การสืบพันธุ์ของพืชดอก และโครงสร้างของผลและเมล็ด
แบบฝึกหัด
EASY
การสืบพันธุ์ของพืชดอก และโครงสร้างของผลและเมล็ด (ชุดที่ 1)
HARD
การสืบพันธุ์ของพืชดอก และโครงสร้างของผลและเมล็ด (ชุดที่ 2)
เนื้อหา
การสร้างเซลล์สืบพันธ์ของพืชดอก
เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ (male gamete) เกิดขึ้นภายในอับเรณู (anther) โดยมีไมโครสปอร์มาเทอร์เซลล์ (microspore mother cell) แบ่งเซลล์แบบไมโอซีส 1 ครั้ง ได้ 4 ไมโครสปอร์ (microspore) แต่ละเซลล์มีโครโมโซมเท่ากันตือ n หลังจากนั้นนิวเคลียสของแต่ละเซลล์จะแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสได้ 2 นิวเคลียสคือ เจเนอเรทีฟนิวเคลียส (generative nucleus) และ ทิวบ์นิวเคลียส (tube nucleus) เรียกเซลล์ในระยะนี้ว่า ละอองเรณู (pollen grain) หรือแกมีโทไฟต์เพศผู้ (male gametophyte)
เซลล์สืบพันธุ์เพศเมีย (female gamete) เกิดขึ้นภายในรังไข่ ซึ่งภายในรังไข่อาจมีหนึ่งออวุล (ovule) หรือหลายออวุล ภายในออวุลมีหลายเซลล์ แต่มีหนึ่งเซลล์ที่ใหญ่กว่าเซลล์อื่นๆ เรียกว่า เมกะสปอร์มาเทอร์เซลล์ (megaspore mother cell) มีจำนวนโครโมโซมเป็น 2n จากนั้นจะแบ่งเซล์แบบไมโอซิสได้ 4 เซลล์ แต่สลายไป 3 เซลล์ เหลือเพียง 1 เซลล์ เรียกว่า เมกะสปอร์ (megaspore) จากนั้นนิวเคลียสของเมกะสปอร์จะแบ่งแบบไมโทซีส 3 ครั้ง ได้ 8 นิวเคลียส จัดเรียงตัวเป็น 3 กลุ่ม คือ 1. กลุ่มที่อยู่ตรงข้ามกับไมโครไพล์ มี 3 เซลล์ 3 นิวเคลียส มีเยื่อหุ้มเป็น 3 เซลล์เรียกว่า แอนติโพแดล (antipodals cell)
2. กลุ่มที่อยู่ด้านไมโครไพล์ มี 3 เซลล์ 3 นิวเคลียส นิวเคลียสอันกลางมีขนาดใหญ่ เรียกว่า เซลล์ไข่ (egg cell) อีก 2 อันข้างๆ เรียกว่า ซินเนอน์จิดส์ (synergids)
3. กลุ่มที่อยู่กลางเซลล์มี 2 นิวเคลียส แต่มีเยื่อหุ้มรวมกันกลายเป็น 1 เซลล์ เรียกว่า โพลาร์นิวคลีไอ (polar nuclei cell)
ดังนั้น ภายในภายเมกะสปอร์จึงประกอบด้วย 7 เซลล์ ที่มี 8 นิวเคลียส เมกะสปอร์ในระยะนี้เรียกชื่อใหม่ว่า ถุงเอ็มบริโอ (embryo sac) หรือ แกมีโทไฟต์เพศเมีย (female gametophyte)
อ้างอิง https://ngthai.com/science/15460/gametogenesis/
การปฏิสนธิของพืชดอก
การปฏิสนธิของพืชดอกนั้นเรียกว่า การปฏิสนธิซ้อน (double fertilization) โดยเริ่มจากการถ่ายละอองเรณู (pollination) จากเกสรเพศผู้ไปยังยอดเกสรเพศเมีย เมื่อละอองเรณูตกลงบนยอดเกสรเพศเมีย ละอองเรณูจะงอกหลอดเรณูที่สร้างจากเซลล์ (tube cell) และ generative nucleus จะแบ่งตัวแบบ mitosis ได้เป็น sperm สองเซลล์ เคลื่อนที่ลงไปตามท่อตามก้านเกสรเพศเมีย เข้าทาง micropyle เมื่อ pollen tube เจอ egg จะปล่อย sperm ทั้ง 2 ตัวออกมาและแยกการปฏิสนธิดังนี้
การปฏิสนธิครั้งที่สอง สเปิร์มอีกตัวจะไปผสมกับ polar nuclei เพื่อเจริญไปเป็น endosperm มีโครโมโซมจำนวน 3 ชุด ทำหน้าที่สะสมอาหารสำหรับต้นอ่อนต่อไป
การถ่ายละอองเรณูนั้นจะเกิดขึ้นเองก็ได้ หรือ มีตัวพา เช่น แมลง ค้างคาว ลม น้ำ เป็นต้น
โครงสร้างของผลและเมล็ด
หลังจากเกิดการปฏิสนธิแล้วจะเกิดการเปลี่ยนแปลงของรังไข่หรือฐานรองดอกไปเป็นผลไม้ ผลไม้ส่วนใหญ่เกิดจากผนังรังไข่ที่ขยายตัวขึ้นเพื่อคลุมส่วนของ ovule เรียกว่า ผนังผล (pericarp) แต่ผลไม้บางชนิดนั้นเจริญมาจากส่วนของฐานรองดอก (receptacle) เช่น ฝรั่ง ชมพู่ สาลี่ แอปเปิ้ล สตอเบอร์รี่ เป็นต้น
โดยทั่วไป ผลไม้สามารถแยกออกได้เป็น 3 ประเภท คือ ผลเดี่ยว ผลรวม และผลกลุ่ม โดยพิจารณาว่าในดอกว่ามีกี่รังไข่
- ผลเดี่ยว (simple fruit) คือ ผลที่เกิดจากดอก 1 ดอก มีเกสรเพศเมียเพียง 1 อันโดยจะเป็นดอกเดี่ยวหรือดอกช่อก็ได้ ถ้าเป็นดอกช่อ เมื่อดอกเจริญเป็นผลแล้วรังไข่ดอกย่อยแต่ละดอกจะเจริญแยกกันเป็นอิสระ เช่น ส้ม ทุเรียน ลิ้นจี่ ลำไย องุ่น มะพร้าว ข้าวโพด เป็นต้น
- ผลกลุ่ม (aggregate fruit) เป็นผลที่เกิดจากดอก 1 ดอก ที่มีเกสรเพศเมียมากกว่า 1 อยู่บนฐานรองดอกเดียวกัน คือมีหลายรังไข่ เช่น บัวหลวง การเวก กระดังงาน จำปี จำปา กุหลาบ สตอเบอรรี่ น้อยหน่า เป้นต้น
- ผลรวม (multiple fruit) เป็นผลที่เกิดจากดอกช่อโดยดอกแต่ละดอกเบียดชิดกัน เมื่อปฏิสนธิแล้วรังไข่ที่เจริญจะเจริญรวมกันเชื่อมกัน มีลายดอกในฐานรองดอกเดียวกันเช่น สับปะรด สาเก ยอ ขนุน หม่อน มะเดื่อ เป็นต้น
การเจริญและการพัฒนาหลังจากการปฏิสนธิของพืชดอก
หลังจากการปฏิสนธิของสเปิร์มกับไข่ และ polar nucleus แล้ว ovule จะเจริญไปเป็นต้นอ่อน (embryo) อยู่ในเมล็ดที่จะอยู่ในผลอีกที การเจริญของเมล็ดผนังของ ovule จะเจริญไปเป็นเปลือกเมล็ด (seed coat) ที่หุ้มล้อม embryo และ endosperm
ส่วนประกอบของเมล็ด
- เปลือกเมล็ด(seed coat) เป็นส่วนนอกสุดของเมล็ดทำหน้าที่ปกป้องเมล็ดและโครงสร้างภายในและในพืชบางชนิดเปลือกเมล็ดช่วยในการปกป้องไม่ให้เมล็ดงอกในสภาวะที่ไม่เหมาะสม
- เอ็มบริโอ เป็นส่วนของต้นอ่อนที่เจริญมาจาก zygote ประกอบด้วยส่วนประกอบสำคัญต่าง ๆ ได้แก่
- รากแรกเกิด (radicle) เป็นปลายสุดของ hypocotyl เป็น embryonic root เป็นรากแรกที่จะเจริญในพืช ในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวบางชนิดจะมีเยื่อหุ้มรากแรกเกิด (coleorhiza) ที่ปกป้องรากแรกเกิด
- ใบเลี้ยง (cotyledon) ในพืชแต่ละชนิดจะมีใบเลี้ยง 1 ใบในพืชใบเลี้ยงเดี่ยว และ 2 ใบในพืชใบเลี้ยงคู่ ใบเลี้ยงของพืชมีได้สองลักษณะคือ ทำหน้าที่สะสมอาหาร จะมีลักษณะอวบหนา เช่น ถั่ว บัว มะขาม มะม่วง ในพืชบางชนิดใบเลี้ยงสามารถช่วยสังเคราะห์ด้วยแสงได้ด้วยเนื่องจากมีคลอโรฟิลด์สะสมที่ตัวใบเลี้ยง ใบเลี้ยงอีกกลุ่มเป็นใบเลี้ยงที่ไม่สะสมอาหาร ลักษณะจะเป็นใบพืชแบนบางทำหน้าที่ในการเปลี่ยนอาหารสะสมที่พืชเก็บไว้ให้อยู่ในรูปของสารอาหารที่พืชสามารถนำไปใช้ได้
- caulicle แบ่งได้เป็น 2 ส่วน ได้แก่
- ต้นอ่อนเหนือใบเลี้ยง (epicotyl) ลำต้นส่วนที่อยู่เหนือใบเลี้ยง
- ต้นอ่อนใต้ใบเลี้ยง (hypocotyle) ส่วนลำต้นส่วนที่อยู่ใต้ระดับใบเลี้ยงลงมา
- เอนโดสเปิร์ม (endosperm) เป็นเนื้อเยื่อสะสมอาหารที่เจริญมาจากการปฏิสนธิระหว่าง สเปิร์มกับ polar nuclei ทำหน้าที่สะสมอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรต โปรตีนหรือไขมันขึ้นกับชนิดพืช
การงอกของเมล็ด
- พืชใบเลี้ยงคู่จะมีการงอกรากลงด้านล่าง และ ลักษณะที่งอกขึ้นด้านบนโดยจะมีส่วนแรก คือ hypocothyl ส่วนนี้จะช่วยปกป้องยอดอ่อนขณะงอกขึ้นเหนือดิน โดยจะเป็นส่วนที่งอและยืดยาวออกจนพ้นพื้นดิน โดยใบเลี้ยงจะโผล่พ้นพื้นดินหรือไม่ก็ได้
- ในพืชใบเลี้ยงเดี่ยวนั้นใบเลี้ยงจะไม่งอกพ้นพื้นดิน การงอกจะงอกรากลงด้านล่างละมีเยื่อหุ้ม คือ coleorhiza เพื่อปกป้องส่วนปลายราก และ มีส่วน coleoptile ที่ทำหน้าที่ปกป้องยอดอ่อนขณะงอกผ่านพื้นดิน
- ปัจจัยที่ทำให้พืชงอก
- น้ำหรือความชื้น ช่วยทำให้เปลือกหุ้มเมล็ดอ่อนตัวลง น้ำและ O2 ผ่าน เปลือกหุ้มเมล็ดได้มากขึ้น น้ำจึงแพร่เข้ามามากขึ้นเซลล์พองตัวขึ้น เกิดการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ต่าง ๆ ที่เปลี่ยนอาหารสะสมให้เป็นอาหารที่พืชใช้งานได้
- O2 ทั่วไปเมล็ดจะงอกได้ดีที่ปริมาณแก๊ส O2 ประมาณ 20% เป็นช่วงที่เมล็ดใช้ O2 ในการงอกสูง ยกเว้นพืชบางชนิดสามารถงอกได้ในพื้นที่ที่มี O2 ต่ำ เช่น พืชน้ำบางชนิด โดยสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ O2
- อุณหภูมิ เมล็ดพืชแต่ละชนิดมีอุณหภูมิเหมาะสม
แตกต่างกันตามแต่พื้นที่ที่พืชนั้นขึ้นอยู่ เช่น พืชในเขตร้อนจะใช้อุณหภูมิสูงกว่าพืชในเขตหนาว - แสง เป็นอีกปัจจัยที่ช่วยในการงอกของเมล็ดพืชบางชนิด เช่น หญ้า สาบเสือ วัชพืชต่าง ๆ ในขณะที่พืชหลายชนิดสามารถงอกได้แม้ไม่มีแสง เช่น กระเจี๊ยบ แตงกวา ผักบุ้ง ข้าวโพด เป็นต้น
- ปัจจัยภายในที่มีผลต่อการงอกของเมล็ด สภาพพักตัวของเมล็ด คือ ระยะที่เมล็ดจะไม่มีกิจกรรมใด แต่ระยะนี้นั้นในพืชแต่ละชนิดนั้นมีเวลาไม่เท่ากัน บางชนิดมีระยะพักตัวสั้นมาก สามารถงอกได้แม้จะยังอยู่ในผล เช่น ขนุน มะละกอ มะขามเทศ บางชนิดไม่มีระยะพักตัว เช่น โกงกาง แต่พืชบางชนิดก็มีระยะพักตัวนาน โดยทั่วไประยะพักตัวของพืชจะถูกทำลายเมื่อสิ่งแวดล้อมเหมาะสม
- ปัจจัยที่มีผลกับระยะพักตัว และ การแก้ไขระยะพักตัวของเมล็ด
- เปลือกเมล็ด เปลือกที่หนาจะทำให้พืชอยู่ในระยะพักตัว จนกว่าจะมีความชื้นที่ทำให้เปลือกนิ่มลง หรือ เปลือกเมล็ดจะแตกเมื่อถูกความร้อนสูง เช่น เปลวไฟ หรือ การปาดเฉือน กระเทาะเปลือกของเมล็ดให้แตกเพื่อในน้ำซึมเข้าไปยังภายในได้ เปลือกเมล็ดหลายชนิดมีสารกลุ่ม ไข คิวทิน ลิกนิน ซูเบอริน เคลือบผิวอยู่ น้ำจะไม่สามารถซึมผ่านได้จนกว่าจะแช่ในน้ำ หรือ เปลือกเมล็ดที่แข็งป้องกันไม่ให้ O2 แพร่เข้าไปภายในเมล็ด จนกระทั่งเมล็ดมีรอยปริแตกจึงทำลายระยะพักตัวของเมล็ดลง
- เอ็มบริโอ ถ้าเอ็มบริโอยังเจริญไม่เต็มที่ เมล็ดก็ยังไม่เกิดการงอกจนกว่าเอ็มบริโอเจริญเต็มที่ เช่น พืชกลุ่มมะพร้าว ปาล์ม
- เอนโดสเปิร์ม ในพืชบางชนิด เช่น กล้วยไม้ที่มี
เอนโดสเปิร์มน้อยมากทำให้เมล็ดจำเป็นต้องใช้สารอาหารจากเชื้อราไมคอไรซ่าที่เจริญร่วมกับเมล็ดเพื่อให้เมล็กงอกได้ - สารเคมีบางชนิด ในพืชบางชนิดจะมีสารเคมีบางชนิดที่ยับยั้งการเจริญของเมล็ดพืช จนกว่าจะโดนน้ำชะเอาสารเคมีออกไป หรือ พืชบางชนิดต้องผ่านอุณหภูมิต่ำเพื่อยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ที่ที่ยับยั้งการเจริญของเอมบริโอ
- การตรวจสอบคุณภาพของเมล็ดพันธุ์ การตรวจสอบคุณภาพเมล็ดพืชนั้น เช่น ความสามารถในการงอก ความแข็งแรงของเมล็ด ความบริสุทธิ์ของเมล็ด ความชื้นของเมล็ด
การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศของพืชดอก
การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศโดยใช้ส่วนต่าง ๆ ของพืช เป็นกลไกธรรมชาติของพืชจากเนื้อเยื่อส่วนต่าง ๆ ดังนี้
- ราก – เช่น โมก ปีบ
- ลำต้นใต้ดิน – เช่น ขิง ข่า กล้วย ไผ่
- ไหล – ผักตบชวา บัวบก บัว สตอเบอรรี่
- ใบ – เช่น กุหลาบหิน คว่ำตายหงายเป็น
- ช่อดอก – เช่น ป่านศรนารายณ์ ขิงแดง
จากความสามารถในการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศทำให้มนุษย์นำเอาความสามารถเหล่านี้มาใช้เพื่อขยายพันธุ์พืช เช่น การปักชำ การติดตา ทาบกิ่ง เสียบยอด ตอนกิ่ง แบ่งหัว ผ่าหัวว่านสี่ทิศ
ในปัจจุบันมีการนำเทคโนโลยีชีวภาพมาใช้ในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ (plant tissue culture) โดยสามารถใช้กับเซลล์พืชได้หลายส่วน ทั้งใบ ลำต้น ราก เมล็ด โดยนำเซลล์ของพืชมาเลี้ยงในสารเคมีเพื่อให้เจริญไปเป็น callus (กลุ่มก้อนเซลล์ parenchyma) เมื่อเซลล์ขยายขนาดถึงระดับหนึ่งก็นำไปแยกส่วนและใส่ในสารเคมีอื่น ๆ เพื่อให้เกิดการเกิดราก และ ยอดอ่อน ก่อนย้ายไปเลี้ยงต่อให้เป็นต้นอ่อนจำนวนมาก