أنظمة التكاثر لدى النباتات

معظم النباتات خنثى وقد تتعرض للتهجين أو تخصب ذاتيًا والبعض الآخر لديه أزهار أحادية الجنس إمّا على نفس النبات (أحادي المسكن) أو نباتات منفصلة (ثنائية المسكن)، والبعض الآخر متوسط أو متغير وهناك عدد قليل من النباتات لاجنسيين، فكيف تتم هذه العملية وما هي أشكال التخصيب لدى النباتات المختلفة؟

أنواع أنظمة التكاثر لدى النباتات

معظم أنواع النباتات المزهرة تحمل أزهار خنثى ذات أسدية وكاربيل وظيفية، ويتم إخصاب بعضها بشكل كامل تقريبًا وبعضها يتم تخصيبها ذاتيًا بشكل أساسي، وهناك نباتات أخرى تحمل أزهارًا أحادية الجنس مع الأسدية أو الكربلة فقط وظيفية والبعض الآخر يتكاثر لاجنسيًا وهذه لها آثار مختلفة كنظم التكاثر.

فأنظمة التكاثر مرنة في النباتات على سبيل المثال في تجمعات العديد من أنواع الأزهار الخنثى لا تنتج الأفراد من حين لآخر حبوب لقاح القابلة للحياة، حيث ينتج الأفراد من الأنواع ثنائية المسكن أحيانًا أزهارًا من الجنس الآخر، ويوجد في عدد قليل من الأنواع خليط من النباتات الذكرية والأنثوية.

التخصيب التبادلي والتخصيب الذاتي

في الأنواع الخنثوية وحيدة المسكن هناك احتمال أن يؤدي التلقيح الذاتي إلى الإخصاب الذاتي (التخصيب الذاتي) ما لم تكن هناك آلية لتجنبه، والشكل الأكثر شيوعًا للتخصيب الذاتي هو شكل من أشكال نظام عدم التوافق الذاتي الفسيولوجي، فقد ثبت أنّ عددًا قليلاً من النباتات الفردية ذاتية التخصيب والذي يدل على أنّ هناك دائمًا إمكانية انتشار الأفراد ذوي الإخصاب الذاتي إذا فشل التلقيح المتبادل على المدى الطويل.

لا تعمل أنظمة نباتات عدم التوافق الذاتي إذا تم تلقيح الميسم تجريبيًا عندما لا تزال الزهرة في مهدها (مما يسمح بدراسة سهلة للنظام)، وربما أدت المواقف التي تفضل دورة حياة سريعة مثل الأراضي الزراعية إلى تطور الإخصاب الذاتي عدة مرات، لأنّ التطور السريع والنضج المبكر للأسدية أو الفتح المبكر للزهرة قد يسمح بالتخصيب الذاتي قبل أن يصبح نظام عدم التوافق الذاتي جاهزًا للعمل، وسيكون لهذه النباتات زهور أصغر من الأقارب غير المخصبين ذاتيًا.

بعض النباتات غير متوافقة جزئيًا مع نفسها حيث تنمو حبوب اللقاح الخاصة بالنبات بشكل أبطأ من تلك التي ينمو معها فرد آخر مما يسمح بالتخصيب الذاتي إذا لم يكن هناك تلقيح متبادل، وبشكل عام يبدو أنّ العديد من أنواع الخنثى تتسم بالمرونة في درجة تزاوجها الخارجي.

وبين النباتات المزهرة هناك نطاق كامل من ما يقرب من (100٪) من التزاوج الخارجي إلى ما يقرب من (100٪) من التزاوج الداخلي، وفي عدد قليل من النباتات تتميز البذور ذاتية الإخصاب بخصائص مختلفة قليلاً عن البذور المخصبة (على سبيل المثال أكبر حجماً وذات مجموعة في البذور أكثر ليونة).

فصل الأعضاء الزهرية لدى النباتات

العديد من الأنواع التي لديها نظام عدم التوافق الذاتي وبعضها بدون واحد، وتفصل الأسدية عن الميسم إما مؤقتًا أو ينضج أحدها قبل الآخر أو مكانيًا، وسيؤدي هذا إلى تشتيت حبوب اللقاح إلى أزهار أخرى وهو أمر مهم في الأنواع غير المتوافقة مع الذات لأنّ الميسم يمكن أن تنسد بخلاف ذلك بحبوب اللقاح غير المتوافق الخاص بالنبات.

ومن المرجح أن يكون الإخصاب المتبادل في الأنواع المخصبة ذاتيًا، وإذا نضجت الأسدية قبل الكربلة يُعرف النبات باسم “خنوثة مبكرة الذكورة” (protandrous)، وإذا نضجت الكاربيل أولاً فإنها تكون نباتات “خنوثة مبكرة الأنوثة” (protogynous)، “نبات خنوثة مبكرة الأنوثة” شائع بين بعض الأزهار الملقحة بالحشرات غير المتخصصة وفي النباتات الملقحة بالرياح، في حين أنّ “نبات خنوثة مبكرة الذكورة” هو سمة شائعة في الأزهار الأكثر تخصصًا التي يتم تلقيحها من قبل الحشرات.

و”نبات خنوثة مبكرة الذكورة” هي سمة من سمات النباتات التي تحمل أزهارها في النورات حيث تزور الحشرات الزهور القديمة أولاً على سبيل المثال، وكذلك أشواك الأزهار التي تنضج من القاعدة إلى الأعلى أو النورات المركبة التي تنضج من الخارج إلى الداخل، قد يكون هناك تداخل في الوظيفة بين الجنسين في حالة التزاوج بين الجنسين مما يسمح بالتلقيح الذاتي إذا فشل التلقيح المتبادل، ويمكن فصل أعضاء الأزهار مكانيًا داخل الزهرة.

ويتم فصل أجزاء بعض الأزهار غالبًا بمسافة صغيرة وتعتمد على الزحف حول الزهرة لحبوب اللقاح للوصول إلى الميسم، والبعض الآخر لديه أجزاء تتحرك عندما تنضج أو استجابة لزيارات الحشرات، وفي هذه يمكن الجمع بين الفصل المكاني والفصل الزمني، وبعد أن تكون الزهرة مفتوحة لبعض الوقت قد تجتمع الأنثرات والميسم معًا للسماح بالتزاوج الذاتي إذا لم يكن هناك التلقيح المتبادل.

التكاثر اللاجنسي لدى النباتات

يمكن أن تنتشر العديد من النباتات بوسائل نباتية مع جذور أو شظايا جذرية أو جذعية وما إلى ذلك ولا تشمل الهياكل الزهرية، وهذه تتكاثر جنسيًا مع الزهور أيضًا، وتحتوي بعض النباتات على بصيلات بدلاً من بعض أزهارها أو كلها، وهذه تشبه البراعم الصغيرة أو النباتات وهي مستنسخة من النبات الأم.

وينتج عدد قليل من مجموعات النباتات البذور التي يتم تكوينها دون أي إخصاب للجنين لذا فهي مرة أخرى استنساخ للنبات الأم، ويرتبط هذا بشكل خاص بأفراد عائلة الورد (Rosaceae) مثل العليّق والمركبات (Asteraceae) مثل الهندباء (Taraxacum)، هذه النباتات التي تحتوي على عدد قليل من الكروموسومات هي تقريبًا جميع تعدد الصبغيات العالية.

وغالبًا ما تحتوي على أعداد فردية من الكروموسومات مشتقة من التهجين من ثنائي الصبغيات الجنسية في مركز نطاق الجنس، وقد ظهرت العديد من الحيوانات المستنسخة عديمة النطاف مختلفة، وهذه تمثل مشكلة في التصنيف وكل استنساخ يوصف في بعض الأحيان على أنّه نوع منفصل.

السيطرة على التعبير الجنسي لدى النباتات

في أزهار الخنثى يتم التحكم في التعبير الجنسي عن طريق جينات نمو الأزهار، وفي الأزهار أحادية الجنس من المحتمل أن تكون بعض الجينات نفسها موجودة ويخضع تعبيرها للتحكم الهرموني والوراثي، وعادةً ما تحتوي النباتات ثنائية المسكن على كروموسومات جنسية محددة بنظام (XX/XY) و(XX) عادة ولكن ليس دائمًا أنثى.

وفي بعض النباتات ثنائية المسكن يتميز كروموسوم (Y) بصريًا عن (X)، وينجح هذا في النباتات ثنائية الصبغيات ولكن العديد من الأنواع النباتية متعددة الصبغيات وبالتالي يجب أن تحتوي على كروموسومات جنسية متعددة، العديد من النباتات متعددة الكروموسومات خنثى حتى لو كان ثنائي الصبغيات على الرغم من أنّ هذا ليس دائمًا كذلك، وفي بعض الحالات يبدو أنّ جينات (Y) تتجاوز التعبير عن جينات (X) حتى لو كان هناك كروموسومات (Y) واحد والعديد من الكروموسومات (X) وتبقى متعددة الكروموسومات ثنائية المسكن.

وفي بعض الأنواع ثنائية المسكن مثل الصفصاف لا يتغير التعبير الجنسي أبدًا ولكن في حالات أخرى يمكن أن يتأثر إنتاج أزهار الذكور والإناث بالظروف البيئية ويتفاعل التعبير الهرموني داخل النبات مع التركيب الجيني، وهذا يمكن أن يجعل النباتات الذكرية وراثيًا تنتج أزهار أنثوية والعكس صحيح.

تختلف مستويات الأوكسين على فترة النمو وتؤثر على الأزهار التي تنمو وتتأثر مستويات الأوكسين نفسها بطول اليوم ودرجة الحرارة وكمية الضوء وجودته، وفي الأنواع أحادية المسكن عادةً ما يتم إنتاج أزهار الذكور بالقرب من طرف البراعم مقارنة بالزهور الأنثوية وهذا مرتبط بمستويات الأوكسينات والهرمونات الأخرى.