چرخه‌ی زندگی گیاه: تناوب نسل‌ها

تناوب نسل، چرخه زندگی گیاه را توصیف می‌کند زیرا بین یک مرحله جنسی یا یک تولید و یک مرحله غیرجنسی تناوب دارد. تولیدمثل در گیاهان، گامت یا سلول‌های جنسی تولید می‌کند و به آن تولید گامتوفیت گفته می‌شود. فاز غیرجنسی، هاگ (اسپور) تولید می‌کند و به آن تولید اسپوروفیت (هاگ‌رُست) می‌گویند. هر تولیدی که از دیگری توسعه پیدا می‌کند، ادامه‌دهنده‌ی فرایند دوره‌ای توسعه است. تناوب نسل‌ها در موجودات زنده‌ی دیگر نیز دیده می‌شود. قارچ‌ها و آغازیان، از جمله جلبک‌ها، این نوع چرخه زندگی را نشان می‌دهند.

مقایسه‌ی چرخه‌ی زندگی گیاهان و حیوانات

گیاهان و برخی جانوران می‌توانند هم تولیدمثل جنسی و هم غیرجنسی داشته باشند. در تولیدمثل غیرجنسی، فرزندان دقیقاً شبیه والدین هستند. انواع تولیدمثل غیرجنسی که معمولاً هم در گیاهان و هم جانوران مشاهده می‌شود شامل بکرزایی (فرزندان از تخمک بارور نشده به وجود می‌آیند)، پیوند جوانه (فرزندان به‌عنوان غده روی بدن والدین رشد می‌کنند) و تکه‌تکه کردن (فرزندان از بخشی یا قطعه‌ای از والدین ایجاد می‌شوند) است. تولیدمثل جنسی شامل جفت شدن سلول‌های هاپلوئید (سلول‌ها فقط حاوی یک مجموعه از کروموزوم‌ها هستند) است تا موجودات زنده‌ی دیپلوئیدی (حاوی دو مجموعه از کروموزوم) را شکل دهند.

در حیوانات چند سلولی، چرخه زندگی از یک تولیدمثل تشکیل‌شده است. موجود زنده‌ی دیپلوئیدی از طریق میوز سلول‌های جنسی هاپلوئید تولید می‌کند. تمام سلول‌های دیگر بدن دیپلوئید هستند و در اثر میتوز تولید می‌شوند. موجود زنده‌ی جدید دیپلوئیدی از باهم آمیختگی سلول‌های جنسی نر و ماده در حین لقاح ایجاد می‌شود. موجود زنده دیپلوئید است و هیچ تناوب نسلی بین فازهای هاپلوئید و دیپلوئید وجود ندارد.

در موجودات چند سلولی گیاهی، چرخه‌های زندگی بین نسل‌های دیپلوئید و هاپلوئید در نوسان است. در این چرخه، فاز اسپوروفیت دیپلوئید از طریق میوز هاگ‌های هاپلوئید تولید می‌کند. با رشد اسپورهای هاپلوئید در اثر میتوز، سلول‌های چند برابر شده یک ساختار گامتوفیت هاپلوئید ایجاد می‌کنند. گامتوفیت نشان‌دهنده فاز هاپلوئید چرخه است. بعد از بالغ شدن، گامتوفیت، گامت‌های نر و ماده تولید می‌کند. وقتی گامت‌های هاپلوئید باهم جفت می‌شوند، یک تخم بارور دیپلوئید تشکیل می‌دهند. تخم بارور از طريق ميتوز رشد كرده تا يک اسپوروفيت ديپلوئيد جديد تشكيل دهد؛ بنابراین برخلاف حیوانات، موجودات زنده‌ی گیاهی می‌توانند بین دو مرحله اسپوروفیت دیپلوئید و گامتوفیت هاپلوئید تناوب داشته باشند.

گیاهان غیرآوندی

تناوب نسل هم در گیاهان آوندی و هم گیاهان غیرآوندی دیده می‌شود. گیاهان آوندی حاوی سیستم بافت آوندی هستند که آب و مواد مغذی را به سراسر گیاه منتقل می‌کنند. گیاهان غیرآوندی این نوع سیستم را ندارند و برای زنده ماندن به زیستگاه‌های مرطوب نیاز دارند. گیاهان غیرآوندی شامل خزه‌ها، جگرواشان و شاخ‌واش هستند. این گیاهان به‌صورت پوشش‌های سبز گیاهی ظاهر می‌شوند که ساقه‌هایی از آن‌ها بیرون زده است.

فاز اولیه چرخه‌ی حیات گیاهی برای گیاهان غیرآوندی، تولید گامتوفیت است. فاز گامتوفیت شامل تشکیل پوشش گیاهی خزه‌ای سبز است، درحالی‌که فاز اسپوروفیت شامل تشکیل ساقه‌های کشیده با نوک هاگدان است که هاگ‌ها را در برمی‌گیرد.

گیاهان آوندی بی‌دانه

فاز اولیه چرخه‌ی حیات گیاهی برای گیاهان آوندی، تولید اسپوروفیت است. در گیاهان آوندی که دانه تولید نمی‌کنند، مانند سرخس‌ها و دم‌اسبی‌ها، تولید اسپوروفیت و گامتوفیت مستقل است. در سرخس‌ها، برگ شاخه‌ها نشان‌دهنده‌ی تولید اسپوروفیت دیپلوئید بالغ است.

هاگدان‌ها در قسمت زیرین برگ شاخه‌ها، هاگ‌های هاپلوئید تولید می‌کند که جوانه می‌زنند تا گامتوفیت های سرخس هاپلوئید (Prothallia) را تشکیل دهند. این گیاهان در محیط مرطوب رشد می‌کنند زیرا برای حرکت اسپرم نر به سمت تخم ماده و بارور کردن آن آب لازم است.

گیاهان آوندی دانه‌دار

گیاهان آوندی که دانه تولید می‌کنند برای تولیدمثل لزوماً به محیط مرطوب نیاز ندارند. دانه‌ها از جنین در حال رشد محافظت می‌کنند. در گیاهان گل‌دار و گیاهان غیرگل‌دار (بازدانگان)، تولید گامتوفیت برای بقا کاملاً به تولید اسپوروفیت غالب وابسته است.

در گیاهان گل‌دار، گل‌ها ساختار تولیدمثل هستند. گل، هم ریز هاگ‌های نر و هم ریز هاگ‌های ماده را تولید می‌کند. ریز هاگ‌های نر در گرده قرار دارند و در پرچم گیاه تولید می‌شوند. آن‌ها به گامت نر یا اسپرم تبدیل می‌شوند. ریز هاگ‌های ماده در تخمدان گیاه (کلاله‌) تولید می‌شوند. آن‌ها به گامت ماده یا تخمک تبدیل می‌شوند.

در هنگام گرده‌افشانی، گرده از طریق باد، حشرات یا سایر حیوانات به قسمت ماده‌ی گل منتقل می‌شود. گامت های نر و ماده در تخمدان باهم جفت می‌شوند و به ‌دانه تبدیل می‌شوند، درحالی‌که تخمدان میوه را تشکیل می‌دهد. در بازدانگانی از قبیل مخروطیان، گرده در مخروط‌های نر و تخم‌ها در مخروط‌های ماده تولید می‌شوند.