Các Phương Thức Sinh Sản ở Thực Vật - VOER

CÁC PHƯƠNG THỨC SINH SẢN Ở THỰC VẬT

Sự đa dạng về các hình thức sinh sản ở thực vật có hoa đã giúp cho ngành nầy phân bố rộng rãi và chiếm ưu thế trên môi trường đất liền. Trong sự sinh sản hữu tính, hạt phấn được gió hay động vật mang đi đến bộ phận cái của hoa để được thụ tinh. Hợp tử phát triển thành phôi và được bảo vệ bên trong hột. Ngoài ra có nhiều thực vật có thể tự nhân giống lên mà không qua sự thụ phấn hay thụ tinh gọi là sinh sản vô tính.

Câu hỏi: 1. Trong điều kiện môi trường nào thì sự sinh sản vô tính là có lợi cho loài, và khi nào

sự sinh sản hữu tính là có lợi nhất?

2. Thế nào là SSSD? Hãy cho biết tên gọi của các cách sinh sản nầy ở vi khuẩn, tảo đa

bào dạng sợi, nấm và thực vật có hoa. Cho ví dụ minh hoạ.

Sinh sản sinh dưỡng

Là sự tạo thành một cơ thể mới trọn vẹn từ bất kỳ một phần nào đấy của cơ thể cây "mẹ", hiện tượng nầy gọi là quá trình tái sinh và là hiện tượng phổ biến ở thực vật; cả sự phân đôi ở những cơ thể đơn bào cũng được xem là hình thức sinh sản sinh dưỡng.

Trong sự sinh sản sinh dưỡng, những đặc tính của cây mẹ đều được truyền lại cho các thế hệ con cái. Trong khi đó, con cái được sinh ra từ hột không phải luôn luôn lặp lại những tính chất của các dạng cha mẹ mà thường rất biến đổi; nhiều đặc tính có giá trị của loài có thể bị mất đi trong khi sinh sản bằng hột. Vì lẽ đó mà hiện nay trong nông nghiệp, trong trồng cây ăn quả và trong nghề trồng hoa, sinh sản sinh dưỡng được áp dụng rộng rãi. Người ta lợi dụng những khả năng của sinh sản sinh dưỡng để tạo cây mới nhanh chóng và để giữ được phẩm chất của cây.

Các hình thức sinh sản sinh dưỡng trong tự nhiên

* Bằng sự chia cắt cơ quan dinh dưỡng mẹ: Hình thức nầy phổ biến ở thực vật bậc thấp như tảo, cơ thể đơn bào như tảo lục Chlamydomonas thì từ một tế bào ban đầu sẽ phân chia thành 2, 4, 8, 16 … tế bào, tảo đa bào dạng sợi như Oscillatoria thì sinh sản bằng tảo đoạn.

Ở thực vật có hoa, hình thức nầy rất đa dạng và đôi khi quan trọng hơn sự sinh sản bằng hột. Trường hợp đơn giản nhất, các cành của cây gỗ, cây bụi hay cây thân cỏ nằm sát mặt đất, thân ngầm, hành, các chồi phụ đều có khả năng sinh rễ đâm chồi trong sự sinh sản sinh dưỡng .

* Bằng thân bò: ở các mắt thân nơi giáp với đất sẽ hình thành nên rễ bất định, chồi nách sẽ phát triển mọc thành nhánh thẳng đứng lên; lóng của thân bò có thể chết hoặc bị cắt đứt nhưng chồi mới được hình thành vẫn sống độc lập. Gặp ở rau má (Centella), rau dệu (Alternanthera), cỏ lá gừng (Axonopus) đâm rễ mọc tràn lan, lâu ngày phần già ở giữa chết đi phóng thích ra rất nhiều cây con. Nhiều loài có thể đứt đoạn ra từ trước và nhánh mọc rễ sau mà vẫn sống như cỏ thủy sinh Hydrilla, cỏ kim ngư (Ceratophyllum), lục bình (Eichhornia) …

* Bằng nhánh đặc biệt

- Ngó / nhánh dài ở nhiều thân có hay không có lá bò trên mặt đất bằng những lóng dài, xa xa trên thân nầy mọc cho ra nhiều lóng ngắn với mắt (đốt) mọc rễ và chồi nách mọc thành cây thẳng đứng lên. Nhánh đặc biệt đó được gọi là ngó; gặp ở húng lũi (Menthaaquatica var. crispa), lá lốt (Piper lolot), họ Sen (Nymphaeaceae), cát đằng (Thunbergia grandiflora) … Nhánh dài có thể là nhánh ngầm và được gọi là drageons; gặp ở cỏ ống, cỏ cựa gà (Panicum repens) cho rất nhiều nhánh ngầm sinh ra thân khác rất mau lẹ, rau giấp cá (Houttuynia cordata) cũng nhảy rất mau nhờ drageons.

- Nhánh ngắn như cỏ chỉ (Cynodon dactylon) khi gặp đất tốt mọc rất mau và trên ngọn nhánh nảy sanh ở một mắt rất nhiều chồi nách và chồi bất định, khi gặp đất là mỗi mắt ấy có thể cho ra rất nhiều thân khác.

* Sinh sản bằng các cơ quan đặc biệt

- Thân rễ / căn hành thường gặp ở cỏ đa niên; trên thân ngầm mọc rễ mang các vẩy lá tại các mắt, nơi đó các mầm chồi sẽ cùng với rễ phát triển thành cây con mới. Ví dụ cỏ tranh (Imperatacylindrica), cỏ gà (Cynodon dactylon), các cây họ Củ dong (Marantaceae), họ Gừng (Zingiberaceae) …

- Thân củ và củ có nhánh ngầm phát triển thành củ sau khi rời khỏi thân mẹ sẽ mọc mau lẹ như cỏ cú (Cyperus rotundus), huỳnh tinh (Maranta esculenta - Marantaceae), năng (Eleocharis tuberosa), khoai tây, khoai ngọt, khoai từ (Dioscorea), khoai lang (Ipomoea batatas) … cũng là những "củ" để sinh sản sinh dưỡng.

- Hành là hình thức sinh sản của các loại thân cỏ một năm, từ kẽ các vảy mọng nước của thân sẽ mọc cho ra một hành con; gặp ở họ Hành (Liliaceae), họ Thủy tiên (Amaryllidaceae).

- Miên hành là nhánh ngắn chứa chất dinh dưỡng và được các vảy (lá) bao bọc, sẽ phát triển thành cây mới khi thời tiết thuận hợp như ở Utricularia, Myriophyllum, Hydrocharis …

- Chồi rễ/chồi thân khi cá thể mới phát triển từ chồi phụ trên rễ hoặc ở gốc thân. Ví dụ cây con sẽ mọc từ gốc cây mía để cho mùa sau. Hình thức nầy phổ biến ở thực vật.

- Truyền thể hay cầu hành hoặc tép, là những nhánh ngắn mà lá phù to thành củ. Cầu hành có thể mọc ở:

+ Nách lá: tỏi với mỗi tép tỏi là một cầu hành, rau trai (Commelina) cũng tương tự.

+ Trên lá: như ở lá trường sinh (Kalanchoe), cây thuốc bỏng (Bryophyllum calicinum), thu hải đường (Begonia), liên đài (Cotyledon glauca) có truyền thể ở trên lá hay ở kẽ các răng lá.

+ Cầu hành mọc trên phát hoa hay trên hoa gọi là sobole. Ở Globba có một khối tròn trắng mọc ở nách mỗi lá hoa; ở Cyperus alternifolius trồng làm kiểng, nách lá hoặc cho ra cầu hành hoặc cho ra hoa.

Các hình thức sinh sản sinh dưỡng nhân tạo

Nhờ vào những đặc tính hay cơ quan sinh sản sinh dưỡng tự nhiên của cây, nhà trồng trọt áp dụng để trồng hay tạo cây mới. Các hình thức như sau:

* Giâm cành là hình thức sinh sản có nhiều ý nghĩa trong thực tế. Trong tự nhiên, các phần khác nhau của cơ thể thực vật có khả năng tái sinh thành cây mới và người ta dựa vào khả năng nầy để áp dụng vào thực tiển trồng cây một cách nhanh nhứt.

Khi cắt rời một cơ quan hay một bộ phận của cây đem cắm xuống đất, gặp điều kiện thuận hợp sẽ mọc rễ và hình thành cây mới.

- Đem giâm cành của những cây STD, chồi phát triển tận cùng phía trên ngọn và rễ phát triển ở dưới gốc nhờ tính hướng cực của thực vật; ngoài ra, cũng còn kể đến những chất kích thích sinh trưởng có tác dụng trong việc hình thành nên rễ phụ và chồi.

Chồi của cành giâm được phát triển từ các chồi nách, chồi phụ, hoặc do chồi ngủ thức dậy và nảy mầm. Chồi mầm cũng có thể được phát triển từ mô mới

của thân hoặc mô callus (callus là khối nhu mô không có hình dạng nhứt định, gồm những tế bào khá lớn được sắp xếp rời nhau, được hình thành do tế bào nhu mô phân cắt hay từ tượng tầng). Mô callus được hình thành khi cây bị thương hay trong sinh sản dinh dưỡng.

Ở thân non, rễ phụ thường được phát sinh từ vỏ trụ, ở thân già thì từ tầng phát sinh. Trong cành giâm, sự hình thành chồi thường dễ dàng xảy ra ở tầng sinh bần, còn ở rễ trụ thì từ tượng tầng libe gỗ.

- Cắt từng khúc rễ ra đem giâm, trên rễ đó phát triển những chồi phụ. Trong thiên nhiên, chồi sinh ra trên rễ tương đối ít, chỉ gặp ở các cây gỗ. Có thể áp dụng cho các cây mận, táo, chà là kiểng, long não, hoa hồng, thầu dầu …

Thường người ta cắt rễ bên cấp I một đoạn dài khoảng 10 - 20cm đem dập xuống chổ đất ẩm; chồi phụ được hình thành ở rễ lớn hơn ở thân và trong cả hai trường hợp, chồi đó đều được xuất hiện từ mô phân sinh được tạo thành từ các nhu mô libe trong bó libe non. Tính hướng cực ở sự giâm cành bằng rễ cũng được xem là kết quả tác dụng của Auxin, chất nầy được vận chuyển tới phần ngọn của rễ. Nồng độ cao của Auxin tạo khả năng hình thành rễ, nồng độ thấp của Auxin sẽ phát triển chồi.

- Nhờ khả năng hình thành chồi và rễ, lá bị cắt rời khỏi cơ thể mẹ đem giâm có thể hình thành chồi và rễ, tuy nhiên mức độ nầy không giống nhau ở các cây khác nhau. Nhiều loài thu hải đường (Begonia) chồi dễ dàng hình thành trên cả cuống lẫn phiến lá. Ở cây thuốc bỏng (Kalanchoe pinnatum) cây con hình thành tại chỗ lõm của mép lá khi lá rơi xuống đất, rất thường gặp cây con mọc khi lá còn ở trên cây.

- Khi thân, rễ, lá bị thương hay bị một vết cắt tại một chỗ nào đó; sau một thời gian dưới điều kiện thích hợp, sẽ xuất hiện một phần mô lồi ra màu trắng nhạt hoặc vàng nhạt gọi là callus. Mô callus hình thành từ bề mặt của lát cắt và cả những lớp sâu bên trong, và từ mô callus có thể hình thành nên các cơ quan khác nhau của cây, sẽ xuất hiện cả rễ và chồi của cây mới.

Về nguyên tắc, callus có thể được hình thành từ bất cứ mô sống nào của cây như nhu mô vỏ, tế bào nhu mô gỗ; đặc biệt callus được tạo thành rất dễ dàng và nhanh từ các mô phân sinh hay các mô chuyển sang trạng thái phân sinh, một phần từ tầng phát sinh và vỏ trụ. Mô callus giống nhau ở tất cả các cây, được cấu tạo từ các tế bào nhu mô có hình dạng và kích thước khác nhau, sắp xếp không theo một thứ tự nào. Dưới tác dụng của kích thích tố, mô callus hình thành nên các tế bào mới, đồng thời các tế bào mô callus có tác dụng như nguồn dự trữ chất dinh dưỡng.

* Chiết cây là tạo điều kiện cho cành chiết ra rễ từ trên cây mẹ rồi sau đó mới cắt rời khỏi cây mẹ đem trồng chỗ khác; thường được áp dụng đối với chanh, cam, hoa hồng

* Ghép cây là dùng một cây, một cành hay một chồi được cắt rời đem ghép lên một cây khác của các cây có cùng loài hay thứ của cùng loài; mục đích là dùng một cây hay gốc ghép cung cấp chất dinh dưỡng đồng thời phù hợp với môi trường khắc nghiệt như đất xấu, mặn, khô cằn sỏi đá, chịu lạnh hay kháng bệnh… Chất lượng của quả được xác định bởi kiểu gene của cành ghép, không bị kiểu gene của gốc ghép làm giảm đi. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp gốc ghép có thể làm biến đổi đặc điểm của cành ghép như dưa hấu ghép trên gốc bầu cho quả to nhưng thường không ngon. Cành ghép (scoin) là cành hay chồi đem ghép vào, cây có rễ được ghép gọi là gốc ghép (stock) và ghép cây được thực hiện lúc cây còn non. Phương pháp nầy thường dùng trồng cây ăn quả, dễ nhứt là ở họ Cà (Solanaceae) với cà chua các loài khác nhau, khoai tây, thuốc lá … Họ Bầu bí (Cucurbitaceae) với các giống dưa hấu, dưa bở, dưa chuột, mướp … họ Đậu (Fabaceae) …

Sinh sản vô tính

Là hình thức sinh sản đặc biệt bằng một tế bào gọi là bào tử được sinh ra trong bào tử phòng hay túi bào tử.

Bào tử có thể đơn tướng (n) được hình thành qua sự giảm nhiễm, hoặc bào tử (2n) khi môi trường không thuận hợp và lúc đó sinh vật đơn bào hình thành bào tử với vách dầy, khi điều kiện thuận hợp bào tử sẽ phát triển thành cá thể mới.

Phần lớn thực vật bậc thấp như vi khuẩn, vi khuẩn lam (tảo lam), một số tảo lục, nấm, địa y hình thành nên bào tử bằng con đường vô tính. Bào tử có thể có chiên mao chuyển động được gọi là động bào tử, bào tử không chiên mao không chuyển động là bất động bào tử. Bào tử có thể lội trong nước hay được phát tán nhờ gió.

Có nhiều loại bào tử ở các nhóm được hình thành bằng nhiều cách khác nhau:

- Ở vi khuẩn: khi hình thành bào tử thì chất tế bào co lại, một vỏ dày và rắn chắc được hình thành bên ngoài tế bào giữ chất nguyên sinh trong điều kiện bất lợi của môi trường bên ngoài, bào tử được gọi là bào tử vách dày. Khi điều kiện môi trường thuận hợp, vách tế bào vi khuẩn bị phá vỡ sẽ phóng thích bào tử. Như vậy, mỗi vi khuẩn chỉ hình thành một bào tử giống với tế bào đã hình thành nên nó và ở đây việc hình thành bào tử không liên quan đến quá trình sinh sản mà chỉ là hình thức thích nghi để tồn tại.

- Nhiều tảo đơn bào khi hình thành bào tử thì không có sự giảm phân, toàn bộ cơ thể trở thành bào tử nang; ở tảo đa bào thì chỉ có một số tế bào đặc biệt gọi là bào tử nang mới hình thành nên các bào tử.

- Ở nấm sống trong nước, các động bào tử được hình thành từ bào tử nang nằm trong nước; ở nấm trên cạn, bào tử không chiên mao thường có dạng hình cầu, bầu dục, hình liềm … và được phát tán nhờ gió.

- Ở thực vậtbậc cao, tất cả bào tử không chiên mao được hình thành trong bào tử nang. Thực vật có hoa có bào tử là hạt phấn và bào tử nang là túi phấn; một loại bào tử khác là noãn cầu nằm trong tiểu noãn chính là bào tử nang.

Đa số trường hợp của thực vật, trước khi bào tử được hình thành đều có sự phân chia giảm nhiễm. Trong chu trình sống của thực vật bậc thấp cũng như thực vật bậc cao đều có sự sinh sản vô tính.

Trong sự sinh sản vô tính, hiệu suất sinh sản rất cao do một cây cho ra hàng ngàn hàng vạn bào tử, thế hệ con cái được sinh ra rất giống nhau và hầu như đều lặp lại những đặc tính của cơ thể mẹ; từ đặc điểm nầy cho thấy sinh sản vô tính rất gần với sự sinh sản sinh dưỡng, và trong cả hai trường hợp thế hệ con được tạo thành chỉ do một cơ thể mẹ tham gia. Do đó dẫn đến sự đơn điệu và ít thay đổi trong thế hệ con cái, chính vì thế có nhiều tác giả gọi chung hai hình thức nầy là sinh sản vô tính với ý nghĩa ở đây không phân biệt các yếu tố đực cái tham gia trong quá trình sinh sản.

Sinh sản vô tính chỉ khác với sinh sản sinh dưỡng ở chỗ có sự hình thành cơ quan sinh sản chuyên hóa.

Sinh sản hữu tính

Câu hỏi: 1. Tên gọi cách của vài thực vật truyền giống bằng sự sinh sản sinh dưỡng.

2. Ở thực vật có hột, sự sinh sản sinh dưỡng được biểu hiện ra bên ngoài như thế nào?

3. Nêu ý nghĩa của tiến trình SSHT.

4. Sự SSHT của Thông khác với cây có hoa như thế nào?

5. Liệt kê và mô tả các hình thức SSHT ở thực vật nói chung. Cho ví dụ của mỗi cách

sinh sản đó.

Sự sinh sản hữu tính có ý nghĩa rất to lớn trong quá trình tiến hóa của loài. Hiện tượng nầy xảy ra do sự kết hợp giữa hai tế bào sinh sản có tính đực và cái khác nhau, các tế

Giao tử được hình thành trong những cơ quan đặc biệt gọi là giao tử phòng hay giao tử nang có thể nằm trên một hay trên hai cơ thể mẹ khác nhau.

Có ba hình thức sinh sản hữu tính.

Sự giao phối đồng hình / sự đẳng giao

Ở thực vật bậc thấp, hai giao tử có hình dạng, kích thước và sự di động y như nhau; về mặt hình thái không phân biệt được giao tử đực và giao tử cái. Hình thức sinh sản nầy cổ lổ, chỉ gặp ở những thực vật bậc thấp hay những tảo chưa tiến bộ.

Ví dụ ở rong lục Ulothrix khi gặp điều kiện không thuận hợp sẽ tạo giao tử. Mỗi giao tử là tế bào trần hình trái xá lị không có vách tế bào, có hai chiên mao (roi) bằng nhau ở đầu giúp cho giao tử lội rất nhanh. Sự thụ tinh với sự bào phối trước và sự hạch phối sau. Hợp tử (2n) có vách dày thường sống chậm một thời gian chờ điều kiện thuận hợp sẽ giảm nhiễm cho ra bào tử (n), bào tử sẽ nảy mầm phát triển thành rong mới.

Sự giao phối dị hình / sự dị giao

Hai giao tử có hình dạng giống nhau, nhưng khác nhau về kích thước: giao tử đưc nhỏ hơn giao tử cái, hoặc giao tử đực di chuyển nhanh hơn giao tử cái.

Hình thức nầy chỉ gặp ở thực vật bậc thấp trong nhóm tảo mà thôi.

Sự noãn giao

Là hình thức sinh sản hữu tính cao nhứt trong đó hai giao tử đực và cái khác nhau hoàn toàn về hình dạng, kích thước và khả năng di động. Đây được xem là sự giao phối dị hình đặc biệt tiến bộ nhất.

- Giao tử đực rất nhỏ, khối lượng tế bào chủ yếu chỉ gồm nhân, tế bào chất làm thành một lớp mỏng bao quanh nhân, phía đầu có chiên mao do tế bào chất kéo dài ra mà thành. Giao tử đực di chuyển đắc lực và được gọi là tinh trùng, nếu tinh trùng không có chiên mao sẽ được gọi là tinh tử.

- Giao tử cái hình cầu rất to, không di động và được gọi là noãn cầu. Trong tế bào có một nhân to, tế bào chất chứa nhiều chất dự trữ.

Cơ quan tạo ra tinh trùng là tinh phòng hay hùng cơ và cơ quan sinh noãn cầu là noãn phòng hay noãn cơ. Tùy theo mức độ phát triển khác nhau của thực vật mà các cơ quan nầy có cấu tạo thay đổi.

Ý nghĩa của quá trình sinh sản hữu tính

Sinh sản hữu tính là sự kết hợp của hai cá thể khác nhau và kết quả là hình thành nên hợp tử, mở đầu cho thế hệ mới. Cơ sở di truyền của hợp tử giàu hơn của mỗi giao tử hay mỗi bào tử, vì vậy thế hệ con cái sinh ra trong Sinh sản hữu tính sẽ đa dạng hơn, dễ biến đổi thích nghi hơn, có sức sống cao hơn. Tính biến dị cá thể biểu hiện rõ ràng hơn và thực vật dễ tồn tại trong những điều kiện khác nhau, đảm bảo thắng lợi trong chọn lọc tự nhiên. Khu phân bố của loài có thể được mở rộng và xuất hiện thêm những thứ (varietas) mới. Tất cả những điều đó sẽ đảm bảo cho sự tiến bộ sinh học của loài.

Ý nghĩa chủ yếu của sinh sản hữu tính là "cải thịện" chất lượng, nâng cao khả năng sống của loài; đó là điều khác căn bản với sự sinh sản vô tính.