Fortpflanzung und Lebenszyklen im Pflanzenreich

Die geschlechtliche Fortpflanzung bei Pflanzen

Pflanzen zeichnen sich durch einen diplohaplontischen Generationswechsel aus, der zwei Phasen umfasst:

• Der Sporophyt (diploid, 2n) ist der Produzent asexueller Sporen.
• Der Gametophyt (haploid, n) ist der Produzent sexueller Gameten.

Lebenszyklus der Moose (Bryophyta)

Moose sind Landpflanzen, die für ihren Lebenszyklus Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit benötigen. Sie sind sowohl in ihrer Morphologie und Anatomie als auch in ihrer Funktion einfache Pflanzen.

Von den beiden Phasen ist der Gametophyt (n) die dominierende Generation. Er besteht aus einem Keimling mit Rhizoiden, Stämmchen (Cauloide) und Blättchen (Phylloide). Am Ende des Stämmchens differenzieren sich die Geschlechtsorgane, die Gameten durch Mitose bilden:

• Archegonium: Das weibliche Gametangium. Es bildet eine unbewegliche weibliche Gamete, die Eizelle.
• Antheridien: Die männlichen Gametangien. Sie bilden bewegliche männliche Gameten, die Antherozoide (mit Geißeln).

Das Wasser in der Atmosphäre ermöglicht den Transport der Antherozoide zum Archegonium, wo die Befruchtung erfolgt.

Die diploide Zygote (2n), die aus der Befruchtung entsteht, keimt und entwickelt sich zum Sporophyten (2n). Dieser ist am Gametophyten befestigt und besteht aus einem schlanken Fuß, an dessen Ende sich eine Kapsel (das Sporangium) befindet. Dort werden haploide Sporen durch Meiose gebildet. Die Sporen keimen zu einer fadenförmigen Struktur, dem Protonema, das sich auf dem Substrat festsetzt und den Gametophyten entwickelt. In diesem Zyklus dominiert die Gametophyt-Phase gegenüber der Sporophyt-Phase, die kleiner ist und auf Kosten des Gametophyten lebt.

Lebenszyklus der Pteridophyten (Farne)

Pteridophyten sind weiter entwickelt als Moose; sie besitzen Wurzeln, Stängel und Blätter sowie Leitgewebe, benötigen aber dennoch feuchte Standorte. Farne gehören zu den Pteridophyten. Sie haben einen diplohaplontischen Zyklus, bei dem die haploide Gametophyt-Phase stark reduziert ist, während der Sporophyt (2n) die dominante Phase darstellt.

Der diploide Sporophyt ist die Farnpflanze, die wir in der Natur beobachten, bestehend aus Wurzeln, Stängeln und Blättern (genannt Wedel). An der Unterseite der Blätter sind die Sporangien in Strukturen, den Sori, gruppiert. Im Inneren der Sporangien werden Sporen durch Meiose gebildet.

Haploide Sporen fallen auf den Boden und keimen unter idealen Bedingungen zu einem kleinen haploiden Gametophyten, dem Vorkeim (Prothallium). An der Unterseite des Vorkeims werden Gametangien gebildet. Die Antheridien produzieren Antherozoide mit zahlreichen Geißeln. Die Archegonien enthalten jeweils eine Eizelle.

Dank der Umgebungsfeuchtigkeit und des Wassers können die Antherozoide das Archegonium erreichen, und die Befruchtung der Eizelle findet statt. Nach der Fusion der Gameten bildet sich eine diploide Zygote, die sich nach aufeinanderfolgenden Mitosen zu einem kleinen Embryo entwickelt. Zunächst lebt der Embryo auf Kosten des Vorkeims, bis er sich zu einem jungen Sporophyten entwickelt. Der junge Sporophyt wächst und führt zur Rückkehr des erwachsenen Farns, der Sporen durch Meiose produziert.

Fortpflanzung der Samenpflanzen (Spermatophyta)

Anpassungen haben es den Samenpflanzen ermöglicht, alle Lebensräume der terrestrischen Umwelt zu kolonisieren. Zu diesen Anpassungen gehören die wasserunabhängige Befruchtung, die Samenbildung und spezielle Verbreitungsstrukturen.

Die Samenpflanzen haben einen diplohaplontischen Zyklus mit einem stark reduzierten Gametophyten, der sich auf Kosten des Sporophyten entwickelt.

Zu dieser Gruppe gehören die Angiospermen (Bedecktsamer) und die Gymnospermen (Nacktsamer).

Lebenszyklus der Gymnospermen (Nacktsamer)

Kiefern sind Nacktsamer. Bei diesen Pflanzen stellt der Baum den Sporophyten dar, der die reproduktiven Strukturen, die Zapfen (oder Strobili), trägt, welche die Sporen produzieren.

Die Zapfen bestehen aus Blättern, die als Schuppen oder Deckblätter um eine Achse angeordnet sind. Einige Gymnospermen können eingeschlechtlich oder zweihäusig sein und nur eine einzige Art von Zapfen an derselben Pflanze tragen.

Männliche Zapfen und Gametophyten

Die männlichen Zapfen besitzen Schuppen, an deren Basis sich zwei Pollensäcke befinden. Durch Meiose werden dort Mikrosporen gebildet, die sich zu Pollenkörnern (männlichen Gametophyten) entwickeln.

Eine der Zellen des Pollenkorns teilt sich durch Mitose und produziert die männlichen Keimzellen.

Weibliche Zapfen und Gametophyten

Die weiblichen Zapfen bestehen aus Deckblättern, auf denen eine Samenschuppe aufgebaut ist. Im Inneren wird der weibliche Gametophyt gebildet.

Der weibliche Gametophyt befindet sich in zwei oder drei Archegonien, die jeweils eine Eizelle (weibliche Gamete) besitzen.

Befruchtung und Samenbildung

Die Befruchtung beginnt, wenn der Pollen einen Pollenschlauch bildet, der das Archegonium erreicht. Dies führt zur Vereinigung der Eizelle mit dem Spermienkern, wodurch eine diploide Zygote entsteht. Die Zygote entwickelt sich zum Embryo, der vom Endosperm umgeben ist. Während des gesamten Befruchtungsprozesses entwickeln sich die weiblichen Zapfen zu reifen Samen und werden als Samenzapfen bekannt. Wenn die Samen reif sind, öffnet sich der Zapfen und gibt sie frei. Sie fallen auf den Boden und keimen, wodurch ein adulter Sporophyt entsteht.

Angiospermen (Bedecktsamer): Morphologie der Blüte

Die Blüten sind vollständig und besitzen eine Blütenhülle. Die Blüte besteht aus Blättern, die in Wirteln auf dem Blütenboden angeordnet sind. Von außen nach innen sind die Wirtel die folgenden:

• Kelch: Gebildet durch die wenig veränderten, meist grünen Kelchblätter.
• Krone (Corolla): Gebildet durch die Kronblätter, die oft auffällig gefärbt sind.

Die Gesamtheit von Kelch und Krone wird als Perianth bezeichnet.

• Androeceum (Staubblätter): Gebildet aus stark modifizierten Blättern, den Staubblättern. Jedes Staubblatt besteht aus einem dünnen Faden, an dessen oberem Ende sich die Anthere (Staubbeutel) befindet. Innerhalb der Antheren befinden sich die Pollensäcke, in denen der Pollen produziert wird.
• Gynoeceum (Fruchtblätter): Liegt in der Mitte der Blüte und besteht aus Fruchtblättern. Jedes Fruchtblatt besteht aus einem Eierstock, der von der Narbe überragt wird. Hier werden die Eizellen produziert.

Bildung der Gametophyten bei Angiospermen

Männlicher Gametophyt (Pollenkorn)

Der männliche Gametophyt ist das gekeimte Pollenkorn. Innerhalb des Pollenkorns befinden sich zwei Kerne: der vegetative Kern und der generative Kern. Letzterer teilt sich erneut, um zwei Spermienkerne zu bilden.

Weiblicher Gametophyt (Embryosack)

Der weibliche Gametophyt ist der Embryosack. Die Megasporenmutterzelle teilt sich durch Meiose und führt zur Entstehung von vier Zellen. Drei davon degenerieren, und nur eine bleibt als haploide Megaspore erhalten, aus der sich der Embryosack bildet.

Die doppelte Befruchtung bei Angiospermen

Die Befruchtung tritt ein, wenn der Pollenschlauch den Eierstock erreicht, in den weiblichen Gametophyten eindringt, aufbricht und die beiden männlichen Gameten freigibt:

1. Einer der männlichen Gameten verschmilzt mit der weiblichen Gamete (Eizelle) und bildet die diploide Zygote (2n), aus der sich der Embryo entwickelt.
2. Der andere männliche Gamet verschmilzt mit den beiden polaren Kernen des weiblichen Gametophyten, was zu einem triploiden Kern (3n) führt, aus dem das Endosperm (Nährgewebe) entsteht.

Der Samen und die Frucht der Angiospermen

Die Samen sind die wichtigste Verbreitungsform der Samenpflanzen. Ihr Erfolg gegenüber Sporen im terrestrischen Lebensraum beruht auf drei wesentlichen Gründen:

• Der Samen enthält einen mehrzelligen Embryo, während Sporen aus einer einzigen Zelle bestehen.
• Der Samen enthält Endosperm, ein nährstoffreiches Gewebe, während Sporen nur wenige Nährstoffe speichern.
• Die Samen sind durch schützende Hüllen geschützt, während Sporen wenig Schutz bieten.

Fruchtmorphologie

Die Frucht entwickelt sich aus dem Fruchtblattgewebe nach der Befruchtung. Sie besteht aus einem oder mehreren Samen, die von einem schützenden Gewebe, dem Perikarp (Fruchtwand), umgeben sind, welches sich aus der Entwicklung der Eierstockwand bildet. Das Perikarp besteht aus drei Schichten:

• Epikarp: Die äußerste Schicht.
• Mesokarp: Die mittlere Schicht.
• Endokarp: Die innerste Schicht.

Arten der Keimung

• Epigäische Keimung: Die Keimblätter und die Sprossspitze treten über den Boden hervor.
• Hypogäische Keimung: Die Keimblätter verbleiben im Inneren der Samenhülle und unter der Erde.

Faktoren, die die Keimung beeinflussen, sind: Wasser, Gase (Sauerstoff), Temperatur und die Lebensfähigkeit des Samens.