Спорообразование у кишечной палочки бесполое размножение
Определение
Бесполое размножение — размножение, которое происходит без участия половых клеток — гамет.
При бесполом размножении дочерние организмы имеют только одну родительскую особь и генетически тождественны ей. Такие группы организмов называются клонами.
В основе бесполого размножения лежит процесс митоза.
Преимущества бесполого размножения заключаются в том, что организму не нужно тратить время и энергию на поиск полового партнера, что позволяет ему размножаться быстрее. Таким образом, плюсы бесполого размножения:
быстрое размножение в благоприятных условиях;
быстрое распространение в благоприятных условиях.
Недостатки бесполого размножения: виды организмов, размножающиеся бесполым путём, менее пластичны при изменении условий окружающей среды и уступают в естественном отборе более приспособленным видам. В процессе эволюции у эукариот возникает половой процесс как более прогрессивный признак.
Существует несколько видов бесполого размножения.
Бесполое размножение одноклеточных:
а) бинарное деление прокариот;
б) различные формы митотического деления одноклеточных (обычный митоз, шизогония, почкование дрожжей);Бесполое размножение многоклеточных:
а) многоклеточными неспециализированными частями материнского организма — вегетативное размножение, например, черенкование растений;
б) специализированными клетками, которые у растений, водорослей и грибов обычно называются спорами. Подвижные споры со жгутиками называются зооспорами.
Деление прокариот (бинарное деление)
Чаще всего бактериальные клетки делятся с образованием двух одинаковых по размеру дочерних клеток. В процессе деления кольцевая ДНК удваивается. Деление сопровождается образованием септы — перегородки между дочерними клетками, которая затем расслаивается посередине (рис. 1).
Рис. 1
Митотическое деление простейших
Простейший вариант наблюдается у одноклеточных организмов. В этом случае он приводит к появлению двух новых организмов, что можно наблюдать у обыкновенной амебы (рис. 2), большинства инфузорий, эвглены, хлореллы. Процессу деления предшествует рост и созревание одноклеточного организма. Происходит усиленный синтез органических веществ, идущих на построение новых органоидов, синтез АТФ, репликация ДНК.
Процесс начинается с деления ядра и удвоения жгутиков (у жгутиконосцев). Затем происходит деление цитоплазмы (цитокинез).
Рис. 2
Множественное деление (шизогония)
У некоторых видов наблюдается множественное деление: клетка делится последовательно несколько раз под общей оболочкой, в результате чего из нее выходит несколько клеток (рис. 3). Так, у хламидомонады при бесполом размножении образуется 4 клетки, у малярийного плазмодия — несколько десятков клеток, а у инфузории ихтиофтириуса — более 1000 клеток. Количество клеток при этом обычно выражается степенью двойки. Чаще всего для такого размножения формируется специальная покоящаяся форма — циста.
Рис. 3
Спорообразование
Оно характерно для многоклеточных организмов: грибов, водорослей, высших споровых растений.
Споры — покоящиеся одноклеточные образования.
Конидии (конидиоспоры) — внешние споры, образующиеся на концах гиф грибов в виде цепочек. Так размножаются, например, плесневые грибы пенициллы и аспергиллы (рис. 4).
Рис. 4 Рис. 5
У других грибов споры образуются в специальных образованиях — спорангиях (рис. 5). Они представляют собой расширения гифы, внутри которого под оболочкой формируются споры, после чего оболочка спорангия лопается, и споры высыпаются.
Споры могут образовываться внутри обычных клеток, как происходит у нитчатой водоросли улотрикс (рис. 6). У нее внутри зрелых клеток нити происходит два митоза, в результате чего образуются 4 споры, имеющие жгутики. Такие подвижные споры называются зооспоры. Они плавают в воде, пока не прикрепятся к какому-либо предмету, после чего начинают расти и в результате ряда последовательных митозов образуют нить.
Рис. 6:
1 — спорообразование улотрикса; 2 — зооспора улотрикса
Вегетативное размножение
При вегетативном размножении начало новому организму дает какой-либо вегетативный орган растения: часть побега или корень. В каждом из них существуют неспециализированные клетки, способные к делению. Потомки этих клеток могут превращаться в клетки различных тканей и давать начало всем органам нового растения (рис. 7). Помимо природного вегетативного размножения существуют искусственные, которые человек применяет в практике сельского хозяйства, например черенкование.
Рис. 7
Почкование
При почковании дочерний организм образуется как вырост материнского, растет, формирует необходимые структуры, отделяется и начинает жить самостоятельно. Почкуются, например, пекарские дрожжи (рис. 8). На поверхности клетки образуется небольшой вырост, к нему перемещается ядро клетки, происходит митоз, и одно из дочерних ядер перемещается в почку. Подросшая почка отделяется от материнской клетки и начинает жить самостоятельно.
Рис. 8
Среди многоклеточных почкованием размножается пресноводная гидра (тип кишечнополостные). Почка образуется как выпячивание стенки тела, в нее заходит кишечная полость. Затем у нее вырастают щупальца, прорывается рот, и она начинает самостоятельно питаться. После этого она образует собственную подошву и отделяется от материнского организма рис. 9).
Рис. 9
Почкованием могут размножаться некоторые виды кольчатых червей (рис. 10).
Рис. 10
Фрагментация
У некоторых видов червей возможно размножение фрагментацией: тело червя распадается на ряд фрагментов, каждый из которых достраивает недостающие части. Фрагментация может произойти вследствие механического повреждения организма. В основе фрагментации лежит процесс регенерации (восстановление тканей организма). Данный вид размножения встречается у водорослей, кишечнополостных, червей (рис. 11).
Рис. 11
Источник
Некоторые бактерии обладают способностью образовывать споры. Это относится, прежде всего, к палочковидным формам; у кокков спорообразование встречается редко, а для вибрионов и спирилл оно отсутствует. Процесс спорообразования заключается в том, что в определенном месте бактериальной клетки цитоплазма начинает сгущаться, затем этот участок покрывается довольно плотной оболочкой. Остальная часть клетки постепенно разрушается. Таким образом, бактериальная клетка в течение нескольких часов превращается в спору.
В бактериальной клетке спора может располагаться центрально, на конце или занять промежуточное положение (субтерминальное). Споры различных видов имеют неодинаковую форму. Они могут быть шаровидными, овальными. Иногда диаметр спор превышает толщину клетки, и это приводит к ее деформации — вздутию.
Эти особенности спорообразования у различных бактерий являются довольно постоянными признаками и часто используются в диагностике, т. е. при распознавании бактерий. Спорообразование стимулируется наступлением неблагоприятных для развития условий, обеднением питательной среды.
Жизненные процессы обменного характера, например, дыхание, хотя и происходят в спорах, но, крайне замедленно.
Споры более устойчивы, чем вегетативные формы этих же бактерий, к действию проникающей радиации, ультразвука, высушиванию, замораживанию, разрежению, гидростатическому давлению, действию ядовитых веществ и др.
Споры некоторых бактерий остаются жизнеспособными даже после нахождения в течение 20 мин в кипящей концентрированной кислоте.
Устойчивость спор повышается при их предварительном обезвоживании.
Термостойкость спор можно объяснить сравнительно невысоким содержанием свободной воды в цитоплазме (по некоторым данным, всего 40 %) и относительно большим содержанием сухого вещества (в основном белка). Плотная, многослойная оболочка хорошо защищает споры от проникновения вредных веществ.
Благодаря способности к образованию спор, обладающих исключительно высокой устойчивостью к внешним воздействиям, спорообразующие бактерии остаются жизнеспособными при крайне неблагоприятных условиях.
Подавление жизнеспособности и уничтожение спорообразующих бактерий являются одной из основных практических задач консервной промышленности, переработки и хранения сельскохозяйственных продуктов.
Споры являются особой, устойчивой формой существования бактерий, способствующей сохранению данного вида. Спорообразование у бактерий не связано с размножением, так как бактериальная клетка способна образовывать лишь одну спору.
Если споры попадают в благоприятные условия, каждая из них в течение нескольких часов превращается в обычную (вегетативную) бактериальную клетку. Вначале лопается оболочка споры, а затем в этом месте появляется проросток клетки, постепенно превращающийся в нормальную клетку. Прорастание длится несколько часов. В практике нередко приходится наблюдать так называемые «дремлющие» споры. Это те, которые отстают от общей массы в скорости прорастания и, сохраняя жизнеспособность в течение долгого времени, могут прорастать постепенно через продолжительные сроки, исчисляемые временем от нескольких суток до многих лет.
Способность к образованию спор учитывается в систематике бактерий, при выборе методов стерилизации пищевых продуктов, оборудования, инвентаря. Спорообразование может утрачиваться при частых пересевах бактерий на свежую среду, культивировании их при высоких температурах.
Размножение бактерий
Известно много способов размножения, наблюдаемых у различных бактерий. У подавляющего числа представителей этой группы микроорганизмов размножение осуществляется путем деления клеток на две части.
В средней части физиологически подготовленной к размножению клетки за счет впячивания цитоплазматической мембраны образуется поперечная перегородка. Расщепляясь, она разделяет клетку на две половинки. Образовавшиеся новые клетки могут быть несколько неодинаковыми по размеру, так как перегородка не всегда проходит посередине материнской клетки.
Кокки в процессе размножения последовательно делятся в одной, двух или трех взаимно перпендикулярных плоскостях. После деления они остаются в той или иной мере скрепленными друг с другом, в результате чего возникают сочетания кокков, отличающиеся по взаимному расположению (см. рис. 1): диплококки — парные кокки; стрептококки — цепочки кокков; тетракокки — по четыре кокка; сарцины — в форме правильных тючков по 8, 16 шт.; стафилококки — скопления, напоминающие грозди винограда. При очень слабой связи или ее отсутствии между возникающими при делении клетками образуются микрококки, во взаимном расположении которых нет никаких закономерностей. Они расположены поодиночке или в виде случайных скоплений по несколько экземпляров.
Палочки (бактерии, бациллы), подобно коккам, могут располагаться парами по длине — диплобактерии и цепочками — стрептобактерии. Большинство же палочек располагается одиночно, беспорядочно. По внешним очертаниям отдельные представители палочковидных заметно отличаются друг от друга. Известны палочки строго цилиндрической формы, бочковидные, с резко обрубленными, вогнутыми или заостренными концами и др.
Размножение делением не сводится только к удвоению числа клеток. Структурные элементы и вещества материнской клетки еще и перераспределяются между возникающими новыми клетками. Большая часть клеток нового поколения наследует бездефектные структуры родительских организмов, вторая — менее полноценные. В связи с таким распределением по прошествии нескольких циклов деления образуется какое-то количество нежизнеспособных клеток. Установлено, что доля таких клеток, приходящаяся на каждый цикл деления, составляет примерно 10 % общего числа.
Бактерии обладают большой скоростью размножения, которая зависит от условий питания, температуры, доступа воздуха и др.
При благоприятных условиях клетка может делиться через каждые 20—30 мин, т. е. за сутки может произойти 48—72 цикла удвоения. Из одной клетки за это время возникло бы 4714169·1015клеток, через 36 ч микробная масса составила бы около 400 т.
Если бы размножение постоянно проходило с такой скоростью, то из одной клетки в течение 5 дней могло бы образоваться такое количество клеток, что общий объем их оказался бы равным объему всех морей и океанов.
Практически беспрерывного деления микробов не происходит. Размножению их мешают многие моменты: истощение питательной среды, накопление продуктов собственного обмена и другие физические, химические и биологические факторы внешней среды. Так, при снижении температуры на 10 °С скорость размножения снижается в 2—3 раза.
Попадая в новые условия, на свежий субстрат, микробы не сразу начинают размножаться. Проходит некоторое время до начала увеличения их числа (фаза задержки роста), в течение которого они приспосабливаются к среде обитания и подготавливают самую среду. После этого начинается бурное размножение, замедляющееся затем по мере исчерпания питательных ресурсов и накопления продуктов жизнедеятельности бактерий в среде.
Быстрое развитие микробиологической порчи продуктов — скисание, окисление, плесневение, гниение и др. — как раз и объясняется исключительно высокой скоростью размножения бактерий.
Источник
1. Ключевые вопросы.
1. Какие типы размножения известны в природе?
Бесполое и половое.
2. В чем состоят преимущество и недостаток бесполого размножения по сравнению с половым? Назовите способы бесполого размножения.
Если вид размножается только бесполым путем, то будет происходить быстрое увеличение численности особей с сохранением постоянства признаков вида (преимущество бесполого размножения). Однако в изменяющихся условиях среды приспособительные возможности особей и жизнеспособность их потомства будут снижаться, вид не сможет эволюционировать и, в конечном итоге, он обречен на вымирание (недостаток бесполого размножения).
Способы бесполого размножения
Одноклеточные
1. Деление клетки
2. Почкование
3. Спорообразование
Многоклеточные
1. Фрагментация
2. Вегетативное размножение
3. Почкование
4. Спорообразование
3. В чем заключаются преимущество и недостаток полового размножения?
При размножении вида только половым путем увеличивается разнообразие особей в пределах вида, повышаются их приспособительные возможности и жизнеспособность потомства в изменяющихся условиях среды. В результате вид способен эволюционировать и длительно существовать (преимущество полового размножения). В то же время возникшие неудачные комбинации хромосом могут стать причиной гибели организмов (недостаток полового размножения).
2. Сложные вопросы.
1. Установите соответствие между одноклеточными организмами и способами их бесполого размножения. Организмы: дрожжи, кишечная палочка, амеба обыкновенная, хлорелла, хламидомонада. Способы бесполого размножения: деление клетки, спорообразование, почкование.
дрожжи — почкование
кишечная палочка — деление клетки
амеба обыкновенная — деление клетки
хлорелла — деление клетки
хламидомонада — спорообразование
2. Составьте пары «способ бесполого размножения у многоклеточных — организм». Способы бесполого размножения: спорообразование, почкование, фрагментация, вегетативное размножение. Организмы: дождевой червь, пеницилл, пырей, гидра, фиалка, головневый гриб, георгин.
спорообразование — пеницилл, головневый гриб
почкование — гидра
фрагментация — дождевой червь
вегетативное размножение — пырей, фиалка, георгин
3. Какой из способов размножения организмов (вегетативное, бесполое, половое) возник позже в процессе развития органического мира? Дайте аргументированный ответ с использованием дополнительной информации.
Вегетативное. И бесполое, и половое размножение возникли у одноклеточных организмов. Для вегетативного размножения необходимы вегетативные органы, которые могут быть только у многоклеточных организмов, которые возникли после одноклеточных.
Источник
Печатать книгу
- Вспомните, какими способами происходит бесполое размножение прокариот.
- Как вы думаете? Чем бесполое размножение одноклеточных эукариот отличается от такового у прокариот?
- Вы узнаете о разнообразии способов бесполого размножения одноклеточных эукариот, чем отличается спорообразование и почкование у эукариот от прокариот.
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | *§ 29—2. Способы бесполого размножения одноклеточных эукариот |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Вторник, 9 Февраль 2021, 15:13 |
Преамбула
У одноклеточных организмов, имеющих ядро, существует несколько разнообразных по механизму протекания способов бесполого размножения. Чаще всего встречаются четыре: 1) деление клетки надвое; 2) почкование; 3) спорообразование; 4) шизогония.
Деление клетки надвое
У одноклеточных эукариот разделению материнской клетки предшествует деление ядра — образуются два дочерних ядра, идентичных как друг другу, так и исходному материнскому. У многих одноклеточных (эвглена зеленая, хламидомонада) деление ядра происходит в основном с разрушением ядерной оболочки, расхождением дочерних хромосом к полюсам клетки и формированием двух новых ядер. Иногда при делении клетки материнское ядро делится на дочерние ядра путем перетяжки без расхождения хромосом к полюсам клетки (амеба обыкновенная, инфузория туфелька). После этого следует разделение цитоплазмы и образование двух дочерних клеток. Органоиды клетки при этом либо разделяются между дочерними особями, либо образуются заново у одной из них, как это бывает со жгутиками и сократительными вакуолями.
Деление клеток у одноклеточных эукариот может происходить в продольной плоскости (у жгутиконосцев) или в поперечной (у инфузорий), или в любом направлении (например, у амеб).
Почкование
У некоторых одноклеточных эукариот перед делением ядра в материнской клетке формируется небольшой вырост оболочки с цитоплазмой, куда потом перемещается одно из образовавшихся дочерних ядер. Формируется почка, которая отделяется от материнской клетки и превращается в малую дочернюю особь. Некоторое время она растет и развивается, достигая размеров материнского организма. Почкование является основным способом размножения дрожжевых грибов при благоприятных условиях. Если при почковании дочерние клетки не отделяются от материнской, то образуются цепочки клеток, которые могут разветвляться.
В отличие от простого деления, при почковании материнская клетка делится на неравные части, постоянно отпочковывая меньшую дочернюю клетку и сохраняя при этом свое существование.
Спорообразование
Как вы уже знаете, у прокариот споры представляют собой особое состояние клетки, позволяющее переносить неблагоприятные условия. У одноклеточных эукариот (хлорелла, хламидомонада) спорообразование происходит путем многократного синхронного деления ядра и содержимого клетки с образованием вокруг дочерних клеток собственных клеточных оболочек при сохранении целостности оболочки материнской клетки. В результате под общей оболочкой образуется много мелких клеток — спор. Спора представляет собой небольшую клетку, состоящую из ядра и небольшого количества цитоплазмы. Например, у хлореллы в одной клетке может образоваться до 64 неподвижных спор. Споры, имеющие жгутики и способные к передвижению, называются зооспорами (хламидомонада). После разрыва оболочки материнской клетки споры выходят в окружающую среду и каждая спора, прорастая, дает начало новому организму. Так как споры микроскопически малы, то легко переносятся ветром, водой или другими организмами, что способствует не только размножению, но и расселению особей.
Таким образом, споры (от греч. sporá — сеяние, посев) — микроскопические специализированные клетки, служащие для бесполого размножения, расселения и (или) сохранения при неблагоприятных условиях.
Шизогония
У некоторых одноклеточных эукариот (грибы, паразитические протисты) кроме простого деления клетки встречается множественное деление — шизогония.Примером может служить тканевая и эритроцитарная шизогония плазмодия малярийного в организме человека. Она характеризуется тем, что ядро клетки паразитического протиста, обитающего в клетках печени или крови, многократно делится без деления цитоплазмы. Образуется многоядерная клетка. Затем, когда число дочерних ядер достигнет определенного количества, цитоплазма обособляется вокруг каждого из ядер. Закладываются клеточные оболочки, и клетка распадается на множество дочерних особей, равное числу образовавшихся ранее ядер. После чего следует одновременный выход множества дочерних особей из-под разорвавшейся оболочки клетки-хозяина (эритроцита или клетки печени). Их выход приводит к развитию у больного малярией сильной лихорадки. У малярийного плазмодия шизогония приводит к образованию сразу около тысячи дочерних клеток, каждая из которых может проникнуть в эритроцит крови. Такая высокая плодовитость компенсирует большие потери, сопровождающие передачу паразита от одного хозяина к другому. В паразитологии это получило название «закон большого числа потомков».
Повторим главное. У одноклеточных эукариот бесполое размножение может осуществляться делением клетки надвое, почкованием, спорообразованием и шизогонией. При делении клетки надвое деление ядра может происходить как с расхождением хромосом к полюсам, так и путем его перетяжки. При этом из материнской клетки образуются две идентичные дочерние. При почковании материнская клетка отпочковывает меньшую дочернюю клетку и сохраняет при этом свое существование. Спорообразование у одноклеточных эукариот обеспечивает сразу две функции — размножения и расселения. Споры могут быть неподвижными или иметь жгутики (зооспоры). Шизогония — множественное деление клетки преимущественно у паразитических одноклеточных, позволяющее быстро заражать много клеток хозяина.
Проверим знания
Ключевые вопросы
1. Какие способы бесполого размножения одноклеточных эукариот известны в природе?
2. Чем различается почкование у эукариот и прокариот?
3. Почему спорообразование у эукариот является способом бесполого размножения, а у прокариот — таковым не является?
Сложные вопросы
1. Установите соответствие между одноклеточными организмами и способами их бесполого размножения. Организмы: дрожжи, кишечная палочка, амеба обыкновенная, хлорелла, хламидомонада. Способы бесполого размножения: деление клетки, спорообразование, почкование.
2. Какой из способов бесполого размножения одноклеточных организмов возник позже в процессе развития органического мира? Дайте аргументированный ответ с использованием дополнительной информации.
Индивидуальное домашнее задание. Возьмите 10 г сухих пекарских дрожжей и столовую ложку сахара, растворите их в стакане теплой воды (30—35 °С). Отбирайте через каждые 20 мин по 20 мл суспензии и проводите кипячение проб. Пробы после кипячения вылейте в прозрачные стаканчики, дайте отстояться и измерьте высоту осадка. Постройте график изменения высоты осадка с течением времени. Объясните полученные результаты.
Источник