buniek zárodočného mieška, napr. apomixia.