Fortpflanzung bei Pflanzen: Zyklen, Arten & Ausbreitung

Die Fortpflanzung bei Pflanzen

Der diplohaplonte Zyklus

Ist der Zyklus, der den Wechsel zwischen diploiden (Sporophyt) und haploiden (Gametophyt) Generationen beschreibt.

Der Sporophyt durchläuft Meiose und bildet haploide Sporen. Diese keimen zu haploiden Gametophyten, die durch Mitose Keimzellen (Gameten) produzieren. Die Verschmelzung der Gameten (Befruchtung) bildet eine diploide Zygote, die sich zu einem diploiden Sporophyten entwickelt.

Arten der Fortpflanzung bei Pflanzen

Pflanzen haben zwei grundlegende Fortpflanzungsarten:

• Asexuelle oder vegetative Vermehrung. Es ist nur ein Elternteil beteiligt, es findet keine Verschmelzung von Keimzellen statt. Es gibt mehrere Arten der asexuellen Vermehrung bei Pflanzen:
  • Durch Rhizome. Sie sind unterirdische Stängel mit Knospen, Ästen und fleischigen Blättern.
  • Durch Knollen. Sie sind verdickte Rhizome oder Wurzeln, die zur Speicherung von Nährstoffen dienen.
  • Durch Zwiebeln. Sie werden durch einen modifizierten unterirdischen Stängel gebildet, an dem kurze, fleischige Speicherblätter befestigt sind.
  • Durch Ausläufer. Haben Stängel, die flach auf dem Boden wachsen, mit langen Internodien, in denen sich Knospen entwickeln, von denen jede zur Entstehung eines neuen Systems führt.
• Sexuelle oder generative Fortpflanzung. Beteiligung von zwei Individuen, von denen jedes eine Keimzelle (Gamet) trägt. Diese werden in den Gametangien (Oogonien und Spermatogonien) gebildet.

Lebenszyklen der Pflanzen

Bei Pflanzen unterscheidet sich die Dominanz der Generationen je nach Hauptgruppe:

• Bei den Moosen. Die dominante Generation ist der haploide Gametophyt. Der diploide Sporophyt lebt als Parasit auf dem Gametophyten.
• Bei den Farnen (Pteridophyten). Die beiden Generationen sind unabhängig. Die dominante Generation ist der diploide Sporophyt.
• Bei Samenpflanzen (Spermatophyten). Hier nimmt die relative Bedeutung des Sporophyten weiter zu. Die Pflanze, die wir sehen, ist der diploide Sporophyt. Der Gametophyt ist stark reduziert und besteht aus wenigen Zellen, die Blütenstrukturen bilden.

Fortpflanzung bei Moosen

Moose sind nicht-vaskuläre, samenlose Pflanzen, die ein feuchtes Milieu für Wachstum und Fortpflanzung benötigen. Sie zeigen einen Generationswechsel, bei dem der Gametophyt dominiert. Die Fortpflanzung erfolgt asexuell und sexuell.

Lebenszyklus eines Mooses

Das Antheridium (männliches Gametangium) produziert Spermatozoide, die die Eizelle im Archegonium (weibliches Gametangium) befruchten. Diese Befruchtung findet nur in Anwesenheit von Wasser statt.

Nach der Befruchtung durchläuft die diploide Zygote Mitose und entwickelt sich zu einem vielzelligen Sporophyten (diploid). Dieser wächst auf dem Gametophyten (haploid) und besteht aus einem Fuß und einer Kapsel. In der Kapsel befinden sich Sporenmutterzellen, die sich durch Meiose teilen und zu haploiden Sporen führen. Wenn die Sporen reif sind, werden sie aus der Kapsel freigesetzt und bilden unter geeigneten Bedingungen ein fadenförmiges Geflecht grüner Zellen (Protonema), aus dem sich der neue Gametophyt entwickelt.

Fortpflanzung bei Farnen (Pteridophyten)

Farne (Pteridophyten) sind samenlose Pflanzen mit Wurzeln, Stängeln, Blättern und einem Gefäßsystem für den Wassertransport. Ihr Lebenszyklus zeigt einen Generationswechsel, bei dem die dominante Phase der Sporophyt ist.

Lebenszyklus eines Farns

Der Sporophyt, der die typische Farnpflanze darstellt, besteht aus einem horizontalen unterirdischen Stamm (Rhizom), Wurzeln und Laubblättern (Wedel). Auf der Unterseite der Wedel entwickeln sich Sporangien, in denen durch Meiose Sporen gebildet werden. Wenn diese freigesetzt werden und geeignete Bedingungen finden, keimen sie und entwickeln sich zum Gametophyten (haploid), der als Prothallium bezeichnet wird. Das Prothallium ist sehr klein und haftet mit Rhizoiden am Boden. Auf dem Prothallium entstehen zahlreiche Antheridien und Archegonien, in denen die Gameten gebildet werden. Die Befruchtung findet in Anwesenheit von Wasser statt und führt zur Bildung einer Zygote, aus der sich ein Embryo entwickelt. Dieser wächst zu einem Sporophyten heran, der später unabhängig vom Gametophyten existiert.

Fortpflanzung bei Samenpflanzen

Samenpflanzen benötigen Wasser für die Befruchtung (bei den meisten Arten) und ihr Lebenszyklus zeigt eine klare Dominanz des Sporophyten. Die bekanntesten Vertreter der Samenpflanzen sind Nacktsamer (Gymnospermen) und Bedecktsamer (Angiospermen), bei denen die Blüte das Fortpflanzungsorgan ist.

Die Blüte

Bei Bedecktsamern (Angiospermen) ist die Fortpflanzungsfunktion in einem speziellen Organ, der Blüte, lokalisiert. Die Blüte vereint die Geschlechtsorgane und ihre Hauptfunktion ist die Durchführung des Fortpflanzungsprozesses.

Eine Blüte besteht aus:

• Blütenstiel.
• Blütenboden, auf dem die Blütenorgane (Blattquirle) sitzen.
• Kelchblätter. Sie bilden den Kelch, der zusammen mit der Krone die Blütenhülle bildet. Sie sind meist grün.
• Kronblätter. Sie bilden die Krone. Sie haben oft helle Farben, um Tiere anzulocken.
• Androeceum (Staubblätter). Es ist das männliche Geschlechtsorgan der Blüte. Es besteht aus den Staubblättern (umgewandelte Blätter), die sich aus einem Staubfaden und einem Staubbeutel zusammensetzen. Der Staubbeutel ist der erweiterte Teil, der in zwei Hälften mit je zwei Pollensäcken unterteilt ist. In den Pollensäcken befinden sich diploide Pollenmutterzellen, die Meiose durchlaufen und sich zu Pollenkörnern mit zwei haploiden Kernen entwickeln: dem vegetativen und dem generativen Kern.
• Gynoeceum (Fruchtblätter). Es ist das weibliche Geschlechtsorgan der Blüte. Es besteht aus einem oder mehreren Fruchtblättern (umgewandelte Blätter), die flaschenförmig verändert sind. Es gliedert sich in den Fruchtknoten an der Basis (enthält die Samenanlagen, die Sporangien entsprechen), den Griffel, der den Fruchtknoten mit der Narbe verbindet, und die Narbe, auf der die Pollenkörner landen.

Bestäubung

Der Prozess, bei dem Pollen aus den Pollensäcken auf die Narbe übertragen wird. Es kann Selbstbestäubung (zwischen Blüten derselben Pflanze) oder Kreuzbestäubung (zwischen Blüten verschiedener Pflanzen derselben Art) sein. Letzteres ist häufiger und führt zu größerer genetischer Variabilität. Der Transport der Pollenkörner kann auf verschiedene Weise erfolgen:

• Windbestäubung (Anemophilie). Pollenkörner werden vom Wind transportiert. Der Pollen windbestäubter Pflanzen ist leicht, die Blüten sind oft unscheinbar und produzieren keinen Nektar oder Duft. Blüten sind oft eingeschlechtig oder die Pflanzen zweihäusig, um Selbstbestäubung zu vermeiden.
• Tierbestäubung (Zoophilie). Wird durch Tiere wie Insekten, Vögel und Fledermäuse durchgeführt. Der Pollen tierbestäubter Pflanzen ist oft größer und mit Strukturen ausgestattet, die das Anhaften an Tieren erleichtern. Angiospermen locken Tiere oft durch Nahrung (z. B. Nektar, Pollen) an, die den Transport der Pollen gewährleisten.

Befruchtung

Nachdem das Pollenkorn die Narbe erreicht hat, beginnt es zu keimen, indem es einen Pollenschlauch (den männlichen Gametophyten) aussendet. Dieser wächst zur Samenanlage, wo die Befruchtung stattfindet.

Die Entwicklung der Megaspore (weibliche Spore) durchläuft drei aufeinanderfolgende Mitosen und führt zur Bildung des Embryosacks (weiblicher Gametophyt). Dieser besteht typischerweise aus acht Zellen: drei Antipoden am chalazalen Pol, zwei Polkernen in der Mitte und dem Eiapparat am mikropylaren Pol, der aus der Eizelle und zwei Synergiden besteht.

Bei Bedecktsamern (Angiospermen) findet eine doppelte Befruchtung statt: Einer der Spermazellen verschmilzt mit der Eizelle und bildet die diploide Zygote. Die andere Spermazelle verschmilzt mit den beiden Polkernen des Embryosacks und bildet den triploiden Endospermkern, aus dem sich das Endosperm entwickelt. Das Endosperm dient als Nährgewebe für den Embryo im Samen.

Samenbildung

Nach der Befruchtung beginnt die Samenbildung mit der Entwicklung des Embryos, des Nährgewebes (Endosperm oder Keimblätter) und der Samenschale.

Aus der Zygote entwickelt sich durch Mitose der Embryo.

Die befruchtete Samenanlage entwickelt sich zum Samen, während der Fruchtknoten zur Frucht heranreift.

Samenkeimung

Der Same keimt, wenn die Bedingungen stimmen. Er kann in einer Keimruhe (Dormanz) verharren, bis die Umweltbedingungen für die Entwicklung günstig sind.

Zunächst muss der Same Wasser aufnehmen. Dann beginnt der Embryo, unterstützt durch die Nährstoffreserven (im Endosperm oder in den Keimblättern), zu wachsen. Die Keimwurzel bricht zuerst aus dem Samen aus und wächst nach unten, während sich aus der Keimknospe (Gemmula) der Spross entwickelt. Die Keimwurzel bildet die erste Hauptwurzel.

Fruchtentwicklung und -ausbreitung

Nach der Befruchtung durchläuft der Fruchtknoten eine Reihe von Veränderungen, die zur Entwicklung der Frucht führen. Die Frucht ist ein Pflanzenorgan, das die Samen umschließt und zu deren Ausbreitung dient.

Die Ausbreitung der Früchte und Samen kann auf verschiedene Weisen erfolgen:

• Selbstausbreitung (Autochorie). Die Frucht breitet die Samen selbst aus. Wenn die Frucht reif ist, baut sich im Inneren Druck auf, bis sie platzt und die Samen weggeschleudert werden.
• Wasserausbreitung (Hydrochorie). Die Ausbreitung erfolgt durch Wasser. Dies betrifft Früchte oder Samen, die schwimmen können.
• Windausbreitung (Anemochorie). Die Ausbreitung erfolgt durch Wind. Dies betrifft Früchte oder Samen mit Flügeln oder Haaren, die wie Fallschirme wirken.
• Tierausbreitung (Zoochorie). Die Ausbreitung erfolgt durch Tiere. Man unterscheidet Klettausbreitung (Epizoochorie, außen am Tier) und Verdauungsausbreitung (Endozoochorie, nach Passage durch den Verdauungstrakt).