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11.8: Einführung in die asexuelle Fortpflanzung bei Pflanzen - Biologie

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Was Sie lernen werden: Pflanzen beschreiben, die sich ungeschlechtlich vermehren

Viele Pflanzen vermehren sich sowohl ungeschlechtlich als auch sexuell. Ungeschlechtlich reproduzierende Pflanzen gedeihen gut in stabilen Umgebungen.


  • Die meisten Pflanzen haben Wurzeln, Stängel und Blätter. Diese heißen die vegetative Teile einer Pflanze.
  • Vegetative Vermehrung ist eine Art der ungeschlechtlichen Vermehrung, bei der neue Pflanzen aus Wurzeln, Stängeln, Blättern und Knospen erzeugt werden. Da die Fortpflanzung durch die vegetativen Teile der Pflanze erfolgt, wird sie als vegetative Vermehrung.
  • Bryophyllum (Sprossenblattpflanze) hat Knospen in den Blatträndern. Fällt ein Blatt dieser Pflanze auf eine feuchte Erde, kann aus jeder Knospe eine neue Pflanze entstehen.

Bryophyllum (Sprossenblattpflanze)

  • Aus den Wurzeln einiger Pflanzen können auch neue Pflanzen entstehen. Süßkartoffel und Dahlie sind Beispiele.
  • Pflanzen wie Kakteen produzieren neue Pflanzen, wenn sich ihre Teile vom Hauptpflanzenkörper lösen. Jeder abgetrennte Teil kann zu einer neuen Pflanze heranwachsen.
  • Pflanzen, die durch vegetative Vermehrung erzeugt werden, brauchen weniger Zeit zum Wachsen und tragen früher Blüten und Früchte als solche, die aus Samen hergestellt werden.
  • Die neuen Pflanzen sind exakte Kopien der Mutterpflanze, da sie aus einem alleinerziehend.

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Inhalt

Spaltung Bearbeiten

Prokaryoten (Archaea und Bakterien) vermehren sich ungeschlechtlich durch binäre Spaltung, bei der sich der Mutterorganismus in zwei Teile teilt, um zwei genetisch identische Tochterorganismen zu produzieren. Eukaryoten (wie Protisten und einzellige Pilze) können sich in ähnlicher Weise durch Mitose vermehren, die meisten von ihnen sind auch zur sexuellen Fortpflanzung fähig.

Multiple Spaltung auf zellulärer Ebene tritt bei vielen Protisten auf, z.B. Sporozoen und Algen. Der Kern der Mutterzelle teilt sich durch Mitose mehrmals und produziert mehrere Kerne. Das Zytoplasma trennt sich dann und erzeugt mehrere Tochterzellen. [4] [5] [6]

Bei Apikomplexen tritt die multiple Spaltung oder Schizogonie entweder als Merogonie, Sporogonie oder Gametogonie auf. Merogony führt zu Merozoiten, bei denen es sich um mehrere Tochterzellen handelt, die aus derselben Zellmembran stammen, [7] [8] Sporogony führt zu Sporozoiten und Gametogonie führt zu Mikrogameten.

Angehende Bearbeiten

Einige Zellen teilen sich durch Knospung (z. B. Bäckerhefe), was zu einer "Mutter"- und einer "Tochter"-Zelle führt, die anfänglich kleiner ist als die Elternzelle. Knospung ist auch auf vielzelliger Ebene bekannt, ein tierisches Beispiel ist die Hydra, [9] die sich durch Knospung fortpflanzt. Die Knospen wachsen zu voll ausgereiften Individuen heran, die sich schließlich vom Elternorganismus lösen.

Die innere Knospe ist ein Prozess der asexuellen Fortpflanzung, der von Parasiten wie z Toxoplasma gondii. Es handelt sich um einen ungewöhnlichen Prozess, bei dem zwei (Endodyogenie) oder mehr (Endopolygenie) Tochterzellen werden in einer Mutterzelle produziert, die dann von den Nachkommen vor ihrer Trennung verzehrt wird. [10]

Außerdem tritt bei einigen Würmern Knospen (extern oder intern) auf, wie z Taenia oder Echinokokken diese Würmer produzieren Zysten und produzieren dann (invaginiert oder evaginiert) Protoskolex mit Knospung.

Vegetative Vermehrung Bearbeiten

Vegetative Vermehrung ist eine Art der asexuellen Vermehrung in Pflanzen, bei der neue Individuen ohne die Produktion von Samen oder Sporen und somit ohne Syngamie oder Meiose gebildet werden. [11] Beispiele für die vegetative Reproduktion sind die Bildung miniaturisierter Pflanzen, die Pflänzchen genannt werden, auf spezialisierten Blättern, zum Beispiel bei Kalanchoe (Bryophyllum daigremontianum) und viele produzieren neue Pflanzen aus Rhizomen oder Ausläufern (zum Beispiel bei Erdbeeren). Andere Pflanzen vermehren sich, indem sie Zwiebeln oder Knollen bilden (zum Beispiel Tulpenzwiebeln und Dahlie Knollen). Einige Pflanzen produzieren Adventivtriebe und können eine klonale Kolonie bilden. In diesen Beispielen sind alle Individuen Klone, und die Klonpopulation kann ein großes Gebiet abdecken. [12]

Sporenbildung Bearbeiten

Viele vielzellige Organismen bilden während ihres biologischen Lebenszyklus Sporen in einem Prozess namens Sporogenese. Ausnahmen sind Tiere und einige Protisten, die sich unterziehen Meiose unmittelbar gefolgt von der Befruchtung. Pflanzen und viele Algen hingegen erleiden sporische Meiose wo die Meiose eher zur Bildung haploider Sporen als zu Gameten führt. Diese Sporen wachsen ohne Befruchtung zu mehrzelligen Individuen (bei Pflanzen Gametophyten genannt). Diese haploiden Individuen führen durch Mitose zu Gameten. Meiose und Gametenbildung treten daher in getrennten Generationen oder "Phasen" des Lebenszyklus auf, die als Generationswechsel bezeichnet werden. Da die sexuelle Fortpflanzung oft enger als die Verschmelzung von Gameten (Befruchtung) definiert wird, kann die Sporenbildung bei Pflanzensporophyten und Algen als eine Form der asexuellen Fortpflanzung (Agamogenese) angesehen werden, obwohl sie das Ergebnis einer Meiose ist und eine Verringerung der Ploidie erfährt. Beide Ereignisse (Sporenbildung und Befruchtung) sind jedoch notwendig, um die sexuelle Fortpflanzung im Pflanzenlebenszyklus abzuschließen.

Pilze und einige Algen können auch echte asexuelle Sporenbildung nutzen, bei der die Mitose zu Fortpflanzungszellen führt, die als Mitosporen bezeichnet werden und sich nach der Verbreitung zu einem neuen Organismus entwickeln. Diese Vermehrungsmethode findet man beispielsweise bei Konidienpilzen und den Rotalgen Polysiphonie, und beinhaltet Sporogenese ohne Meiose. Somit ist die Chromosomenzahl der Sporenzelle die gleiche wie die des die Sporen produzierenden Elternteils. Die mitotische Sporogenese ist jedoch eine Ausnahme und die meisten Sporen, wie die von Pflanzen, die meisten Basidiomycota und viele Algen, werden durch Meiose produziert. [ Zitat benötigt ]

Fragmentierung Bearbeiten

Fragmentierung ist eine Form der ungeschlechtlichen Fortpflanzung, bei der ein neuer Organismus aus einem Fragment des Elternteils wächst. Jedes Fragment entwickelt sich zu einem reifen, ausgewachsenen Individuum. Fragmentierung wird in vielen Organismen beobachtet. Tiere, die sich ungeschlechtlich fortpflanzen, umfassen Planarien, viele Ringelwürmer, einschließlich Polychaeten [13] und einige Oligochaeten, [14] Turbellarien und Seesterne. Viele Pilze und Pflanzen vermehren sich ungeschlechtlich. Einige Pflanzen haben spezialisierte Strukturen für die Reproduktion durch Fragmentierung, wie z gemmae bei Leberblümchen. Die meisten Flechten, die eine Symbiose aus einem Pilz und photosynthetischen Algen oder Cyanobakterien darstellen, vermehren sich durch Fragmentierung, um sicherzustellen, dass neue Individuen beide Symbionten enthalten. Diese Fragmente können die Form haben Wundheilung, staubähnliche Partikel, die aus einem Pilzbindestrich bestehen, der um photobionte Zellen gewickelt ist.

Die klonale Fragmentierung in mehrzelligen oder kolonialen Organismen ist eine Form der asexuellen Reproduktion oder des Klonens, bei der ein Organismus in Fragmente gespalten wird. Jedes dieser Fragmente entwickelt sich zu reifen, ausgewachsenen Individuen, die Klone des ursprünglichen Organismus sind. Bei Stachelhäutern wird diese Fortpflanzungsmethode normalerweise als Spaltung. [15] Aufgrund vieler umweltbedingter und epigenetischer Unterschiede können Klone, die von demselben Vorfahren stammen, tatsächlich genetisch und epigenetisch unterschiedlich sein. [16]

Agamogenese Bearbeiten

Agamogenese ist jede Form der Fortpflanzung, bei der keine männlichen Gameten beteiligt sind. Beispiele sind Parthenogenese und Apomixis.

Parthenogenese Bearbeiten

Parthenogenese ist eine Form der Agamogenese, bei der sich eine unbefruchtete Eizelle zu einem neuen Individuum entwickelt. Es wurde in über 2.000 Arten dokumentiert. [17] Die Parthenogenese tritt in freier Wildbahn bei vielen Wirbellosen (z. B. Wasserflöhe, Rädertierchen, Blattläuse, Stabheuschrecken, einige Ameisen, Bienen und Schlupfwespen) und Wirbeltieren (meist Reptilien, Amphibien und Fische) auf. Es wurde auch bei Hausvögeln und bei genetisch veränderten Labormäusen nachgewiesen. [18] [19] Pflanzen können durch einen Prozess namens Apomixis auch an der Parthenogenese teilnehmen. Dieser Vorgang wird jedoch von vielen nicht als eigenständige Fortpflanzungsmethode angesehen, sondern als Zusammenbruch der Mechanismen der sexuellen Fortpflanzung. [20] Parthenogenetische Organismen können in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden: fakultative und obligate.

Fakultative Parthenogenese Bearbeiten

Bei der fakultativen Parthenogenese können sich Weibchen sowohl sexuell als auch ungeschlechtlich fortpflanzen. [17] Wegen der vielen Vorteile der sexuellen Fortpflanzung vermehren sich die meisten fakultativen Parthennoten nur dann ungeschlechtlich, wenn sie dazu gezwungen werden. Dies tritt typischerweise in Fällen auf, in denen es schwierig wird, einen Partner zu finden. Zum Beispiel vermehren sich weibliche Zebrahaie ungeschlechtlich, wenn sie in ihren Lebensräumen im Meer keinen Partner finden können. [21]

Früher glaubte man, dass die Parthenogenese bei Wirbeltieren selten vorkommt und nur bei sehr kleinen Tieren möglich ist. In den letzten Jahren wurde es jedoch bei vielen weiteren Arten entdeckt. Heute ist die größte Art, die sich parthenogen reproduzieren lässt, der Komodowaran mit einer Länge von 3 Metern und einem Gewicht von über 300 Pfund. [22] [23]

Heterogonie ist eine Form der fakultativen Parthenogenese, bei der Weibchen in regelmäßigen Abständen zwischen sexueller und asexueller Fortpflanzung wechseln (siehe Wechsel zwischen sexueller und asexueller Fortpflanzung). Blattläuse sind eine Gruppe von Organismen, die sich an dieser Art der Fortpflanzung beteiligen. Sie verwenden die asexuelle Fortpflanzung, um sich schnell zu vermehren und geflügelte Nachkommen zu erzeugen, die neue Pflanzen besiedeln und sich im Herbst sexuell vermehren können, um Eier für die nächste Saison zu legen. [24] Einige Blattlausarten sind jedoch obligate Parthenoten. [25]

Obligatorische Parthenogenese Bearbeiten

Bei obligater Parthenogenese vermehren sich die Weibchen nur ungeschlechtlich. [17] Ein Beispiel dafür ist die Wüstengrasland-Peitschenschwanz-Eidechse, eine Hybride aus zwei anderen Arten. Normalerweise sind Hybriden unfruchtbar, aber durch Parthenogenese konnte diese Art stabile Populationen entwickeln. [26]

Gynogenese ist eine Form der obligaten Parthenogenese, bei der eine Samenzelle verwendet wird, um die Fortpflanzung einzuleiten. Die Gene der Spermien werden jedoch nie in die Eizelle eingebaut. Das bekannteste Beispiel dafür ist die Amazon Molly. Da es sich um obligate Parthenoten handelt, gibt es in ihrer Art keine Männchen, so dass sie für Spermien auf Männchen einer eng verwandten Art (der Segelflossen-Molly) angewiesen sind. [27]

Apomixis und nukleare Embryonie Bearbeiten

Apomixis bei Pflanzen ist die Bildung eines neuen Sporophyten ohne Befruchtung. Es ist wichtig in Farnen und in Blütenpflanzen, ist aber in anderen Samenpflanzen sehr selten. Bei Blütenpflanzen wird der Begriff "Apomixis" heute am häufigsten für Agamospermie, die Bildung von Samen ohne Befruchtung, verwendet, früher aber auch für die vegetative Vermehrung. Ein Beispiel für eine apomiktische Pflanze wäre der triploide Europäische Löwenzahn. Apomixis tritt hauptsächlich in zwei Formen auf: Bei der gametophytischen Apomixis entsteht der Embryo aus einer unbefruchteten Eizelle innerhalb eines diploiden Embryosacks, der ohne Abschluss der Meiose gebildet wurde. Bei der nuklearen Embryonie wird der Embryo aus dem diploiden Nucellusgewebe gebildet, das den Embryosack umgibt. Nukleare Embryonen treten in einigen Zitrussamen auf. Männliche Apomixis können in seltenen Fällen auftreten, z. B. bei der Sahara-Zypresse Cupressus dupreziana, bei dem das genetische Material des Embryos vollständig aus Pollen gewonnen wird.

Einige Arten können zwischen sexuellen und asexuellen Strategien wechseln, eine Fähigkeit, die als . bekannt ist Heterogamie, abhängig von vielen Bedingungen. Wechsel wird bei mehreren Rädertierchenarten (zyklische Parthenogenese z. B. bei Brachionus-Arten) und einigen Insektenarten beobachtet.

Ein Beispiel dafür sind Blattläuse, die sich heterogonisieren können. In diesem System werden Weibchen schwanger geboren und zeugen nur weibliche Nachkommen. Dieser Zyklus ermöglicht es ihnen, sich sehr schnell zu vermehren. Die meisten Arten vermehren sich jedoch einmal im Jahr sexuell. Dieser Wechsel wird durch Umweltveränderungen im Herbst ausgelöst und führt dazu, dass Weibchen Eier anstelle von Embryonen entwickeln. Dieser dynamische Fortpflanzungszyklus ermöglicht es ihnen, spezialisierte Nachkommen mit Polyphenismus zu produzieren, einer Art von Polymorphismus, bei der sich verschiedene Phänotypen entwickelt haben, um bestimmte Aufgaben auszuführen. [28]

Die Kapbiene Apis mellifera Untersp. capensis kann sich durch einen Prozess namens Thelytoky ungeschlechtlich vermehren. Das Süßwasserkrebstier Daphnien reproduziert sich durch Parthenogenese im Frühjahr, um Teiche schnell zu bevölkern, wechselt dann zur sexuellen Fortpflanzung, wenn die Intensität des Wettbewerbs und der Prädation zunimmt. Monogone Rädertierchen der Gattung Brachionus reproduzieren sich durch zyklische Parthenogenese: Bei geringer Populationsdichte produzieren Weibchen ungeschlechtlich und bei höheren Populationsdichten akkumuliert ein chemischer Hinweis und induziert den Übergang zur sexuellen Fortpflanzung. Viele Protisten und Pilze wechseln zwischen sexueller und asexueller Fortpflanzung. Einige Arten von Amphibien, Reptilien und Vögeln haben eine ähnliche Fähigkeit. [welcher?] [ welcher? ]

Der Schleimpilz Dictyostelium als einzellige Amöbe unter günstigen Bedingungen eine Doppelspaltung (Mitose) erfährt. Wenn die Bedingungen jedoch ungünstig werden, aggregieren die Zellen und folgen je nach Bedingungen einem von zwei verschiedenen Entwicklungswegen. Auf dem sozialen Weg bilden sie eine vielzellige Nacktschnecke, die dann mit ungeschlechtlich erzeugten Sporen einen Fruchtkörper bildet. Auf dem sexuellen Weg verschmelzen zwei Zellen zu einer riesigen Zelle, die sich zu einer großen Zyste entwickelt. Wenn diese Makrozyste keimt, setzt sie Hunderte von Amöbenzellen frei, die das Produkt der meiotischen Rekombination zwischen den beiden ursprünglichen Zellen sind. [29]

Die Hyphen des gewöhnlichen Schimmels (Rhizopus) können sowohl mitotische als auch meiotische Sporen produzieren. Auch viele Algen wechseln zwischen sexueller und asexueller Fortpflanzung. [30] Eine Reihe von Pflanzen verwenden sowohl sexuelle als auch asexuelle Mittel, um neue Pflanzen zu produzieren, einige Arten ändern ihre primären Fortpflanzungsweisen unter unterschiedlichen Umweltbedingungen von sexuell zu asexuell. [31]

Im Rädertierchen Brachionus calyciflorus asexuelle Fortpflanzung (obligate Parthenogenese) kann durch ein rezessives Allel vererbt werden, was bei homozygoten Nachkommen zum Verlust der sexuellen Fortpflanzung führt. [32] [33]
Die Vererbung der asexuellen Fortpflanzung durch einen einzelnen rezessiven Locus wurde auch bei der parasitoiden Wespe gefunden Lysiphlebus fabarum. [34]

Asexuelle Fortpflanzung findet sich in fast der Hälfte der Tierstämme. [35] Die Parthenogenese tritt beim Hammerhai [36] und beim Schwarzspitzenhai auf. [37] In beiden Fällen hatten die Haie in Gefangenschaft in Abwesenheit von Männchen die Geschlechtsreife erreicht, und in beiden Fällen waren die Nachkommen genetisch identisch mit den Müttern. Der New Mexico Whiptail ist ein weiteres Beispiel.

Einige Reptilien verwenden das ZW-Geschlechtsbestimmungssystem, das entweder Männchen (mit ZZ-Geschlechtschromosomen) oder Weibchen (mit ZW- oder WW-Geschlechtschromosomen) produziert. Bis 2010 dachte man, dass das von Reptilien verwendete ZW-Chromosomensystem nicht in der Lage sei, lebensfähige WW-Nachkommen zu produzieren, aber es wurde entdeckt, dass eine (ZW) weibliche Boa constrictor lebensfähige weibliche Nachkommen mit WW-Chromosomen hervorgebracht hat. [38] Die weibliche Boa hätte eine beliebige Anzahl männlicher Partner wählen können (und war in der Vergangenheit erfolgreich), aber bei diesen Gelegenheiten reproduzierte sie sich asexuell und erzeugte 22 weibliche Babys mit WW-Geschlechtschromosomen.

Polyembryonie ist eine weit verbreitete Form der ungeschlechtlichen Fortpflanzung bei Tieren, bei der sich die befruchtete Eizelle oder ein späteres Stadium der Embryonalentwicklung zu genetisch identischen Klonen aufspaltet. Bei Tieren wurde dieses Phänomen am besten in der parasitären Hymenoptera untersucht. Bei den 9-Band-Gürteltieren ist dieser Vorgang obligatorisch und führt in der Regel zu genetisch identischen Vierlingen. Bei anderen Säugetieren haben eineiige Zwillinge keine offensichtliche genetische Grundlage, obwohl sie häufig vorkommen. Es gibt heute mindestens 10 Millionen eineiige menschliche Zwillinge und Drillinge auf der Welt.

Bdelloidea Rädertierchen vermehren sich ausschließlich asexuell, und alle Individuen der Klasse Bdelloidea sind Weibchen. Die Asexualität hat sich bei diesen Tieren vor Millionen von Jahren entwickelt und ist seitdem geblieben. Es gibt Hinweise darauf, dass die asexuelle Fortpflanzung es den Tieren ermöglicht hat, durch den Meselson-Effekt neue Proteine ​​​​zu entwickeln, die es ihnen ermöglicht haben, in Phasen der Dehydration besser zu überleben. [39] Bdelloide Rädertierchen sind aufgrund der gleichen DNA-erhaltenden Anpassungen, die zum Überleben der Ruhephase verwendet werden, außerordentlich resistent gegen Schäden durch ionisierende Strahlung. [40] Diese Anpassungen beinhalten einen äußerst effizienten Mechanismus zur Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen. [41] Dieser Reparaturmechanismus wurde an zwei Bdelloidea-Spezies untersucht, Adineta vaga, [41] und Philodina roseola. [42] und scheint eine mitotische Rekombination zwischen homologen DNA-Regionen innerhalb jeder Spezies zu beinhalten.

Molekulare Beweise deuten stark darauf hin, dass mehrere Arten der Gattung der Stabheuschrecken Zeitma verwenden seit Millionen von Jahren nur die asexuelle (parthenogenetische) Fortpflanzung, die längste Zeit, die für jedes Insekt bekannt ist. [43]

In der Gattung der Grasthripse Aptinothrips es gab mehrere Übergänge zur Asexualität, wahrscheinlich aufgrund unterschiedlicher Ursachen. [44]

Ein völliges Fehlen der sexuellen Fortpflanzung ist bei vielzelligen Organismen, insbesondere bei Tieren, relativ selten. It is not entirely understood why the ability to reproduce sexually is so common among them. Current hypotheses [45] suggest that asexual reproduction may have short term benefits when rapid population growth is important or in stable environments, while sexual reproduction offers a net advantage by allowing more rapid generation of genetic diversity, allowing adaptation to changing environments. Developmental constraints [46] may underlie why few animals have relinquished sexual reproduction completely in their life-cycles. Almost all asexual modes of reproduction maintain meiosis either in a modified form or as an alternative pathway. [47] Facultatively apomictic plants increase frequencies of sexuality relative to apomixis after abiotic stress. [47] Another constraint on switching from sexual to asexual reproduction would be the concomitant loss of meiosis and the protective recombinational repair of DNA damage afforded as one function of meiosis. [48] ​​[49]


Asexual reproduction

Algen

…female gametes (sex cells), by asexual reproduction, or by both ways.

Animals

Asexual reproduction (d.h., reproduction not involving the union of gametes), however, occurs only in the invertebrates, in which it is common, occurring in animals as highly evolved as the sea squirts, which are closely related to the vertebrates. Temporary gonads are common among lower animals…

Apicomplexans

Asexual reproduction is by binary or multiple fission (schizogony).

Echinoderms

Asexual reproduction in echinoderms usually involves the division of the body into two or more parts (fragmentation) and the regeneration of missing body parts. Fragmentation is a common method of reproduction used by some species of asteroids, ophiuroids, and holothurians, and in some…

Fungi

Typically in asexual reproduction, a single individual gives rise to a genetic duplicate of the progenitor without a genetic contribution from another individual. Perhaps the simplest method of reproduction of fungi is by fragmentation of the thallus, the body of a fungus. Some…

Growth and development

…in plants that reproduce by vegetative division, the breaking off of a part that can grow into another complete plant. The possibilities for debate that arise in these special cases, however, do not in any way invalidate the general usefulness of the distinctions as conventionally made in biology.

Major references

In asexual reproduction the new individual is derived from a blastema, a group of cells from the parent body, sometimes, as in Hydra and other coelenterates, in the form of a “bud” on the body surface. In sponges and bryozoans, the cell groups from which new…

Multicellular organisms also reproduce asexually and sexually asexual, or vegetative, reproduction can take a great variety of forms. Many multicellular lower plants give off asexual spores, either aerial or motile and aquatic (zoospores), which may be uninucleate or multinucleate. In some cases the reproductive body is multicellular, as in…

…higher plants also reproduce by nonsexual means. Bulbs bud off new bulbs from the side. Certain jellyfish, sea anemones, marine worms, and other lowly creatures bud off parts of the body during one season or another, each thereby giving rise to populations of new, though identical, individuals. At the microscopic…

Plants

Both homosporous and heterosporous life histories may exhibit various types of asexual reproduction (vegetative reproduction, somatic reproduction). Asexual reproduction is any reproductive process that does not involve meiosis or the union of nuclei, sex cells, or sex organs. Depending on the type of…

Asexual reproduction involves no union of cells or nuclei of cells and, therefore, no mingling of genetic traits, since the nucleus contains the genetic material (chromosomes) of the cell. Only those systems of asexual reproduction that are not really modifications of sexual reproduction are considered…

Population ecology

In sexual populations, genes are recombined in each generation, and new genotypes may result. Offspring in most sexual species inherit half their genes from their mother and half from their father, and their genetic makeup is therefore different from either parent or any other…

Protozoans

Asexual reproduction is the most common means of replication by protozoans. The ability to undergo a sexual phase is confined to the ciliates, the apicomplexans, and restricted taxa among the flagellated and amoeboid organisms. Moreover, sexual reproduction does not always result in an immediate increase…

Spores

Spores are agents of asexual reproduction, whereas gametes are agents of sexual reproduction. Spores are produced by bacteria, fungi, algae, and plants.


Life Cycle of Rhizome

The annual cycle of a rhizome is similar to that of a corm. In late spring/early summer, food from the leaves passes back to the rhizome, and a lateral bud uses it, grows horizontally underground, and so continues the rhizome. Other lateral buds produce new rhizomes which branch from the parent stem. The terminal buds of these branches curve upwards and produce new leafy shoots and flowers. Contractile, adventitious roots grow from the nodes of the underground stem and keep it at a constant depth.


Understand the sexual and asexual reproduction from the bramble and the daffodil plant

NARRATOR: Sexual activity in the plant world normally goes unnoticed by humans. But we don't have to look far to realize that all kinds of plants are constantly increasing their numbers.

Most flowering plants grow from seeds, but why do plants produce so many seeds?

The rigors of the terrestrial environment mean that many plants will not be able to reproduce [music out]. By making a large number of seeds, plants increase the chances that some of them will survive and reproduce again.

Not all plants need to reproduce sexually. The bramble plant produces roots at the end of this long stem from here a new plant will grow. In spite of this method, however, sexual reproduction is still a major factor in the reproductive cycle of the bramble plant.

In order for sexual reproduction to take place, male and female gametes must fuse to produce the first cell of the new embryonic plant.

What is the value of sexual reproduction to plants?

Sexual reproduction ensures diversity, new genes, and a new blueprint. If the bees like it, this color could become dominant in the future, and if they don't, then this plant will become another casualty of natural selection.

In either case, the outcome will work to the advantage of the species as a whole.

The manner in which sexual reproduction is achieved varies from plant to plant, but the sexual reproductive cycle for all plants involves two stages, or generations. Botanists call this phenomenon the alternation of generations.

Consider the moss Mnium hornum. The leafy plant is the gametophyte generation and produces sperm and eggs. The antheridia produce motile sperms. In wet conditions, mature antheridia swell and burst, releasing sperm onto the surface of the leaves. Attracted by the sucrose secretion at the neck of the female sex organs, sperm swim into the neck of the archegonia, where fertilization takes place. The zygote cell will grow into the sporophyte generation. Inside the capsule, diploid spore mother cells divide by meiosis to produce haploid spores. Under the right conditions, the spores will be released and will germinate into the embryonic gametophyte plant called the protonema.

Mosses provide a clear illustration of how the alternation of generations works. The ferns show the same pattern but with a different dominant generation. Here, the spore-producing sporophyte is what we mainly associate with ferns, while the gamete-making gametophyte is a tiny unnoticed plant near the ground.

In flowering plants, like these daffodils, the alternation of generations is far less obvious because the gametophyte generation is even further reduced, while the sexual apparatus is far more sophisticated.

The sexual organs of this daffodil plant are concentrated in the flower.

Colored petals function to attract insects, important agents for pollination. The trumpet structure in the middle is called the corolla and consists of fused petals. What kind of an advantage might the corolla be to a plant?

Inside the corolla, we can see the sexual structures of the plant. The female sex organ consists of the stigma, which is elevated on the style and terminates at the ovary, where the female egg cells are contained within ovules. The female egg cells contained within the ovules constitute the female gametophyte generation.

Arranged around the stigma are the male sex organs or stamens. Each stamen consists of an anther and a filament. The anthers contain microspore mother cells that eventually produce the gametophyte generation, also known as pollen grains.

When the flower is mature, the corolla opens to reveal the pistil and stamen inside. At the same time, the top of the stamen is releasing millions of pollen grains.

The daffodil is called an entomophilous flower because insects transfer the pollen from one flower to another. But why do insects do this?

Flowers have evolved to produce the colors, scent, and food sources that will be most attractive to insects. In their quest for food, insects brush against anthers and stigmas, effectively cross-pollinating the flowers. Insects are blissfully unaware of their vital role in the life cycles of the plants they pollinate.

Some flowers, such as these foxgloves, have evolved in parallel with their insect pollinators. The size and shape of the flowers ideally suits the bumblebee. The markings and hairs on the lower petals serve as a landing strip to guide the pollinators straight to the nectaries.

Insects are not the only agents of pollination used by plants. For plants that rely on the wind to carry their pollen, there is no need for insect attractors such as conspicuous flowers, petals, sepals, nectaries, or other temptations. The tiny flowers suspend their anthers and stigmas into the wind to promote cross-pollination.

The pollen grains of anemophilous species are smaller and lighter than those of insect-pollinated flowers. They are also produced in extremely large numbers. How might this help the plant achieve pollination?

However it is achieved, pollination is an all-important process for most terrestrial plants since it ensures that fertilization will take place and that there will be a new generation of plants.

But how do plants ensure that the right pollen gets to the right stigma at the right time?

The dandelion uses a special mechanism to ensure that the correct pollen is transferred to its stigma. The flower head is actually made up of many individual flowers, called florets. The florets are cross-pollinated by insects but can also self-pollinate.

When the florets were growing, the closed stigma of the dandelion flower grew through the middle of the anthers so that pollen was transferred onto the style as it elongated. After a period of time, if cross-pollination has not taken place, the stigma curls back on itself to pick up its own pollen from the style below.

The passionflower has evolved a most interesting method for ensuring cross-pollination. When the flower opens, the anthers flip over. Foraging bees brush against the anthers taking pollen away on their backs. Sometime afterwards, the stigmas descend. Bees who are already carrying pollen from other flowers then transfer pollen to the stigmas as they continue their search for the nectar.

Despite some elaborate mechanisms to prevent it, self-pollination is sometimes unavoidable. But self-pollination doesn't have to mean self-fertilization. Plants can chemically recognize their own pollen and inhibit its further development in favor of pollen from another source.

Flowers such as this tiger lily in which both male and female sex organs are located are called perfect flowers. Where the plant produces separate male and female flowers, the flowers are said to be imperfect.

Here, the male flower is the catkin and is called the staminate flower. The small red flower is the female, or pistillate, flower.

How do completely separate male and female flowers ensure that they are in sync?

Many plants have ensured that cross-pollination takes place by deliberately keeping male and female flowers on the same plant out of sync. In this corn plant, the pollen is ripe long before the stigmas are receptive therefore, the only way the ovules can be fertilized is by the pollen from another corn plant.

Once the pollen season starts, there's no escaping it. Pollen seems to get everywhere. But what happens when it finally reaches the tip of a receptive stigma?

Each tiny pollen grain contains two nuclei. One nucleus is called the generative nucleus and will divide to produce two male sperm nuclei. The other nucleus is called the tube nucleus.

The receptive stigma chemically switches on the pollen grain which begins to generate a long tube with its own nucleus. It is important that this happens because the male gametes have to reach to ovules, which may be a considerable distance from the tip of the stigma.

The pollen tube grows down into the tissues of the stigma and down the length of the style. The tube eventually penetrates the ovule by passing through a small hole called the micropyle.

At the micropyle end of the ovule there is an egg cell nucleus flanked by two other nuclei. At the other end of the ovule are three nuclei left over from the previous meiotic divisions. In the center there is a diploid nucleus formed by the fusion of two polar nuclei.

The pollen tube releases one male gamete nucleus which fuses with the female egg cell nucleus. This is the moment of fertilization and produces a diploid zygote. This is the first cell of the new sporophyte, and it will divide repeatedly to produce the embryo.

The other male gamete nucleus fuses with the diploid polar nucleus to produce a unique triploid nucleus. From this new triploid nucleus a tissue called the endosperm develops.

It is in the endosperm tissue of wheat, barley, corn, oats, and rice that most of the seed's food reserves are stored. Thus, it is easy to see that endosperm is the single most important food source for mankind.

Not all plants produce a separate food store like endosperm for their embryos. It is a feature of most monocotyledons.

In dicotyledons, however, such as this young kidney bean plant, no such endosperm food store exists. The first two leaves of the embryo become swollen with food from the mother plant before the beans split the pod. This food store supports the young plant until it can make its own food through photosynthesis.

The seed is a powerhouse of potential.

Within a tough seed coat there is an embryonic plant with its own special food store.

When a seed is ready to germinate, it takes in water, and metabolic activity begins. Food stores, which mostly consist of starch, are mobilized by enzymes produced by the embryo.

Within this dicotyledonous seed, the young root, known as the radical, can be seen clearly. The young shoot is known as the plumule and emerges after the root.

On some monocotyledons, the plumule is protected by a coleoptile. This protective cap is clearly visible on young corn plants since it is left behind once the shoot reaches the surface.

After winter has thawed, the first flowers of early spring appear.

But these plants have not grown from seeds they have reproduced from bulbs. Bulbs enable plants to reproduce asexually, that is, without producing gametes. It usually results in the production of identical offspring, although there are random mutations.

Bulbs are known as perennating organs. They allow plants to survive in adverse conditions and then to grow quickly when the time is right.

The swollen rhizomes of irises have a similar function, but asexual reproduction does not rely solely on perennating organs.

This liverwort can reproduce asexually via gemmae. Gemmae are small disks of green tissue that grow inside special cups. When mature they break off from the parent plant, often due to the action of raindrops. They scatter away from the parent plant and will eventually grow into new gametophyte plants.

Plants like this Bryophyllum can also reproduce asexually. Miniature plantlets develop at the edges of its leaves. In time, these will drop off and develop into independent plants.

Mature strawberry plants are able to establish new plantlets on the end of long runners.

Gardeners are able to cultivate plants asexually via cuttings. This is possible because stem cells like these are able to trigger the formation of root cells and will start to grow roots.

The ability of many plants to reproduce asexually helps commercial growers because it's quicker and more reliable than growing plants from seeds. It also ensures growers that quality is consistent.

Asexual reproduction is all about exploiting a good niche. In such circumstances the value of sexual reproduction [music in] with its resultant diversity may actually weaken the dominance of an established group. But in a changing environment, diversity means survival.


General overview of metabolic cycles

Metabolism denotes the sum of the chemical reactions in the cell that provide the energy and synthesized materials required for growth, reproduction, and maintenance of structure and function. In plants the ultimate source of all organic chemicals and the energy stored in their chemical bonds is the conversion of CO2 into organic compounds (CO2 fixation) by either photosynthesis or chemosynthesis. The general and specific features of plant metabolism ultimately derive from oxygenic photosynthesis, which underlies the autotrophic nutrition of plants.


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