Ход урока.
1.Организационный момент: выявление отсутствующих учеников, проверка готовности учащихся к уроку.
2. Проверка домашнего задания. Биологический словарь:
Ø Гаметогенез – процесс образования и развития гамет
Ø Семенники – мужские половые железы.
Ø Яичники – женские половые железы.
Ø Гермафродиты – организм образует мужские и женские половые клетки.
Ø Сперматозоид – мужская половая клетка.
Ø Яйцеклетка – женская половая клетка.
Ø Гаметы – половые клетки
Ø Конъюгация – половой процесс, при котором не происходит увеличения числа особей, а происходит обмен генетическим материалом или слияние содержимого двух клеток.
Ø Оплодотворение- слияние половых гамет.
Ø Гаметогамия (копуляция) - слияние мужской и женской половых клеток с образованием зиготы.
3. Изучение новой темы.
Ряд процессов, обусловливающих встречу женских и мужских гамет, называется осеменением. Различают осеменение наружное и внутреннее.
Наружное осеменение встречается у многих животных, обитающих в воде. В этом случае яйца и сперматозоиды выделяются в окружающую среду, где происходит их слияние.
Внутреннее осеменение характерно для обитателей суши, где отсутствуют условия для сохранения и встречи гамет во внешней среде. При этой форме осеменения сперматозоиды во время полового акта вводятся в половые пути самки.
У млекопитающих и человека сперматозоиды в женских половых путях передвигаются преимущественно благодаря мышечным сокращениям матки и яйцеводов. Встреча гамет происходит в верхних отделах яйцеводов.
Искусственное осеменение. Изучение биологии гамет и естественных процессов, сопутствующих осеменению, позволило внедрить в практикурыборазведения и животноводчества метод искусственного осеменения. Приоритет в этом принадлежит отечественной науке.
В середине прошлого века В. П. Врасский (1829-1862) разработал «сухой», или «русский», метод искусственного осеменения рыб, распространенный сейчас во всех странах мира. Он применяется повсеместно при искусственном рыборазведении. Заключается этот способ в том, что икру из рыбы выпускают на прутики, положенные в плоскую посуду, затем икру поливают семенной жидкостью (молоками), промывают и погружают в воду.
Техника осеменения сельскохозяйственных животных была разработана еще в конце XIX века И. И. Ивановым (1870-1932). Принцип искусственного осеменения базируется на том, что от ценного производителя можно получить сперму для одновременного осеменения большого числа самок. Оказалось, что даже при значительном уменьшении количества сперматозоидов (но их должно быть не менее нескольких миллионов) можно добиться оплодотворения. Разработаны специальная аппаратура и способы искусственного получения спермы у самца и введения ее в половые пути самки. Для лучшей выжинаемости сперматозоидов разработаны также рецепты специальных разбавителей и методы сохранения сперматозоидов в анабиотическом состоянии.
Искусственное осеменение расширяет' возможности более рентабельного использования высококачественных производителей и обеспечивает быстрое улучшение продуктивности сельскохозяйственных животных.
Осеменение, естественное и искусственное, предшествует следующему процессу - оплодотворению.
Оплодотворением, называется соединение двух гамет, в результате чего образуется оплодотворенное яйцо, или зигота (от греч. zygote-соединенная в пару), - начальная стадия развития нового организма.
В процессе оплодотворения можно выделить две фазы: внешнюю, которая приводит к встрече мужской и женской гамет и заканчивается проникновением сперматозоида в яйцеклетку, и внутреннюю, связанную с изменениями, происходящими в яйце после проникновения сперматозоида,
Внешняя фаза. Феномен встречи яйца со сперматозоидом и последующее соединение их наиболее подробно изучены у животных с наружным осеменением.
Установлено, что яйцеклетки растений и животных выделяют в окружающую среду определенные химические вещества, активизирующие сперматозоиды. Сперматозоиды к веществам женских гамет обнаруживают положительный хемотаксис. Кроме того, вещества, продуцируемые яйцевыми клетками, вызывают агглютинацию сперматозоидов, что способствует удержанию их вблизи женских половых клеток.
Процесс оплодотворения начинается с того, что к яйцеклетке устремляется множество сперматозоидов, покрывающих его поверхность. Одновременно из головки сперматозоида выделяется тонкая упругая нить, которой он укрепляется на поверхности яйцеклетки. Женские половые клетки большинства животных окружены разнообразными образованиями, сквозь которые должны пройти сперматозоиды. Яйца иглокожих, амфибий и некоторых других животных заключены в студенистую оболочку. У млекопитающих и человека фолликулярные клетки образуют венец вокруг яйца. В головке сперматозоида находятся ферменты- гиалуронидаза и муциназа, благодаря которым сперматозоиды продвигаются к поверхности яйца, разрушая фолликулярные клетки. Проникновение сперматозоида в яйце осуществляется либо через крошечное отверстие в его оболочке - микропиле, либо навстречу сперматозоиду поверхность яйца образует небольшое выпячивание - воспринимающий бугорок, который втягивает сперматозоид внутрь яйца. По-видимому, сперматозоид проходит сквозь оболочку яйца с помощью растворяющих ее ферментов.
Изучение физиологии оплодотворения позволяет понять роль большого числа сперматозоидов, участвующих в оплодотворении. Установлено, что если при искусственном осеменении кроликов в семенной жидкости содержится менее 1000 сперматозоидов, оплодотворения не наступает. Точно так же не наступает оплодотворения и при введений очень большого числа сперматозоидов (более 100 млн.). Это объясняется в первом случае недостаточным, а во втором-избыточным количеством ферментов.
Прежде существовало мнение, что в яйцо проникает не весь сперматозоид, а только головка и шейка. Однако новейшие наблюдения, сделанные с помощью электронного микроскопа и инфракрасной фотографии, убеждают, что, по-видимому, чаще, а может быть и всегда, в цитоплазму яйца сперматозоид входит целиком.
Внутренняя фаза. Проникновение сперматозоида п яйцеклетку влечет за собой резкое изменение обмена веществ. Это связано с внесением в яйцевую клетку новых для нее нуклеиновых кислот, белков и ферментов.
Показателями изменения обмена веществ в яйце является ряд морфологических и физиологических особенностей. Меняются проницаемость и коллоидные свойства его протоплазмы. Вязкость повышается в 6-8 раз. В наружном слое яйца изменяются эластичность и оптические свойства. На поверхности отслаивается оболочка оплодотворения; между ней и поверхностью яйца образуется свободное наполненное жидкостью пространство. Под ним образуется оболочка, которая обеспечивает скрепление клеток, возникающих в результате дробления яйца.
Неоплодотворенное яйцо млекопитающих и человека покрыто фолликулярными клетками, образующими лучистый венец. Роль его - защита неоплодотворенной яйцеклетки от кислорода, губительного для нее. Наоборот, оплодотворенная яйцеклетка нуждается в кислороде. После проникновения сперматозоида в яйцо дыхание его становится очень интенсивным. Поэтому лизис (растворение) лучистого венца необходим для развития; осуществляется он ферментами, выделяемыми эпителием яйцеводов.
У иглокожих в первую же минуту после оплодотворения интенсивность поглощения кислорода увеличивается в 80 раз.
Установлено, что вслед за оплодотворением в яйце изменяются белковый, углеводный и липоидный обмен.
Показателем изменения обмена веществ является и то, что у ряда видов животных созревание яйца заканчивается только после проникновения в него сперматозоида. У круглых червей и моллюсков лишь в оплодотворенных яйцах выделяется второе редукционное тельце.
У человека сперматозоиды проникают в яйцеклетки, находящиеся еще в периоде созревания. Первое редукционное тельце выделяется через 10 часов, а второе-только через сутки после проникновения сперматозоида.
Кульминационным моментом в процессе оплодотворения является слияние ядер.
Ядро сперматозоида (мужской пронуклеус) в цитоплазме яйца набухает и достигает величины ядра яйцеклетки (женского пронуклеуса). Одновременно мужской пронуклеус поворачивается на 180° и центросомой вперед движется в сторону женского пронуклеуса; последний также перемещается ему навстречу; после встречи ядра сливаются.
В результате с и н к а р и о г а м и и, т. е. слияния двух ядер с гаплоидным набором, восстанавливается диплоидный набор хромосом.
После образования синкариона яйцо приступает к дроблению.
Моноспермия и полиспермия, В яйцеклетку проникает, как правило, один сперматозоид (моноспермия). Но у насекомых, рыб, птиц и некоторых других животных в цитоплазму яйцеклетки может проникнуть несколько сперматозоидов. Это явление получило название полиспермии. Роль полиспермии не совсем ясна, но твердо установлено, что ядро лишь одного из сперматозоидов (мужской пронуклеус) слипается с женским пронуклеусом.
Следовательно, в передаче наследственной информации принимает участие только этот сперматозоид. Ядра других сперматозоидов подвергаются разрушению.
Партеногенез и андрогенез
Особую форму полового размножения представляют собой партеногенез (от греч. parthenos - девственница и genos - рождение), т. е. развитие организма из неоплодотворенных яйцевых клеток. Эта форма размножения была обнаружена в середине XVIII века швейцарским натуралистом Бонне (1720-1793). В настоящее время известен не только естественный, но и искусственный партеногенез.
Естественный партеногенез существует у ряда растений, червей, насекомых, ракообразных.
При облигатном (от лат. obligatio - обязательство), т. е. обязательном, партеногенезе яйца развиваются без оплодотворения. Этот вид партеногенеза известен у тлей, дафний, коловраток и даже у позновочных (рыб, ящериц). Исторически он развивался у тех видов животных, которые погибали в большом количестве (тли, дафнии) либо была затруднена встреча особей различного пола (скальные ящерицы). Вид кавказской скальной ящерицы сохранился лишь благодаря появлению партеногенеза, так как встреча двух особей, обитающих на скалах, отделенных глубокими ущельями, затруднена. В настоящее время все особи этого вида представлены лишь самками, размножающимися партеногенетически.
Искусственный партеногенез был обнаружен в 1886 г. А. А. Тихомировым (1850-1931). Он добился развития неоплодотворенных яиц тутового шелкопряда, раздражая их тонкой кисточкой или обрабатывая в течение нескольких секунд концентрированной серной кислотой. Искусственный партеногенез получил широкое распространение в практике шелководства.
Тот факт, что яйцо приступает к дроблению только после оплодотворения, получил объяснение благодаря опытам с искусственным партеногенезом, Они показали, что для развития яйца необходима активация. Она является следствием тех сдвигов в обмене веществ, которые сопутствуют оплодотворению. В естественных условиях эти сдвиги происходят после проникновения сперматозоида в яйцеклетку, но в эксперименте могут быть вызваны разнообразными воздействиями: химическими, механическими, электрическими, термическими и др. Все они, так же как и проникновение сперматозоида, влекут за собой обратимые повреждения протоплазмы яйца, что изменяет метаболизм и оказывает активирующее воздействие.
Оказалось, что сравнительно легко поддаются активации яйца млекопитающих. Извлеченные из тела неоплодотворенные яйца кролика были активированы пониженной температурой. После пересадки в матку другой крольчихи они развились в нормальных крольчат. Предпринимались опыты по активированию неплодотворенного яйца человека и получены ранние стадии развития зародыша.
Двойное оплодотворение у растений
Итак, мы знаем, что для образования плодов и семян, а следовательно, для выполнения цветком своей генеративной функции необходимо, чтобы пыльца попала с пыльников тычинок на рыльце пестика цветка, то есть произошло опыление. У растений есть огромное количество приспособлений не только к распространению пыльцы, но и к удержанию пыльцевых зерен на рыльце пестика.
- Подумайте, какие могут быть приспособления у пыльцевых зерен для удержания их на рыльце пестика? Оболочка пыльцевого зерна может иметь особые выросты, крючочки, способствующие удержанию пыльцы на рыльце пестика. А какие приспособления могут быть у пестиков для удержания на них пыльцы? Рыльца пестиков часто выделяют особую липкую жидкость, способствующую удержанию на нем пыльцы. (В процессе рассказа я демонстрирю детям таблицы, модели пестика и тычинки, разборную модель цветка и т. д). Можно зарисовать на доске строение отдельной пылинки и рыльца, либо показать готовый микропрепарат «Пыльца на рыльце».
Пыльцевое зерно, оказавшись на рыльце пестика, сначала набухает, а потом прорастает сквозь рыльце и столбик пестика, превращаясь в длинную тонкую пыльцевую трубку. Постепенно пыльцевая трубка врастает в полость, расположенную внутри завязи пестика. (рис. 83 с. 70; таблица «Оплодотворение у цветковых растений»).
В завязи пестика расположены семязачатки. От их количества зависит, сколько семян образуется впоследствии. К моменту созревания внутри каждого семязачатка формируется зародышевый мешок. Внутрь зародышевого мешка ведет узкий канал — пыльцевход (микропиле). В зародышевом мешке напротив пыльцевхода расположена яйцеклетка — женская половая клетка, или гамета. В центре зародышевого мешка находится крупная центральная клетка.
По мере роста пыльцевой трубки по ней из пыльцевого зерна перемещаются две клетки с крупными ядрами. Это мужские гаметы, или спермии. Спермии образуются в результате деления клетки пыльцевого зерна. После того как пыльцевая трубка через пыльцевход проникает внутрь зародышевого мешка, один из спермиев сливается с яйцеклеткой, происходит оплодотворение, в результате которого образуется зигота.
Второй спермий сливается с центральной клеткой. Таким образом, у цветковых растений оплодотворение происходит дважды. Такой тип оплодотворения называют двойным. Двойное оплодотворение было открыто в 1898 г. русским ботаником С. Г. Навашиным. Зигота, образовавшаяся при слиянии гамет, многократно делится, в результате чего из нее развивается многоклеточный зародыш растения. Из центральной клетки, слившейся со вторым спермием, в результате многократного деления образуется особая ткань — эндосперм.
- Как вы думаете, каково значение эндосперма? (Ответ: в клетках эндосперма происходит накопление питательных веществ, необходимых для развития зародыша).
После оплодотворения тычинки, венчик, а иногда и чашечка цветка засыхают и опадают.
Покровы семязачатки разрастаются и превращаются в семенную кожуру. В результате из семязачатка развивается семя, состоящее из зародыша, запасающей ткани эндосперма и семенной кожуры.
Стенки завязи разрастаются, набухают и из них формируется околоплодник — стенка плода, защищающая его от неблагоприятных воздействий. Иногда в формировании плода могут принимать участие и другие части цветка.
Выводы по уроку.
Таким образом:
Оплодотворение – это процесс слияния двух половых клеток – гамет.
Пыльцевые зерна для удержания их на рыльце пестика, а также сам пестик имеют специальные приспособления.
Двойное оплодотворение – процесс оплодотворения, при котором происходит слияние одного спермия с яйцеклеткой, а второго с центральной клеткой.
Результатом оплодотворения является образование зиготы, которая многократно делится, в результате чего из нее развивается многоклеточный зародыш растения.
Для образования плодов и семян необходим ряд условий.
Закрепление изученного материала.
«Перестрелка»: учащиеся задают друг другу вопросы по пройденной теме.