Back to chapter

34.3:

צמחים וסקולרים חסרי זרעים

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Seedless Vascular Plants

Languages

Share

ישנן שלוש קבוצות עיקריות המכסות את חיי הצומח על פני כדור הארץ צמחים לא-וסקולריים. צמחים וסקולריים נטולי זרעים וצמחי-זרעים. צמחים וסקולריים נטולי זרעים היו הראשונים שהתפתחו מערכות וסקולריות המתמחות התאמה שעזרה להם להפוך לצמחים הגבוהים הראשונים בכדור הארץ.כיום, צמחים וסקולריים נטולי זרעים מיוצגים על ידי ליקופיטים ומונילופיטים. ליקופיטים כוללים קלבמוסס ספייקמוסס וקילוורטס, ראוי לציין, שאף אחדמהליקופיטים אינם טחבי עלים אמיתיים, שהם צמחים לא-וסקולריים. שרכאים כוללים שלושה, סוגי שרכים וקרוביהם.כמו כל הצמחים, צמחים וסקולריים לנטולי זרעים מציגים חילופי דורות במחזור חייהם, כפי שמוצג כאן באמצעות צמח שרך כדוגמא. המשמעות היא שהם מבלים חלק ממחזור חייהם כגמטופיט הפלואיד והחלק השני כספורופיט דיפלואידי. בדומה לצמחים שאינם וסקולריים גם צמחי וסקולריים מתרבים באמצעות נבגים, ולא באמצעות זרעים.הנבגי הם הפלואידים ומפוזרים על ידי מבנים בהנקראים סורי, מקובצים על החלק התחתון של העלים. הסורי עצמם מכילים ספורנגיה רבות. עם הגיעם לבשלות, הספורנגיות הללו נפתחות ומפזרות את הנבגים הפלואידים.הנבגים גדלים לאחר מכן באמצעות מיטוזה ויוצרים את הגמטופיט ההפלואיד. בשלב הגמטופיט שהוא בדרך כלל קטן מאוד ונמצא על פני הקרקע או ממש מתחת לפני השטח נוצרים גמטים ההפלואידים על ידי מיטוזה. גמטופיט יחיד הוא דו מיני ומפתח שני מבנים שונים האנתרידיה והארכגוניה המייצרים גמטות בצורת זכר ונקבה בהתאמה.כמו הצמחים הלא-וסקולריים, גמט הזרע הזכרי מנופה ודורש מים כדי לנסוע לגמט הנקבה בעקבות מושך כימי למציאת הביצה. מכיוון שהגמטים בגמטופיט בודד יהיו זהים גנטית בגלל מוצאם ההפלואיד, בדרך כלל מתרחשים הצלבות בין גמטופיטים שונים. שרכים יכולים למנוע כל הפריה עצמית על ידי הבאת בגרות האנתרידיות והארכגוניה שלהם בזמנים שונים.לבסוף, הביצה המופרית תגדל לספורופיט דיפלואידי חדש מהזיגוטה הדיפלואידית של הגמטופיט ותשלים את מחזור החיים ת כמו צמחי זרעים צמחים לא-וסקולריים לנטולי זרעים יש מחזורי חיים שנשלטים על ידי ספורופיטים. עם זאת, בשונה מאף משושלות הצמחים הגדולות האחרות, הגמטופיטים הקטנים שלהם יכולים לחיות באופן עצמאי כלומר הם אינם מספקים הזנה לספורופיט, או דורשים זאת מהספורופיט. ניתן לטעון כי המאפיין העיקרי צמחים וסקולריים נטולי זרעים הוא הרשת המיוחדת של רקמת וסקולרית, הדומה לזו של צמחי הזרעים.התאמה זו אפשרה להם להעביר מים, חומרים מזינים וחומרים אורגניים אחרים ולהשיג גדלים גדולים יותר מה שהבדיל אותם מקרוביהם הלא-וסקולריים.

34.3:

צמחים וסקולרים חסרי זרעים

Seedless Vascular Plants Were the First Tall Plants on Earth

Today, seedless vascular plants are represented by monilophytes and lycophytes. Ferns—the most common seedless vascular plants—are monilophytes. Whisk ferns (and their relatives) and horsetails are also monilophytes. Lycophytes include club mosses, spikemosses, and quillworts—none of which are true mosses.

Unlike nonvascular plants, vascular plants—including seedless vascular plants—have an extensive network of vascular tissue comprised of xylem and phloem. Most seedless vascular plants also have true roots and leaves. Furthermore, the life cycles of seedless vascular plants are dominated by diploid spore-producing sporophytes, rather than gametophytes.

However, like nonvascular plants, seedless vascular plants reproduce with spores rather than seeds. Seedless vascular plants are also typically more reproductively successful in moist environments because their sperm require a film of water to reach the eggs.

The Life Cycle of Seedless Vascular Plants

Like animals, seedless vascular plants (and other plants) alternate between meiosis and fertilization during reproduction. Meiosis is a cell division process that produces haploid cells—which contain one complete set of chromosomes—from a diploid cell—which contains two complete sets of chromosomes. Fertilization, by contrast, produces a diploid cell called a zygote through the fusion of haploid cells called gametes—sperm and eggs.

In most animals, only the diploid stage is multicellular, and gametes are the only haploid cells. Plants, however, alternate between haploid and diploid stages that are both multicellular; this is called alternation of generations. Alternation of generations is a feature of all sexually reproducing plants, but the relative size and prominence of the haploid and diploid stages differ among plants.

In seedless vascular plants (as well as seed plants), the diploid stage of the life cycle—the sporophyte—is dominant. For example, what most people recognize as a fern is the large, independent fern sporophyte. Sporophytes produce haploid cells called spores through meiosis.

A spore can germinate and develop into a gametophyte—the haploid stage of the life cycle—through mitosis. Gametophytes produce egg and sperm cells through mitosis (unlike animals, which produce gametes through meiosis). Most seedless vascular plants produce one type of spore that gives rise to a bisexual gametophyte. The gametophytes are smaller and less structurally complex than the sporophytes, but they can photosynthesize and do not depend on the sporophyte for nourishment or protection.

Egg and sperm cells fuse through fertilization, forming a diploid zygote. The zygote divides through mitosis to generate the familiar, fronded fern sporophyte—continuing the cycle.

Suggested Reading

Jones, Victor A.s., and Liam Dolan. 2012. "The Evolution of Root Hairs and Rhizoids." Annals of Botany 110 (2): 205–12. [Source]

Pittermann, Jarmila, Craig Brodersen, and James E. Watkins. 2013. "The Physiological Resilience of Fern Sporophytes and Gametophytes: Advances in Water Relations Offer New Insights into an Old Lineage." Frontiers in Plant Science 4. [Source]

Sigel, Erin M., Eric Schuettpelz, Kathleen M. Pryer, and Joshua P. Der. 2018. "Overlapping Patterns of Gene Expression Between Gametophyte and Sporophyte Phases in the Fern Polypodium Amorphum (Polypodiales)." Frontiers in Plant Science 9 (September). [Source]