Гаметогенез или предзародышевое развитие процесс созревания половых клеток, или гамет. поскольку в ходе гаметогенеза специализация яйцеклеток и спермиев. Презентация на тему гаметогенез Мейоз - основа генетической комбинативной изменчивости
ГАМЕТОГЕНЕЗ или предзародышевое развитие процесс созревания половых клеток, или гамет. Поскольку в ходе гаметогенеза специализация яйцеклеток и спермиев происходит в разных направлениях, обычно выделяют оогенез и сперматогенез соответственно. Гаметогенез закономерно присутствует в жизненном цикле ряда простейших, водорослей, грибов, споровых и голосеменных растений, а также многоклеточных животных. В некоторых группах гаметы вторично редуцированы (сумчатые и базидиевые грибы, цветковые растения). Наиболее подробно процессы гаметогенеза изучены у многоклеточных животных.
ГАМЕТОГЕНЕЗ У ЖИВОТНЫХ Сперматогенез Овогенез (в семенниках) (в яичниках) Период размножения (митоз) В репродуктивный В эмбриональный период период Период роста (интерфаза) Незначительный Длительный период Спермацит 1-го Овоцит 1-го порядка порядка Период созревания (мейоз) Первое и второе Первое и второе мейотическое неравномерное деление мейотическое деление 4 сперматозоида 1 яйцеклетка
Виды и строение гамет 1 2 Рис.1. Сперматозоиды: 1 – кроли- ка, 2 – крысы, 3 – морской свинки, 4 – человека, 5 – рака, 6 – паука, 7 – жука, 8 – хвоща, 9 – мха, 1О – папоротника. Рис.2. Яйцеклетка млекопитающих: 1 – оболочка, 2 - ядро, 3 – цитоплазма, 4 – фол- ликулярные клетки. Термины сперматозоид и яйцеклетка ввел Карл Бэр в 1827 г.
Даже если от обоих родителей потомки получают идентичные гены, действие этих генов может быть различным, т.к. гены несут родительский «отпечаток», различный у самцов и самок, который влияет на нормальное развитие организма, а также играет роль в возникновении заболеваний. Явление, когда при образовании гамет у потомка прежний хромосомный «отпечаток», полученный от родителей стирается и его гены маркируются в соответствии с полом данной особи, называется геномный импринтинг.
Развитие гамет у цветковых растений Развитие пыльцевых зерен. Каждое пыльцевое зерно развивается из материнской клетки микроспоры, которая претерпевает мейоз и образуется 4 пыльцевых зерна. Развитие зародышевого зерна. Зародышевый мешок развивается из гаплоидной мегаспоры, полученной в результате мейотического деления материнской клетки макроспоры.
Гаметогенез и мейоз Гаметогенез не следует путать с мейозом. Сущность этих процессов совершенно различна: формирование специализированных половых клеток и специфический вариант деления клеток с уменьшением числа хромосом. В группах, для которых характерен жизненный цикл с зиготической (например, грибы) или спорической редукцией (например, сосудистые растения) числа хромосом, мейоз предшествует гаметогенезу и, как правило, отделён от него значительным временным промежутком, поскольку формирование гамет происходит на гаплоидных организмах. В группах, для которых характерен жизненный цикл с гаметической редукцией (например, многоклеточные животные) мейоз сопряжён с гаметогенезом, однако и здесь нельзя говорить о полной идентичности этих процессов. Так, зрелый сперматозоид, готовый к оплодотворению, формируется лишь по завершении мейоза, в то время как ооцит созревает до его завершения, более того, слияние гамет происходит ещё до завершения мейоза в ооците.
У животных чаще встречается раздельнополость, т. е. наличие мужских и женских особей (самцов) и (самок), которые нередко различаются по размерам и внешнему виду (половой диморфизм).
Половые клетки образуются в специальных органах - половых железах. Мелкие, снабженные жгутиком, подвижные сперматозоиды формируются в семенниках, а крупные неподвижные яйцеклетки (яйца) - в яичниках.
Процесс оплодотворения у многоклеточных организмов, как и у одноклеточных, заключается в слиянии мужских и женских гамет. Как правило, затем сразу же происходит и слияние их ядер с образованием диплоидной зиготы (оплодотворенной яйцеклетки)
Стадии гаметогенеза
Первичные половые клетки делятся. Деление клетки, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.
n –количество хромосом
Стадии гаметогенеза
Вторая стадия - период роста будущих гамет. Будущие сперматозоиды увеличиваются незначительно, ведь они очень малы, а вот будущие яйцеклетки увеличиваются во много раз. Кроме того, в эту фазу происходит репликация ДНК, каждая хромосома становится двухроматидной (2n 4с). с – количество хромосомного материала
Стадии гаметогенеза
Первое деление мейоза (редукционное) приводит к образованию из диплоидных клеток гаплоидных. В профазу I, как и в митозе, происходит спирализация хромосом. Одновременно гомологичные хромосомы сближаются своими одинаковыми участками (конъюгируют), образуя биваленты. Перед вступлением в мейоз каждая хромосома имеет удвоенный генетический материал и состоит из двух хроматид.
Кроссинговер
В процессе дальнейшей спирализации может происходить кроссинговер - перекрест гомологичных(отцовских и материнских) хромосом, сопровождающийся обменом соответствующими участками между их хроматидами. В метафазе I завершается формирование веретена деления, нити которого прикрепляются к центромерам хромосом, объединенных в биваленты таким образом, что от каждой центромеры идет только одна нить к одному из полюсов клетки. В анафазе I хромосомы расходятся к полюсам клетки, при этом у каждого полюса оказывается гаплоидный набор хромосом, состоящий их двух хроматид. В телофазе I восстанавливается ядерная оболочка, после чего материнская клетка делится на две дочерние.
Кроссинговер
Стадии гаметогенеза
Второе деление мейоза В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки.
Мейоз
Деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза).
С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.
В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.
Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию(спаривание). Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет.
Сперматогенез и овогенез Стадия формирования
У организмов женского пола, обозначаемых символом (♀), развитие половых клеток (оогенез) начинается в яичниках на основе первичных диплоидных клеток, называемых оогониями.
В семенниках индивидуумов мужского пола (♂) процесс образования гамет (сперматогенез) также начинается из исходных диплоидных клеток (сперматогоний).
У самцов млекопитающих (в том числе и у человека) процесс образования половых клеток идет с момента наступления половой зрелости до глубокой старости.
А вот у самок млекопитающих, в том числе у женщин, первичные половые клетки делятся только в период внутриутробного развития плода и до наступления полового созревания сохраняются в покое.
Мейоз - основа генетической комбинативной изменчивости
Все клетки человека, в том числе первичные половые клетки, содержат 46 хромосом.
Из них 23 получены от отца и 23 от матери. После I мейотического деления в сперматоциты и овоциты также попадает по 23 хромосомы.
Однако вследствие случайности расхождения отцовских и материнских хромосом в анафазе I образующиеся клетки получают самые разнообразные комбинации родительских хромосом.
Например, в одной из них может оказаться 3 отцовских и 20 материнских хромосом, в другой - 10 отцовских и 13 материнских, в третьей - 20 отцовских и 3 материнских и т. д. Число возможных комбинаций очень велико.
Если учесть еще обмен гомологичными участками хромосом в профазе первого деления мейоза, то вполне очевидно, что каждая образующаяся половая клетка генетически уникальна, так как несет свой неповторимый набор генов.
Слайд 1
Гаметогенез
Слайд 2
ГАМЕТОГЕНЕЗ
или предзародышевое развитие - процесс созревания половых клеток, или гамет. Поскольку в ходе гаметогенеза специализация яйцеклеток и спермиев происходит в разных направлениях, обычно выделяют оогенез и сперматогенез соответственно. Гаметогенез закономерно присутствует в жизненном цикле ряда простейших, водорослей, грибов, споровых и голосеменных растений, а также многоклеточных животных. В некоторых группах гаметы вторично редуцированы (сумчатые и базидиевые грибы, цветковые растения). Наиболее подробно процессы гаметогенеза изучены у многоклеточных животных.
Слайд 3
ГАМЕТОГЕНЕЗ У ЖИВОТНЫХ
Сперматогенез ♂ Овогенез ♀ (в семенниках) (в яичниках) Период размножения (митоз) В репродуктивный В эмбриональный период период Период роста (интерфаза) Незначительный Длительный период Спермацит 1-го Овоцит 1-го порядка порядка Период созревания (мейоз) Первое и второе Первое и второе мейотическое неравномерное деление мейотическое деление 4 сперматозоида 1 яйцеклетка
Слайд 4
Виды и строение гамет
Рис.1. Сперматозоиды: 1 – кроли-ка, 2 – крысы, 3 – морской свинки, 4 – человека, 5 – рака, 6 – паука, 7 – жука, 8 – хвоща, 9 – мха, 1О – папоротника. Рис.2. Яйцеклетка млекопитающих: 1 – оболочка, 2 - ядро, 3 – цитоплазма, 4 – фол-ликулярные клетки. Термины сперматозоид и яйцеклетка ввел Карл Бэр в 1827 г.
Слайд 5
Даже если от обоих родителей потомки получают идентичные гены, действие этих генов может быть различным, т.к. гены несут родительский «отпечаток», различный у самцов и самок, который влияет на нормальное развитие организма, а также играет роль в возникновении заболеваний. Явление, когда при образовании гамет у потомка прежний хромосомный «отпечаток», полученный от родителей стирается и его гены маркируются в соответствии с полом данной особи, называется геномный импринтинг.
Слайд 6
Развитие гамет у цветковых растений
Развитие пыльцевых зерен. Каждое пыльцевое зерно развивается из материнской клетки микроспоры, которая претерпевает мейоз и образуется 4 пыльцевых зерна. Развитие зародышевого зерна. Зародышевый мешок развивается из гаплоидной мегаспоры, полученной в результате мейотического деления материнской клетки макроспоры.
Слайд 7
Разнообразные жизненные циклы (чередование поколений)
А – зиготный мейоз: зеленые водоросли, грибы. Б – гаметный мейоз: позвоночные, моллюски, членистоногие. В – споровый мейоз: бурые, красные водоросли и все высшие растения.
Слайд 8
Гаметогенез и мейоз
Гаметогенез не следует путать с мейозом. Сущность этих процессов совершенно различна: формирование специализированных половых клеток и специфический вариант деления клеток с уменьшением числа хромосом. В группах, для которых характерен жизненный цикл с зиготической (например, грибы) или спорической редукцией (например, сосудистые растения) числа хромосом, мейоз предшествует гаметогенезу и, как правило, отделён от него значительным временным промежутком, поскольку формирование гамет происходит на гаплоидных организмах. В группах, для которых характерен жизненный цикл с гаметической редукцией (например, многоклеточные животные) мейоз сопряжён с гаметогенезом, однако и здесь нельзя говорить о полной идентичности этих процессов. Так, зрелый сперматозоид, готовый к оплодотворению, формируется лишь по завершении мейоза, в то время как ооцит созревает до его завершения, более того, слияние гамет происходит ещё до завершения мейоза в ооците.
Гаметогенез В образовании гамет различают три фазы: фазу размножения, фазу роста, фазу созревания. В сперматогенезе имеется еще одна фаза фаза формирования. Гаметогенез это процесс развития половых клеток гамет. Этапы гаметогенеза Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенезом, а образование яйцеклеток овогенезом.
Фаза размножения: Диплоидные клетки многократно делятся митозом. Их называют овогонии и сперматогонии. Набор хромосом 2n. Фаза роста: Сущность этой фазы рост сперматогоний и овогоний, кроме того, в эту фазу происходит репликация ДНК, каждая хромосома становится двухроматидной (2n 4с). Образовавшиеся клетки называются овоциты 1-го порядка и сперматоциты 1-го порядка. Гаметогенез
Фаза созревания: Сущность фазы мейоз. В первое мейотическое деление вступают гаметоциты 1-го порядка. В результате первого мейотического деления образуются гаметоциты 2-го порядка (набор хромосом n2с), которые вступают во второе мейотическое деление, и образуются клетки с гаплоидным набором хромосом (nc). Овогенез на этом этапе практически заканчивается, а сперматогенез включает еще одну фазу, во время которой сперматозоиды приобретают свою специфическую структуру. Гаметогенез
Во время периода полового созревания диплоидные клетки в семенных канальцах семенников делятся митотически, в результате чего образуется множество более мелких клеток, называемых сперматогониями. Клетки Сертоли обеспечивают механическую защиту, опору и питание развивающихся гамет. Лейдиговы клетки образуют мужские половые гормоны. Сперматогонии вступают в фазу роста и увеличивается в размерах. Увеличившиеся в размерах сперматогонии называются сперматоцитами 1-го порядка. Сперматогенез
Период созревания начинается тогда, когда сперматоцит 1-го порядка подвергается первому мейотическому делению, в результате чего образуются два сперматоцита 2-го порядка. Затем эти вновь образовавшиеся клетки делятся (второе мейотическое деление), и в результате образуются гаплоидные сперматиды. Таким образом, из одного сперматоцита 1-го порядка возникают четыре гаплоидных сперматиды. Сперматогенез
Аппарат Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра и образует акросому. Центриоли занимают место у противоположного полюса ядра. У основания жгутика в виде спирального чехла концентрируются митохондрии. Почти вся цитоплазма сперматиды отторгается. Сперматогенез
Что происходит в зоне размножения при сперматогенезе? Диплоидные клетки многократно делятся митозом. Их называют сперматогонии. Набор хромосом 2n. Что происходит в зоне роста и созревания при сперматогенезе? В зоне роста – накопление питательных веществ, рост и репликация ДНК, в зоне созревания – мейоз. Какой набор хромосом и ДНК после первого и второго деления мейоза? После первого n2c, после второго nc. Что такое сперматогонии? Сперматоциты 1-го и сперматоциты 2-го порядка? Сперматогонии – предшественники гамет в зоне размножения, сперматоциты 1-го порядка – клетки, вступающие в первое деление мейоза, сперматоциты 2-го порядка – клетки, вступающие во второе деление мейоза. Каковы функции клеток Сертоли? Обеспечивают механическую защиту, опору и питание развивающихся гамет. Каковы функции Лейдиговых клеток? Образуют мужские половые гормоны. Что такое акросома? Видоизмененный комплекс Гольджи в головке сперматозоида. Содержит ферменты, необходимые для растворения оболочек яйцеклетки. Подведем итоги:
Все периоды развития яйцеклеток осуществляются у животных в яичниках. В отличие от образования сперматозоидов, которое происходит только после достижения половой зрелости (в частности, у позвоночных животных), процесс образования яйцеклеток начинается еще у зародыша. Период размножения полностью осуществляется на зародышевой стадии развития и заканчивается к моменту рождения (у млекопитающих и человека). Овогенез
1.Зона размножения. Овогонии подвергаются митотическому делению. 2.Зона роста. Дочерние клетки, возникшие в результате деления овогоний, после репликации ДНК называются овоцитами 1-го порядка (2n4c). Овоциты увеличиваются в размерах, накапливая питательные вещества. 3.Зона созревания. Овоциты 1-го порядка вступают в профазу I, которая останавливается на стадии диплотены. Происходит выпетливание «генов домашнего хозяйства», хромосомы имеют вид «ламповых щеток». Овогенез
В лет ежемесячно один из овоцитов 1-го порядка продолжает мейоз. В результате первого мейотического деления возникают две дочерние клетки. Одна из них, относительно мелкая, называется первым полярным тельцем, а другая, более крупная – овоцит 2-го порядка. Овогенез
Второе деление мейоза осуществляется до стадии метафазы II и продолжится только после того, как ооцит 2-го порядка вступит во взаимодействие со сперматозоидом, и произойдет оплодотворение. Таким образом, из яичника выходит, строго говоря, не яйцеклетка, а овоцит 2-го порядка. Лишь после оплодотворения он делится, в результате чего возникает яйцеклетка (или яйцо) и второе полярное тельце. Однако традиционно для удобства яйцеклеткой называют овоцит 2-го порядка, готовый к взаимодействию со сперматозоидом. Таким образом, в результате овогенеза образуется одна нормальная яйцеклетка и три полярных тельца. Овогенез
Яйцеклетка млекопитающих была открыта в 1821 году К.М.Бэром. Окончательное созревание яйцеклетки происходит уже после оплодотворения, поэтому фактически зрелой яйцеклетки не существует. Размер яйцеклеток колеблется в широких пределах от нескольких десятков микрометров до нескольких сантиметров (яйцеклетка человека около 100 мкм, яйцо страуса, имеющее длину со скорлупой порядка 155 мм тоже яйцеклетка). У большинства животных яйцеклетки имеют дополнительные оболочки, располагающиеся поверх цитоплазматической мембраны. В зависимости от происхождения различают: Первичные оболочки, возникающие в результате выделения ооцитом и, возможно, фолликулярными клетками веществ, образующих слой, контактирующий с наружной цитоплазматической мембраной яйцеклетки. У млекопитающих эта оболочка называется блестящей. Овогенез
Вторичные оболочки, образованные выделениями фолликулярных клеток яичника. Имеются не у всех яиц. Вторичная оболочка яиц многих насекомых, например, содержит канал микропиле, через который сперматозоид проникает в яйцеклетку. Третичные оболочки, образующиеся за счет деятельности специальных желез яйцеводов. Например, у птиц происходит образование белковой, подскорлуповой пергаментной, скорлуповой и надскорлуповой оболочек. Вторичные и третичные оболочки, как правило, образуются у яйцеклеток животных, зародыши которых развиваются во внешней среде. Их строение соответствует условиям среды. Овогенез
Поскольку у млекопитающих наблюдается внутриутробное развитие, их яйцеклетки имеют только первичную оболочку, поверх которой располагается лучистый венец слой фолликулярных клеток, доставляющих к яйцеклетке питательные вещества. В зависимости от количества желтка, содержащегося в яйцеклетках, различают: алецитальные яйца (млекопитающие, плоские черви); изолецитальные яйца (ланцетник, морской еж); умеренно телолецитальные яйца (рыбы, земноводные); резко телолецитальные яйца (птицы). Овогенез
Различают два типа оплодотворения: наружное, при котором встреча сперматозоидов и яйцеклеток происходит во внешней среде; внутреннее, при котором встреча сперматозоидов и яйцеклеток происходит в половых путях самки (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие). Чаще всего сперматозоид полностью втягивается в яйцо, иногда жгутик остается снаружи и отбрасывается. С момента проникновения сперматозоида в яйцо гаметы перестают существовать, так как образуют единую клетку зиготу. Ядро сперматозоида набухает, его хроматин разрыхляется, ядерная оболочка растворяется, и он превращается в мужской пронуклеус. Оплодотворение
Пронуклеусы перемещаются к центру яйцеклетки, происходит репликация ДНК, и после их слияния набор хромосом и ДНК зиготы становится 2n4c. Объединение пронуклеусов и представляет собой собственно оплодотворение. Таким образом, оплодотворение заканчивается образованием зиготы с диплоидным ядром. Оплодотворение необратимый процесс, то есть однажды оплодотворенное яйцо не может быть оплодотворено вновь. Это происходит одновременно с завершением второго деления мейоза ядра яйцеклетки, которое возобновилось благодаря оплодотворению. Постепенно ядро яйцеклетки превращается в женский пронуклеус. Оплодотворение
Когда происходит деление овогоний у человека (в зоне размножения)? Еще до рождения, начиная с трехмесячного возраста плода. На какой стадии останавливается деление овоцита первого порядка? Овоциты 1-го порядка вступают в профазу I, которая останавливается на стадии диплотены. Что образуется из овоцита первого порядка после первого деления созревания? Овоцит второго порядка и первое полярное тельце. На какой стадии происходит овуляция овоцита второго порядка? На стадии метафазы - 2. Когда завершается второе деление мейоза? После проникновения сперматозоида делится первое полярное тельце и заканчивается деление овоцита второго порядка. Что образуется в результате двух делений мейоза из овоцита? Яйцеклетка и три полярных тельца. Каков смысл таких неравномерных делений? Сохранение питательных веществ у одной клетки - яйцеклетки. Какие оболочки различают в яйцеклетке? Блестящую и лучистую. Подведем итоги:
У каких животных алецитальные яйцеклетки? У млекопитающих. У каких животных изолецитальные яйцеклетки? У ланцетника, морского ежа. У каких животных умеренно телолецильные яйцеклетки? У рыб и земноводных. У каких животных резко телолецитальные яйцеклетки? У птиц и пресмыкающихся. Какой полюс яйцеклетки называется анимальным? Вегетативным? Полюс, на котором активная цитоплазма с ядром – анимальный, противоположный, с большим количеством желтка – вегетативный. Какое оплодотворение называется наружным? Внутренним? Если оплодотворение происходит в воде – наружное, если в половых путях самки - внутреннее. На какой день месячного цикла происходит овуляция яйцеклетки? На 14 день. Какое время после овуляции яйцеклетка способна к оплодотворению? До 48 часов. Подведем итоги:
«Половое размножение организмов» - После образования бластулы начинается процесс гаструляции. Например, у кишечнополостных. В результате ряда дроблений образуется бластула. Непрямое развитие встречается в личиночной форме, прямое - в неличиночной и внутриутробной. Деление. Все жизненные функции зародыша осуществляются через материнский организм.
«Формы размножения» - Споры мхов и папоротников образуются путем митоза. 2. Споруляция. Бактерии размножаются с помощью митотических делений. 3. Почкование. Половое размножение характерно для большинства живых организмов (кроме прокариот). 6. Полиэмбриония. Некоторые бактерии при благоприятных условиях способны делиться каждые 20 минут.
«Индивидуальное развитие организма» - Двойное оплодотворение. Пресс - конференция. Некоторые учащиеся получили задание на опережение. Наружное оплодотворение. Зигота. В чём значение биогенетического закона? А – эмбрионального Б – постэмбрионального В – прямого развития Г – непрямого развития. Партеногенез. Стадии эмбрионального развития.
«Эмбриональное развитие организмов» - Стадии эмбриогенеза. 11 класс. Обобщение. Понятие эмбриогенеза. Уродства. Понятие онтогенеза. Закладка органов. Ни преформизм, ни эпигенез не дают правильного понимания процессов эмбрионального развития. С какого момента начинается и чем завершаются стадии: дробления, гаструлы? Почему учёным необходимы знания закономерностей онтогенеза?
«Биология Половое размножение» - Внутренние: семенники; семявыводящие протоки; семенные пузырьки; предстательная железа. Хламидомонада. Без участия половых клеток. Менструальный цикл. С участием половых клеток. Зигота 46 хромосом. =. Почкование дрожжей. Организм развивается из части материнского. Оплодотворение и эмбриональное развитие.
