Спорообразование

1.

Спорообразование:
стратегия размножения и
переживания
неблагоприятных условий
Выполнил:
Цуканов Ю. А., 10 Б

2.

Что такое споры?
Спорообразование - процесс образования специализированных клеток (спор) - одна из древнейших
адаптаций живых организмов к изменчивым условиям среды.
Споры (от греч. "spora" - семя) - специализированные репродуктивные структуры с плотной защитной
оболочкой, способные к длительному сохранению жизнеспособности.
Функции спор:
Размножение - увеличение численности вида и
расселение на новые территории;
Выживание - сохранение генетической информации
в период экстремальных условий.
Ключевые особенности:
● Устойчивы к экстремальным условиям
● Могут сохраняться годами и даже столетиями
● Имеют минимальный метаболизм в
состоянии покоя
● Способны прорастать при благоприятных
условиях

3.

Строение спор
Несмотря на разнообразие спор у разных групп организмов, их строение подчиняется общим
принципам:
1. Защитные оболочки:
Экзоспорий - наружный белковый слой
Кора - механическая прочность
Внутренняя мембрана - избирательная
проницаемость
2. Цитоплазма:
Обезвожена (10-30% воды)
Концентрированные рибосомы, ферменты,
питательные вещества
3. Генетический аппарат:
Компактно упакованная ДНК
4. Специальные вещества:
Дипиколиновая кислота (у бактерий) термостойкость
Кальций - комплексы с дипиколиновой
кислотой
SAS-белки - защита ДНК
5. Запасы:
Гликоген, липиды для прорастания
Энергия для начальных этапов прорастания

4.

Какие организмы образуют
споры?
Грибы - плесневые грибы (Penicillium, Aspergillus),
Бактерии (прокариоты) - формируют эндоспоры
(Бациллы (Bacillus), Клостридии (Clostridium));
Растения - водоросли, мхи, папоротники, хвощи,
плауны
шляпочные грибы, дрожжи (некоторые виды)
Простейшие - споровики (малярийный
плазмодий)

5.

Типы
спорообразования
1. Бесполое (митотическое):
Образование спор путём митоза без слияния
гамет.
● Генетически идентичны материнскому
организму
● Быстрое увеличение численности
Эндогенное: внутри спорангиев (Mucor)
Экзогенное: на конидиеносцах (Penicillium)
2. Половое (мейотическое):
Образование спор путём мейоза после слияния
гамет.
Генетическое (бактерии):
разнообразие
3. Вегетативное
одна клетка
одна эндоспора; функция - выживание, не
размножение
Группа организмов
Тип спорообразования
Природа процесса
Бактерии (эндоспоры)
Вегетативное
Не размножение, а выживание
Грибы, растения
Бесполое
Размножение, митоз (клоны)
Грибы, растения
Половое
Размножение, мейоз (разнообразие)

6.

Эндоспоры бактерий
Эндоспора - покоящаяся форма бактерий с замедленным метаболизмом и многослойной
защитной оболочкой.
Строение эндоспоры:
Выдерживают кипячение (100°C) и
● Многослойная защитная оболочка
выше
● Минимальное содержание воды
● Замораживание до абсолютного
(10-25%)
нуля
● Специальные белки и дипиколиновая
● Радиацию и УФ-излучение
кислота
● Химические дезинфектанты
● Концентрированное содержимое клетки
● Сохраняются десятки и сотни лет
Bacillus anthracis
(сибирская язва)
Clostridium
tetani
Clostridium
botulinum
(ботулизм)

7.

Спорообразование у
грибов
Бесполое
● Конидии - на специальных выростах
(конидиеносцах)
● Спорангиоспоры - внутри спорангиев
● Быстрое распространение
Половое
● Зигоспоры, аскоспоры, базидиоспоры
● После слияния гамет
● Генетическое разнообразие
Факт:
Один гриб может
произвести
миллиарды спор!
Распространение:
ветром (лёгкие, сухие
споры),
водой, животными и
насекомыми, течениями.

8.

Спорообразование у
растений
Образование спор у
мхов
Мхи - низшие высшие споровые
растения, у которых доминирует гаметофит (гаплоидное
поколение), а спорофит зависит от него в питании.
Процесс спорообразования:
Особенности жизненного цикла:
1. Мейоз в спорангии:
● Гаметофит (n) — доминирующее поколение
● Диплоидные клетки
гаплоидные споры (n)
(зелёное растение)
● Тысячи спор в одной коробочке
● Спорофит (2n) — растёт на гаметофите, не
2. Созревание:
самостоятелен
● Обезвоживание спор
3. Рассеивание:
● Открывается крышечка
● Зубчики перистома реагируют на влажность
● Споры высыпаются и разносятся ветром
Polytrichum commune
(кукушкин лён)
Sphagnu
m
(сфагнум

9.

Спорообразование у
растений
Образование спор у папоротников
Папоротники - высшие споровые растения, у которых доминирует спорофит, а гаметофит
редуцирован.
Процесс спорообразования:
Особенности жизненного цикла:
1. Мейоз в спорангии:
● Спорофит (2n) - доминирующее поколение
● Диплоидные клетки
гаплоидные споры (n)
(крупное растение)
2. Созревание и выбрасывание:
● Гаметофит (n) - маленький заросток
● Кольцо высыхает
создаётся напряжение
(несколько мм)
● Мгновенное растрескивание
● Споры выбрасываются на расстояние до
нескольких метров
3. Рассеивание:
Типы
папоротников:
● Ветром
на большие расстояния, споры очень
1.
Равноспоровые (все споры одинаковые)
лёгкие
2. Разноспоровые: микроспоры (мелкие) мужские
гаметофиты; мегаспоры (крупные) женские
гаметофиты
Факт: Один
лист
папоротника до 300 млн
спор!

10.

Прорастание спор
Прорастание (герминация) — переход споры из покоя к активной
вегетативной форме.
Условия для прорастания:
● Наличие воды
● Подходящая температура
● Питательные вещества
● Отсутствие ингибиторов
● Для некоторых - свет или
определённый pH
Процесс прорастания:
1. Активация
● Споры "просыпаются"
● Повреждение оболочки (тепло,
механическое)
2. Инициация
● Поглощение воды
● Набухание
● Активация ферментов
3. Прорастание
● Разрушение защитных слоёв
● Выход вегетативной клетки
● Начало деления и роста

11.

Биологическое и практическое
значение
БИОЛОГИЧЕСКОЕ:
ПРАКТИЧЕСКОЕ:
1. Выживание видов:
1. Медицина:
● Устойчивость к экстремальным условиям
● Споровые инфекции (сибирская язва, столбняк,
● Долговременное сохранение (десятилетия,
ботулизм)
столетия)
● Проблема стерилизации
● Расселение на новые территории
● Производство антибиотиков (Penicillium)
2. Эволюционное преимущество:
● Пробиотики (Bacillus)
● Генетическое разнообразие (половые споры) 2. Пищевая промышленность:
● Переживание массовых вымираний
● Порча продуктов плесенью
● Экологическая пластичность
● Ботулизм в консервах
3. Экологическая роль:
● Сыры с плесенью
Участие в круговороте веществ
3. Сельское хозяйство: болезни растений
(фитофтороз), биопрепараты (Bacillus thuringiensis)

12.

Заключение
1. Древнейший механизм выживания
Спорообразование возникло >3 млрд лет назад и сохранилось у разных царств - доказательство высокой
эволюционной эффективности.
2. Универсальность
Бактерии, грибы, растения, простейшие - все выработали эту стратегию независимо (конвергентная
эволюция).
3. Двойная функция:
● Размножение и расселение (грибы, растения)
● Защита в экстремальных условиях (бактерии)
4. Уникальная устойчивость:
● Температура: от -273°C до +150°C
● Радиация: в 1000-10000 раз выше смертельной
● Время: сохранение столетиями
● Механизмы: обезвоживание, многослойная оболочка, защитные белки
5. Эволюционный успех:
Спорообразующие организмы доминируют:
● В почве: миллионы спор/грамм
● В воздухе: тысячи спор/м³
6. Практическая важность:
Медицина, сельское хозяйство, пищевая промышленность.