กำหนดเพศในพืช 1

จากการศึกษาแม้ว่าโครโมโซมจะเกี่ยวข้องในการบ่งบอกเพศของสิ่งมีชีวิตต่างๆ แต่ระบบของโครโมโซมเพศก็อาจแตกต่างไปตามชนิดของสิ่งมีชีวิตนั้น และการควบคุมบ่งบอกเพศยังมีปัจจัยอื่นๆ ประกอบอีกนอกเหนือไปจากโครโมโซมเพศ และในสิ่งมีชีวิตบางชนิดยังมีระบบการกำหนดเพศที่แปลกออกไป

สัตว์ที่มีโครโมโซมเพศเป็นตัวกำหนด

1. แบบ Heterogametic male เพศผู้มีการสร้างสเปิร์ม 2 แบบเนื่องจากโครโมโซมเพศ แต่เพศเมียจะสร้างไข่เพียงแบบเดียว แบ่งเป็น 2 กรณี คือ ระบบ XX/XO (เพศเมีย คือ XX เพศผู้ คือ XO) และระบบ XX/XY (เพศเมีย คือ XX เพศผู้ คือ XY)
2. แบบ Heterogametic female เพศเมียมีการสร้างไข่ได้ 2 แบบเนื่องจากโครโมโซมเพศ แต่เพศผู้จะสร้างสเปิร์มได้เพียงแบบเดียว แบ่งเป็น 2 กรณี คือ ระบบ ZO/ZZ (เพศเมีย คือ ZO เพศผู้ คือ ZZ) และระบบ ZW/ZZ (เพศเมีย คือ ZW เพศผู้ คือ ZZ)

พืชที่มีโครโมโซมเพศเป็นตัวกำหนด

พืชชั้นต่ำพวก Bryophyta ต้นแกมีโตไฟต์มีการแยกเพศเป็น 2 ต้น โดยมีโครโมโซมเพศเป็นตัวกำหนดเพศ คือ แกมีโตไฟต์ต้นผู้มีโครโมโซม Y ปรากฏ ส่วนคือ แกมีโตไฟต์ต้นเมียมีโครโมโซม X ปรากฏ พวกพืชไม้ดอก (Angiosperm) นั้น ในกรณีที่เป็นประเภทดอกสมบูรณ์ (Hermaphrodite plants) และพวกที่มีดอกตัวผู้และดอกตัวเมียอยู่บนต้นเดียวกัน (Monoecious plants) ทั้งสองประเภทนี้จะไม่ปรากฏโครโมโซมเพศเลย ทุกส่วนของเซลล์เนื้อเยื่อมีโครโมโซมเหมือนกัน กรณีที่จะมีการกำหนดเพศด้วยโครโมโซมนั้นจะพบเฉพาะในพืชที่มีเพศแยกต่างต้นกัน (Dioecious plants) คือ มีต้นตัวผู้ (Staminate) และต้นตัวเมีย (Pistillate) โดยระบบการควบคุมจะเป็นแบบ Heterogametic male ต้นตัวเมียจะมีโครโมโซมเพศเป็น XX ต้นตัวผู้มีโครโมโซมเพศเป็น XY (พืชดอกที่มีโครโมโซมเพศเป็นตัวกำหนดมีประมาณ 26 วงศ์ รวม 69 ชนิด) แต่ก็ไม่ใช่ Dioecious ทุกชนิดที่มีโครโมโซมเพศเป็นตัวกำหนดเพศ เช่น มะละกอ (Carica papaya) ที่ไม่ปรากฏว่ามีโครโมโซมเพศเลย

กลไกการกำหนดเพศในพืชบก

การกำหนดเพศ เป็นกระบวนการที่ทำให้เกิดการแบ่งแยกโครงสร้างที่ใช้สร้างเซลล์สืบพันธุ์ของเพศผู้และเพศเมียที่แตกต่างกันเฉพาะสปีชีส์ แม้ว่าจะเป็นสปีชีส์ที่สืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเหมือนกัน แต่แบ่งเป็น 3 รูปแบบคือ มี 2 เพศแยกกันคนละต้น (Dioecious) มี 2 เพศในต้นเดียวกัน (Monoecious) และมี 2 เพศในดอกเดียวกัน (Hermaphodrite หรือ Pecfect flower) ซึ่งเป็นรูปแบบที่พบมากที่สุด ในพืชกลุ่มที่มีเมล็ดและมีเปลือกหุ้มเมล็ด (Angiosperm) กลไกการกำหนดเพศที่แสดงคือ มี 2 เพศในต้นเดียวกัน (Monoecious) ดอกเป็นแบบ 1 ดอก มี 1 เพศ (Unisexual) ซึ่งพืชแบบนี้มีจำนวนน้อย ส่วนอีกแบบคือ 1 ดอก มี 1 เพศ (Unisexual) เหมือน Monoecious แต่ 2 เพศแยกกันคนละต้น (Dioecious) ส่วนในพืชไร้ดอก (Non – flowering plant) และมีการสร้างสปอร์แบบเดียว (Homosporous) การกำหนดเพศจะแสดงในระยะแกมีโตไฟต์ โดยการสร้างเซลล์ไข่หรืออสุจิแยกกันแต่ละแกมีโตไฟต์ การกำหนดเพศในพืชมีความแตกต่างกัน เช่น ใช้โครโมโซมเพศเป็นตัวกำหนด เช่นMarchantia polymorphaและSilene latifoliaควบคุมโดยฮอร์โมน เช่นZea maysและCucumis sativaและฟีโรโมนที่ปล่อยออกมา เช่นCeratopteris richardii และในขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังนำความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับพันธุศาสตร์และพันธุศาสตร์โมเลกุลเข้ามาใช้จำแนกเพศพืชหลายสปีชีส์ที่แยกเพศคนละต้นหรือดอก ซึ่งมีตัวอย่างพืชบกหลายวงศ์ที่มีวิวัฒนาการต่างกัน และเป็นสิ่งสำคัญที่จะเข้าใจถึงความแตกต่างในเรื่องของกลไกการกำหนดเพศ

พืชเริ่มมีวิวัฒนาการขึ้นมาบนบก เมื่อประมาณ 500 ล้านปีมาแล้ว ในยุคต้นๆ มีกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงจำนวนมากดับสูญไปในขั้นตอนของการวิวัฒนาการ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้ผลิตออกซิเจนทำให้ชั้นบรรยากาศโลกเกิดการเปลี่ยนแปลง เหนือผิวโลกขึ้นไปพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้เปลี่ยนออกซิเจนที่มีปริมาณมากให้เป็นชั้นโอโซน เปรียบเสมือนเกราะป้องกันอันตรายจากแสงอัลตราไวโอเลต ทำให้สิ่งมีชีวิตเกิดวิวัฒนาการขึ้นมาอยู่บนผิวน้ำและโคลนได้สำเร็จ ซึ่งหมายถึงสาหร่ายที่ต่อมาได้วิวัฒนาการเป็นพืชขึ้นมาอยู่บนบก โครงสร้างที่เกี่ยวกับการดูดซึมที่อยู่ใต้ดินจะพัฒนาและเปลี่ยนแปลงมาเป็นระบบราก โครงสร้างที่อยู่เหนือดินจะพัฒนาเป็นระบบยอด มีลำต้นและใบทำหน้าที่รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ

ในวัฏจักรชีวิตของพืชประกอบด้วยระยะแกมีโตไฟต์ (Gametophyte) สลับกับระยะสปอโรไฟต์ (Sporophyte) แต่ละแกมีโตไฟต์จะเป็นโครงสร้างที่มีโครโมโซมหนึ่งชุด และผลิตเซลล์สืบพันธุ์ที่มีโครโมโซมชุดเดียว เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเพศเมียจะรวมกันในช่วงการปฎิสนธิและได้ไซโกต ซึ่งเป็นการเริ่มต้นของระยะสปอโรไฟต์ ต้นสปอโรไฟต์เป็นโครงสร้างที่มีหลายเซลล์ จะมีการสร้างสปอร์ (Spore) โดยวิธีไมโอซิส สปอร์เป็นโครงสร้างที่พักตัว ผนังมีรูปแบบเฉพาะ และช่วยทำให้รอดพ้นอันตรายจากสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม หลังจากสปอร์งอกแล้วพืชก็จะเจริญและพัฒนาไปเป็นต้นระยะแกมีโตไฟต์ แต่เมื่อพืชปรับตัวมาอยุ่บนพื้นดินที่แห้ง การสร้างสปอร์ย่อมจะมีปัญหา ระยะสปอโรไฟต์ได้กลายเป็นระยะที่เด่นในวัฏจักรชีวิต พืชมีวิวัฒนาการมาเป็นไม้พุ่ม ไม้ต้น และต้นสปอโรไฟต์ของพืชอื่นๆ ที่มีผิวเคลือบคิวทิน มีเนื้อเยื่อท่อลำเลียงที่ซับซ้อน และมีโครงสร้างที่สร้างสปอร์ เรียกว่า อับสปอร์ (Capsule หรือ Sporangium) ระยะเวลาของการปฏิสนธิและการแพร่กระจายสปอร์ก็จะมีการปรับตัวตามฤดูกาล พืชบกปัจจุบันจะมีการเก็บสะสมอาหารและป้องกันอันตรายต่อต้นแกมีโตไฟต์ และเอมบริโอของระยะสปอโรไฟต์ขณะที่มีการเจริญและพัฒนา

อาณาจักรพืช (Kingdom Plantae หรือ Metaphyta) แบ่งเป็น 2 พวก โดยใช้การมีระบบท่อลำเลียง (Vascular system) เป็นเกณฑ์คือ

1. กลุ่มไบรโอไฟต์ (Bryophytes) เป็นกลุ่มที่ไม่มีระบบท่อลำเลียง (Nonvascular plants) มี 1 ดิวิชัน (pision) คือ pision Bryophyta ได้แก่ มอส ลิเวอร์เวิอร์ต และฮอร์นเวิอร์ต
2. กลุ่มเทรคีโอไฟต์ (Tracheophytes) เป็นกลุ่มที่มีระบบท่อลำเลียง (Vascular plants) แบ่งเป็น 2 กลุ่มย่อย คือ

2.1 พืชที่มีระบบท่อลำเลียง ไม่มีเมล็ด (Seedless vascular plants) เป็นกลุ่มพืชที่ส่วนใหญ่สปอโรไฟต์มักมีขนาดเล็ก เจริญในที่ชื้นมีร่มเงา การปฏิสนธิต้องอาศัยน้ำเป็นสื่อให้เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ (Sperm) ว่ายเข้าไปผสมกับไข่ (Egg) พืชกลุ่มนี้ประกอบด้วย 4 pision คือ

2.1.1 pision Psilophyta ได้แก่ หวายทะนอย

2.1.2 pision Sphenophyta ได้แก่ สนหางม้าหรือหญ้าถอดปล้อง

2.1.3 pision Lycophyta ได้แก่ ช้องนางคลี่ สร้อยสุกรม หางสิงห์ สามร้อยยอด หญ้ารังไก่หรือพ่อค้าตีเมีย

2.1.4 pision Pterophyta ได้แก่ เฟิร์น

2.2 พืชที่มีระบบท่อลำเลียง มีเมล็ด (Seed vascular plants) แบ่งเป็น 2 กลุ่มคือ

2.2.1 จิมโนสเปิร์ม (Gymnosperm) เป็นกลุ่มของพืชมีเมล็ดที่เมล็ดไม่มีส่วนห่อหุ้ม (Naked seeds) ได้แก่

2.2.1.1 pision Cycadophyta ได้แก่ ปรง

2.2.1.2 pision Coniferophyta ได้แก่ กลุ่มสน

2.2.1.3 pision Ginkgophyta ได้แก่ แป๊ะก๊วย

2.2.1.4 pision Gnetophyta ได้แก่ Gnetum

2.2.2 แองจิโอสเปิร์ม (Angiosperm) เป็นกลุ่มของพืชมีเมล็ดที่เมล็ดถูกห่อหุ้มด้วยผล (Fruit) หรือพืชดอก (Flowering plants) ซึ่งมีวิวัฒนาการสูงสุดในบรรดาพืชที่มีเมล็ดทั้งหมด และมีจำนวนมากที่สุด ถูกจัดให้อยู่ใน pision Magnoliophyta แบ่งเป็น 2 กลุ่มในระดับ Class คือ

2.2.2.1 Class Liliopsida เป็นพืชใบเลี้ยงเดี่ยว เช่น ข้าว ข้าวโพด หญ้า อ้อย

2.2.2.2 Class Magnoliopsida เป็นพืชใบเลี้ยงคู่ เช่น ถั่ว มะม่วง ชบา

2.1 พืชที่มีระบบท่อลำเลียง ไม่มีเมล็ด (Seedless vascular plants) เป็นกลุ่มพืชที่ส่วนใหญ่สปอโรไฟต์มักมีขนาดเล็ก เจริญในที่ชื้นมีร่มเงา การปฏิสนธิต้องอาศัยน้ำเป็นสื่อให้เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ (Sperm) ว่ายเข้าไปผสมกับไข่ (Egg) พืชกลุ่มนี้ประกอบด้วย 4 pision คือ

อาณาจักรพืช(Kingdom PlantaeหรือMetaphyta)แบ่งเป็น2พวก โดยใช้การมีระบบท่อลำเลียง(Vascular system)เป็นเกณฑ์คือ

1. กลุ่มไบรโอไฟต์(Bryophytes)เป็นกลุ่มที่ไม่มีระบบท่อลำเลียง(Nonvascular plants)มี1ดิวิชัน(pision)คือpision Bryophytaได้แก่ มอส ลิเวอร์เวิอร์ต และฮอร์นเวิอร์ต
2. กลุ่มเทรคีโอไฟต์(Tracheophytes)เป็นกลุ่มที่มีระบบท่อลำเลียง(Vascular plants)แบ่งเป็น2กลุ่มย่อย คือ

2.1.1pision Psilophytaได้แก่ หวายทะนอย

2.1.2pision Sphenophytaได้แก่ สนหางม้าหรือหญ้าถอดปล้อง

2.1.3pision Lycophytaได้แก่ ช้องนางคลี่ สร้อยสุกรม หางสิงห์ สามร้อยยอด หญ้ารังไก่หรือพ่อค้าตีเมีย

2.1.4pision Pterophytaได้แก่ เฟิร์น

2.2พืชที่มีระบบท่อลำเลียง มีเมล็ด(Seed vascular plants)แบ่งเป็น2กลุ่มคือ

2.2.1จิมโนสเปิร์ม(Gymnosperm)เป็นกลุ่มของพืชมีเมล็ดที่เมล็ดไม่มีส่วนห่อหุ้ม(Naked seeds)ได้แก่

2.2.1.1pision Cycadophytaได้แก่ ปรง

2.2.1.2pision Coniferophytaได้แก่ กลุ่มสน

2.2.1.3pision Ginkgophytaได้แก่ แป๊ะก๊วย

2.2.1.4pision Gnetophytaได้แก่Gnetum

2.2.2แองจิโอสเปิร์ม(Angiosperm)เป็นกลุ่มของพืชมีเมล็ดที่เมล็ดถูกห่อหุ้มด้วยผล(Fruit)หรือพืชดอก(Flowering plants)ซึ่งมีวิวัฒนาการสูงสุดในบรรดาพืชที่มีเมล็ดทั้งหมด และมีจำนวนมากที่สุด ถูกจัดให้อยู่ในpision Magnoliophytaแบ่งเป็น2กลุ่มในระดับClassคือ

2.2.2.1Class Liliopsidaเป็นพืชใบเลี้ยงเดี่ยว เช่น ข้าว ข้าวโพด หญ้า อ้อย

2.2.2.2Class Magnoliopsidaเป็นพืชใบเลี้ยงคู่ เช่น ถั่ว มะม่วง ชบา