Dvojité hnojenie je potrebné na to, aby kvitnúce rastliny nasadili semená. U gymnospermov prebieha proces tvorby semien trochu inak. V dôsledku evolúcie, krytosemenné rastliny, ktoré získali mechanizmus dvojitého oplodnenia, získali určité výhody oproti iným typom vegetácie.
Výhody dvojitého oplodnenia
Dvojité oplodnenie u rastlín vzniklo počas evolučného procesu a poskytlo im hneď niekoľko výhod.Kvitnúce druhy dostali príležitosť vytvoriť si nutričnú rezervu embrya v najskorších štádiách jeho vývoja. Zatiaľ čo nahosemenné rastliny využívajú na tento proces veľké množstvo zdrojov, vajíčka nemajú prísun živín.
Pri dvojitom oplodnení sa triploidný endosperm vyvíja rýchlejšie a vyvíja sa iba vtedy, ak sa vytvorilo embryo. U nahosemenných rastlín je proces úplne odlišný, vynakladajú prostriedky na stavbu endospermu, aj keď embryo chýba.
Dvojité oplodnenie u krytosemenných rastlín
Na procese oplodnenia kvitnúcich (angiospermov) rastlín sa podieľa samičí gametofyt, ktorý pozostáva z embryového vaku umiestneného v piestiku a samčieho gametofytu - peľu tvoriaceho sa v prašníku.
Tvorba mužských gamét
Stavebným materiálom pre samčí gametofyt sú kmeňové bunky, ktoré sa začínajú deliť a vytvárajú haploidné mikrospóry. Neskôr sa mikrospóry premenia na peľové zrná. Zhora je takéto zrno pokryté dvojitým plášťom, ktorý ho chráni pred vonkajšími vplyvmi.
Vegetatívne a generatívne bunky sú uzavreté vo vnútri. Peľ konečne dozrieva v prašníkoch v čase, keď kvety kvitnú. V poslednej fáze sa obal peľovej komôrky roztrhne, peľ sa vysype.
Tvorba ženských gamét
V piestiku dochádza k tvorbe ženských gamét. Tu sa tvoria vajíčka, ktorých počet sa v rôznych rastlinách líši. K tvorbe vajíčka dochádza z výrastkov steny vaječníka. Vo vnútri vajíčka sa vytvorí haploidná megaspóra a 3 nasmerované telá, ktoré neskôr odumierajú.
Procesom delenia jadra megaspóry dochádza k vytvoreniu embryového vaku. Zrelý samičí gametofyt je útvar pozostávajúci zo 6 haploidných buniek a 1 diploidnej.
Proces opelenia
Počas opelenia sa peľ tak či onak prenáša na stigmu piestika.Podľa spôsobu opelenia sa rastliny delia do 2 skupín. U samoopelivých druhov dochádza k opeleniu peľom z toho istého kvetu. Krížové opelenie zahŕňa prenos peľových zŕn z jedného otvoreného púčika do druhého.
Opeleniu kvetov pomáha vietor, peľ môže prenášať hmyz a zvieratá. Pri pestovaní kultúrnych rastlín sa niekedy musí opelenie vykonávať umelo.
Sekvencia dvojitého oplodnenia
Ženské a mužské gametofyty sa podieľajú na produkcii enzýmov a hormónov potrebných na oplodnenie. Stigma piestika obsahuje aminokyselinu tryptofán a peľ obsahuje enzým, ktorý ho premieňa na rastový hormón auxín. Keď peľ zasiahne piestik, spustia sa procesy podporujúce klíčenie peľu, čo vedie k vytvoreniu peľovej trubice.
Ďalšia sekvencia je:
- Generatívna bunka sa delí a vytvára dve spermie.
- Spermie sa pohybujú po vytvorenej peľovej trubici postupne, v procese jej rastu.
- Priemer trubice sa zväčšuje od stigmy po vaječník.
- Po dosiahnutí vaječníka preniká peľová trubica do vajíčka a potom do embryového vaku.
- Potom sa hlavička peľovej trubice zlomí a spermie sa uvoľnia do embryového vaku.
- Jedna spermia sa spojí s vajíčkom a druhá s centrálnou diploidnou bunkou embryového vaku.
V budúcnosti sa tieto bunkové formácie podieľajú na tvorbe semena.
Súčasne s oplodnením dochádza v tkanivách k syntéze auxínu, čo vedie k rastu vaječníka a ďalšej tvorbe plodov a semien. Obdobie medzi opelením a oplodnením sa môže pohybovať od 15 minút až po niekoľko hodín, dní a dokonca mesiacov. Proces dvojitého oplodnenia objavil a podrobne opísal ruský botanik S.G. Navashin.
Angiospermy sú najväčšou skupinou. Ich charakteristickým znakom je prítomnosť perikarpu okolo semien. Podľa klasifikácie sa krytosemenné rastliny delia na jednoklíčne a dvojklíčne. Príkladmi takýchto rastlín sú ľalie, obilniny, nočné, krížové, ružovité, strukoviny, Asteraceae.
Žiadne dvojité oplodnenie u nahosemenných rastlín
Skupina nahosemenných rastlín zahŕňa malý počet druhov. Dostali predponu holo-, pretože semená sa tvoria vo vajíčkach ležiacich na povrchu a nie sú skryté. Gymnospermy nemajú uzavreté nádoby na semená. Do tejto skupiny patria ihličnaté stromy a kríky (smrek, tuje, borovica, borievka).
Pre telocvičné rastliny nie je charakteristické dvojité oplodnenie. Proces opelenia v tomto prípade prebieha výlučne pomocou vetra.Tomu predchádza tvorba samčích a samičích šišiek na rastline. Na samičích šištičkách dozrievajú vajíčka, na samčích sa tvoria peľové vrecúška, v ktorých dozrieva peľ.
Po tom, čo peľové zrná narazia spolu s vetrom na ženský kužeľ, dôjde k opeleniu. Váhy sú zlepené živicou a uzavreté. Proces dozrievania spermií trvá asi rok. Výsledkom je, že jeden z nich sa spojí s vajíčkom a druhý zomrie. Asi po 1,5 roku kužeľ zmení svoju farbu a stane sa tuhým a potom sa otvorí a uvoľní semená. Od opelenia po stratu semena ubehnú 2-3 roky.
Pomocou mechanizmu dvojitého oplodnenia príroda zlepšila proces rozmnožovania kvitnúcich rastlín, čo najrýchlejšie. Gymnospermy sú na nižšom evolučnom stupni, proces tvorby semien je u nich oveľa pomalší.