ГАМЕТОГЕНЕЗ. ОПЛОДОТВОРЕНИЕ - РАЗМНОЖЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМОВ - РАЗМНОЖЕНИЕ И РАЗВИТИЕ

Задачи. Сформировать знания об особенностях сперматогенеза, овогенеза, строении половых клеток и оплодотворении у животных.

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма. Возможно использование фильма «Размножение многоклеточных организмов».

Ход урока:

Повторение. Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Принципиальные различия между бесполым и половым размножением.

2. Укажите преимущества бесполого и полового размножения организмов.

3. Характеристика партеногенеза.

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью таблиц.

Сперматогенез, овогенез. Гаметогенез — это процесс развития половых клеток — гамет. Предшественники гамет (гаметоциты) диплоидны. Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенезом, а образование яйцеклеток — овогенезом (оогенезом). В половых железах различают три разных участка или зоны: зона размножения, зона роста, зона созревания. Сперматогенез и овогенез включают 3 одинаковые фазы: фаза размножения, фаза роста, фаза созревания (деления). В сперматогенезе имеется еще одна фаза — фаза формирования.

Фаза размножения: диплоидные клетки многократно делятся митозом. Количество клеток в гонадах растет, их называют овогонии и сперматогонии. Набор хромосом 2n. В фазе роста происходит их рост, образовавшиеся клетки называются овоциты 1-го порядка и сперматоциты 1-го порядка. В фазе созревания происходит мейоз, 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 (nс). Овогенез на этом этапе практически заканчивается, а сперматогенез включает еще фазу формирования, во время которой формируются сперматозоиды.

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). В период роста овоциты увеличиваются в размерах за счет накопления питательных веществ (белков, жиров, углеводов) и пигментов — образуется желток. Затем овоциты 1-го порядка вступают в период созревания. В результате первого мейотического деления возникают две дочерние клетки. Одна из них, относительно мелкая, называемая первым полярным тельцем, не является функциональной, а другая, более крупная (овоцит 2-го порядка), подвергается дальнейшим преобразованиям.

Второе деление мейоза осуществляется до стадии метафазы 2 и продолжится только после того, как овоцит 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.

Гаметы. Это половые клетки, при слиянии которых образуется зигота, дающая начало новому организму. Они представляют собой высокоспециализированные клетки, участвующие в осуществлении процессов, связанных с половым размножением. Гаметы имеют ряд особенностей, отличающих их от соматических клеток: хромосомный набор соматических клеток — диплоидный (2n 2с), а гамет — гаплоидный (n с); гаметы не делятся; гаметы, особенно яйцеклетки, более крупные, чем соматические клетки; яйцеклетка содержит много питательных веществ, сперматозоид — мало (практически отсутствуют); гаметы имеют измененное ядерно-цитоплазматическое соотношение по сравнению с соматическими клетками (в яйцеклетке ядро занимает значительно больший объем, чем цитоплазма, в сперматозоиде — наоборот, причем ядро имеет такие же размеры, что и яйцеклетка). Активная роль в оплодотворении принадлежит сперматозоиду. Поэтому он имеет малые размеры и подвижен (у животных). Яйцеклетка не только приносит в зиготу свой набор хромосом, но и обеспечивает ранние стадии развития зародыша. Поэтому она имеет крупные размеры и, как правило, содержит большой запас питательных веществ.

Организация яйцеклеток животных. 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). Яйцеклетка имеет ряд оболочек, располагающихся поверх плазматической мембраны, и запасные питательные вещества. У млекопитающих яйцеклетки имеют блестящую оболочку, поверх которой располагается лучистый венец — слой фолликулярных клеток.

Количество питательных веществ, накапливаемых в яйцеклетке, зависит от условий, в которых происходит развитие зародыша. Так, если развитие яйцеклетки происходит вне организма матери и приводит к формированию крупных животных, то желток может составлять более 95% объема яйцеклетки. Яйцеклетки млекопитающих — менее 5% желтка. В связи с накоплением питательных веществ у яйцеклеток появляется полярность, Противоположные полюсы называются вегетативным и анимальным. Поляризация проявляется в том, что происходит изменение местоположения ядра в клетке (око смещается в сторону анимального полюса), а также в особенностях распределения цитоплазматических включений (во многих яйцах количества желтка возрастает от анимального к вегетативному полюсу).

Организация сперматозоидов. Длина сперматозоида человека 50—60 мкм. Функции сперматозоида определяют и его строение. Головка. Самая крупная часть сперматозоида, образованная ядром, которое окружено тонким слоем цитоплазмы. На переднем конце головки расположена акросома — часть цитоплазмы с видоизмененным аппаратом Гольджи. Она вырабатывает фермент, который способствует растворению оболочек яйцеклетки. В месте перехода головки в среднюю часть образуется перехват — шейка сперматозоида, в которой расположены две центриоли. За шейкой располагается средняя часть сперматозоида, содержащая митохондрии, и хвост, который имеет типичное для всех жгутиков эукариот строение и является органоидом движения сперматозоида. Энергию для движения поставляет гидролиз АТФ, происходящий в митохондриях средней части сперматозоида.

Оплодотворение. Совокупность процессов, приводящих к слиянию мужских и женских гамет, объединению их ядер и образованию зиготы, которая дает начало новому организму.

Различают наружное оплодотворение, при котором встреча сперматозоидов и яйцеклеток происходит во внешней среде, и внутреннее оплодотворение, при котором встреча сперматозоидов и яйцеклеток происходит в половых путях самки.

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. В зависимости от количества сперматозоидов, проникающих в яйцеклетку при оплодотворении, различают: моноспермию — оплодотворение, при котором в яйцо проникает только один сперматозоид (наиболее обычное оплодотворение), и полиспермию — оплодотворение, при котором в яйцеклетку проникает несколько сперматозоидов. Но даже в этом случае с ядром яйцеклетки сливается ядро только одного из сперматозоидов, а остальные ядра разрушаются.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: Гаметогенез. Оплодотворение. § 20, без растений

Сперматогенез, овогенез. Гаметы

У человека овогонии (2n) образуются на эмбриональной стадии, растут и превращаются в овоциты 1-го порядка, у которых начинается профаза 1 мейоза. После первого деления образуется овоцит 2-го порядка (1n2с). Мейоз остановится на стадии метафазы 2 и продолжится только в том случае, если произойдет проникновение сперматозоида.

Яйцеклетка. У человека — около 0,1 мм. 1 — хромосомы на стадии метафазы 2; 2 — блестящая оболочка; 3 — лучистая оболочка; 4 — первое направительное тельце.

Сперматозоид. Длина у человека 60 мкм (0,06 мм). 1 — головка; 2 — шейка; 3 - промежуточный отдел с митохондриями; 4 – жгутик; 5 — акросома с ферментами; 6 — ядро; 7 — центриоли.

Оплодотворение

Оплодотворение? Наружное? Внутреннее — в половых путях организма.

Различают моноспермию и полиспермию (некоторые птицы и рептилии) — в зависимости от числа проникших сперматозоидов.

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы.

1. Как называется бесполое размножение амебы?

2. Как называется деление, при котором происходит множественное деление ядра и образуется несколько особей (у трипаносом, малярийного плазмодия)?

3. Как осуществляется бесполое размножение папоротников и мхов?

4. Как осуществляется бесполое размножение гидры, дрожжей?

5. Как осуществляется бесполое размножение человека?

6. Что характерно для генотипов дочерних особей, по сравнению с материнской, при бесполом размножении?

7. Что характерно для генотипов дочерних особей, по сравнению с родительскими, при половом размножении?

8. Какое размножение дает преимущество при изменении среды обитания?

9. Как называется размножение, при котором развитие нового организма происходит из неоплодотворенной яйцеклетки?

Записав ответы, садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование

Задание 16. «Бесполое и половое размножение»

Тест 1. Какая форма бесполого размножения наиболее характерна для мхов, папоротников?

1. Бинарное деление.

2. Шизогония.

3. Фрагментация.

4. Почкование.

5. Клонирование.

6. Вегетативное размножение.

7. Полиэмбриония.

8. Спорообразование.

Тест 2. Какая форма бесполого размножения наиболее характерна для гидры, дрожжей?

1. Бинарное деление.

2. Шизогония.

3. Фрагментация.

4. Почкование.

5. Клонирование.

6. Вегетативное размножение.

7. Полиэмбриония.

8. Спорообразование.

Тест 3. Какая форма бесполого размножения используется для размножения плодово-ягодных культур?

1. Бинарное деление.

2. Шизогония.

3. Фрагментация.

4. Почкование.

5. Клонирование.

6. Вегетативное размножение.

7. Полиэмбриония.

8. Спорообразование.

Тест 4. Какая естественная форма бесполого размножения известна у человека?

1. Бинарное деление.

2. Шизогония.

3. Фрагментация.

4. Почкование.

5. Клонирование.

6. Вегетативное размножение

7. Полиэмбриония.

8. Бесполого размножения у человека не существует

Тест 5. Какая форма бесполого размножения характерна для планарии, некоторых кольчатых червей?

1. Бинарное деление.

2. Шизогония.

3. Фрагментация.

4. Почкование.

5. Клонирование.

6. Вегетативное размножение.

7. Полиэмбриония.

8. Спорообразование.

**Тест 6. Что характерно для бесполого размножения?

1. Потомство имеет гены только одного материнского организма.

2. Потомство генетически отличается от родительских организмов.

3. В образовании потомства участвует одна особь.

4. В образовании потомства обычно участвуют две особи.

Тест 7. Какая форма размножения позволяет приспособиться к изменяющимся условиям среды?

1. Бесполое размножение.

2. Половое размножение.

3. И бесполое и половое размножение в равной степени.

4. Форма размножения не имеет никакого значения.

**Тест 8. Укажите верные суждения.

1. Партеногенез — особая форма бесполого размножения.

2. Партеногенез — особая форма полового размножения.

3. Партеногенетическое развитие известно у тлей, пчел, дафний.

4. Партеногенетическое развитие известно у одуванчиков.

**Тест 9. Укажите верные суждения.

1. Гермафродиты — организмы, у которых могут образовываться и мужские и женские гаметы.

2. Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом, зигота — диплоидный.

3. Б. Л. Астауров разработал способы направленного получения 100% особей одного пола.

4. Бактерии делятся путем митоза.

Тест 10. Укажите верное суждение.

1. Бесполое размножение увеличивает наследственную изменчивость организмов.

2. Гаметы и зигота имеют гаплоидный набор хромосом.

3. В половом размножении всегда принимают участие две особи.

4. Половое размножение увеличивает наследственную изменчивость потомков.