主題7:生物體的生殖

單元參:生物的有性生殖

 

一、有性生殖的特徵

進行有性生殖的生物,其生殖細胞會進行減數分裂產生雌配子(卵)及雄配子(精子),透過受精作用使得精子與卵結合成受精卵,並發育成新個體的生殖方式。如:人類的生殖過程中,男性會產生精子、女性會產生卵,並透過受精作用使得精卵結合成受精卵,受精卵最後會發育成胎兒。

 

二、受精作用的過程及其對生物體的意義

1.雌配子(卵)及雄配子(精子)的結合過程稱為受精作用,是有性生殖的重要過程。

2.受精作用使得受精卵能夠擁有來自於卵(單套染色體)及精子(單套染色體)的染色體,而形成一具有雙套染色體的細胞,以維持子代個體染色體數目與親代相同。人體精卵結合過程中染色體套數變化如下圖所示。


圖片來源:國立編譯館

3.受精卵中的染色體是由精子與卵的染色體所共同組成,所以受精卵中的每一對染色體,均是由精子提供一條而卵子提供另一條所組成,造成染色體重新配對重組,使得子代與親代間具有個體上的差異。

 

三、依受精作用發生場所的不同,可區分為體外受精及體內受精

1.體外受精:
雌配子(卵)及雄配子(精子)的結合地點發生於母體外,稱之為體外受精,如:珊瑚、大多數魚類、兩生類等,此過程因發生於母體外,所以受精成功率較低,於是雌、雄生物體常會同時釋放大量的卵及精子於水中,使受精的成功機率增加。

2.體內受精:
雌配子(卵)及雄配子(精子)的結合地點發生於母體內,雄性個體需藉由交配行為將精子送入雌性個體內和卵結合,精卵受精的過程較不易被干擾和破壞,所以受精成功機率較高,雌性個體所產生的卵通常比體外受精的動物少。如:昆蟲、爬蟲類、鳥類、哺乳類。

 

四、動物胚胎的發育方式可區分為卵生、卵胎生及胎生

受精成功後的受精卵會開始進行多次的細胞分裂,最後發育成胚胎。動物依胚胎發育所需養分來源和發育場所的不同,可區分為卵生、胎生和卵胎生動物

1.卵生動物:
昆蟲、大多數魚類、兩生類、大多數的爬蟲類、鳥類和少數的哺乳類都是卵生動物。卵生動物的胚胎在母體外發育,發育所需的養分完全由卵提供,因此卵黃含量最多。卵生動物因將卵產出於母體外,胚胎發育風險較高,存活率通常較低。

2.胎生動物:
許多哺乳類以胎生的方式繁衍後代。胎生動物的胚胎留在母體的子宮內發育,母體的養分經由胎盤和臍帶提供給胎兒利用,直到胎兒發育成熟由母體產出。胎生動物的胚胎發育所需的養分由母體提供,因此卵黃含量最少。胎生動物的胚胎在母體內發育,風險相對較低,後代存活率通常較高。

3.卵胎生動物
大肚魚、孔雀魚、部分鯊魚、部分毒蛇(赤尾青竹絲和雨傘節)等均為卵胎生動物,卵胎生動物的胚胎在母體內發育,具有胎生動物之特色,而且胚胎所需的養分由卵供應,具有卵生動物之特色,胚胎直到發育成幼體時才離開母體,這種發育方式,兼採卵生與胎生的特色,所以稱之為卵胎生。

4.卵生、卵胎生及胎生動物之特色比較

比較項目

卵生

卵胎生

胎生

受精卵
發育場所

母體外

母體內

母體內
(子宮)

養分來源

卵本身
提供

卵本身
提供

母體提供

卵大小

較大

次之

較小

存活率

較低

次之

較高

產卵數

較多

次之

較少

舉例

昆蟲、大部分魚類
兩生類、鳥類

大部分爬蟲類

鴨嘴獸、針鼴

孔雀魚、大肚魚
部分鯊魚
青竹絲、雨傘節

哺乳類
特例
鴨嘴獸、
針鼴:卵生

 

五、動物的繁殖行為及其目的

1.動物繁殖行為的目的
行有性生殖的動物,常會表現出求偶、交配、護卵和育幼等各種繁殖行為,其最主要的目的在於確保物種的延續。

2.動物的繁殖行為

1)求偶行為:
不同的動物會利用氣味、顏色、聲音或舞蹈等方式來吸引異性的注意,用以獲得交配權。

※利用氣味求偶之動物:雌蛾及哺乳類會散發特殊氣味,吸引異性注意。

※利用顏色求偶之動物:大多數鳥類於求偶期間,羽色會變得鮮豔,來吸引異性注意,如:小白鷺、水雉、孔雀等。

※利用聲音求偶之動物:雄蛙於繁殖期間,會鼓起鳴囊發出宏亮的聲音來吸引雌蛙注意,以便於獲得交配權。

※利用舞蹈求偶之動物:大多數鳥類會配合鮮豔的羽毛,再配合抖動身體的舞蹈,來吸引異性的注意,如:丹頂鶴、金雞等

2)護卵行為:
海龜於交配後會在沙灘上挖洞產卵,離去前會將沙覆蓋壓平,藉此來保護卵;另外母企鵝產卵後,將會由公企鵝及母企鵝輪流孵蛋,以確保卵的發育。其實大部分鳥類均有孵蛋護卵的行為,來確保後代能順利孵化。

3)育幼行為:
大多數的鳥類會於雛鳥孵出後,會抓取食物來餵養雛鳥,而哺乳類生物亦會分泌乳汁來哺育下一代。這種育幼行為常出現於高等的動物身上,用以提高後代的存活率。

 

六、花的構造及功能

花是植物的生殖器官,一朵典型的花包括:萼片、花瓣、雄蕊及雌蕊四個部分,共同著生於花托上,以下將介紹各部位的功能:

1.萼片:一般為綠色,可用以保護花瓣和花蕊。

2.花瓣:色彩鮮豔或其氣味能吸引動物來進行傳粉。

3.雄蕊:由花絲及花藥組成,花藥內含有大量花粉,花粉內則具有精細胞。

4.雌蕊:由柱頭及子房所組成,子房內具有胚珠構造,胚珠內則具有卵細胞。

 

七、開花植物的生殖過程(請見下圖及說明)

1.授粉:花粉藉由風力、昆蟲或鳥類的幫忙,由雄蕊花藥上傳播至雌蕊柱頭上的過程。

2.受精作用:授粉後,花粉會萌發長出花粉管,延伸進入子房中與胚珠連結,花粉內之精細胞經由花粉管進入胚珠中,與卵細胞結合成受精卵,完成受精作用。

3.發育成新個體:受精後,子房會膨大發育成果實,而胚珠將發育成種子,當種子傳播至適當的地方,即可萌芽長出新個體。

 

八、有性生殖對於物種生存、發展的優缺點

1.有性生殖的優點
有性生殖的過程,需要經過精子與卵子結合的受精過程,才能產生新的子代,子代中的染色體經過重新配對與組合,造成子代與親代間的差異,這樣的差異能夠提高子代對變異環境的適應力。

2.有性生殖的缺點
有性生殖所產生的子代與親代之間會有差異存在,所以具有優良特徵的親代,經由有性生殖所產下的子代,不一定能夠保留親代的優良特徵,對於優良品種的保存較為不易。

 

九、延伸學習

異花授粉

花粉從一朵花傳粉到另一株同種植物上的過程,傳粉時通常需要藉助風力、昆蟲或鳥類的幫忙才能完成。若花粉掉落在不同種植物的花朵上,就不會進一步發育。

自花授粉

花朵所產生的花粉能夠掉落於同朵花的柱頭上,並完成傳粉及受精的過程,如:豌豆、蕃茄、甜椒等植物,這類植物可以不需要藉由風力、昆蟲或鳥類的幫忙,即可自行完成授粉的工作,可種植於網室中亦可結果。

風媒花與蟲媒花

風媒花:藉由自然風力來傳粉的花,如:玉米、水稻、車前草等。風媒花花朵通常較小、花瓣小而平淡無味、花粉量多而輕、開花期較短。

蟲媒花:藉由昆蟲來傳粉的花,如:杜鵑、茶花、百合花等。蟲媒花花朵通常較大、花瓣鮮豔具有香味、花粉量少而重、開花期較長。

 

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