Одна из самых удивительных загадок природы состоит в том, что в результате слияния при оплодотворении двух простых клеток, в которых нет никаких зачатков зародышей органов и признаков будущего организма, образуется зигота, воспроизводящая сложно организованную особь нового поколения.
Сигналом для начала деления воспроизводящей клетки и развития нового организма служит проникновение в яйцеклетку сперматозоида (спермия у растений) или действие какого-либо внешнего фактора, чаще всего наступление определенной температуры. В результате большого числа последовательно проходящих митотических делений воспроизводящей клетки совершаются превращения, приводящие к дифференциации тканей зародыша и воспроизведению в строгой последовательности органов, признаков и свойств организма.
Жизненный цикл покрытосеменного растения осуществляется в процессе формирования и развития органов, то есть органогенеза, когда последовательно реализуется наследственная информация, запрограммированная в генотипе организма. Основные этапы органогенеза следующие: развитие зародыша, формирование семени, развитие почки, затем листа, корня, стебля и репродуктивных органов
Индивидуальное развитие, или онтогенез — следствие и отражение длительного исторического процесса взаимосвязи организма с внешней средой. Этот процесс закрепляется в генотипе организма. Индивидуальное развитие начинается с оплодотворенной яйцеклетки и продолжается до смерти организма. Оно осуществляется на основе генотипа в определенных условиях внешней среды. В онтогенезе происходит дифференциация соматических тканей, при этом клетки претерпевают изменения, однородность их ядра и хромосом в большинстве случаев утрачивается.
Зигота содержит «записанную» в структуре молекул ДНК программу развития будущего организма. Развивающиеся из нее дочерние клетки получают информацию, которая позволяет им во взаимодействии с условиями внешней среды вырасти в заранее предопределенный организм. Например, в одинаковых условиях выращивания ржи и пшеницы будет реализоваться наследственность, присущая этим двум родам растений. В любых условиях, если они не вызывают гибели организма, зигота пшеницы развивается в растение пшеницы, а оплодотворенная яйцеклетка ржи дает рожь.
Однако признаки, свойственные данному виду или сорту растений, в процессе онтогенеза под влиянием различных внешних условий могут сильно изменяться, но наследование этих признаков невозможно, так как все они исчезают вместе со смертью организма.
В каждом новом поколении признаки развиваются заново на основе передачи наследственных молекулярных структур — генов. Новые признаки и свойства возникают у организмов лишь в результате изменения генетического материала воспроизводящих клеток.
Онтогенез, несмотря на его целостность, складывается из последовательно проходящих морфологических и физиологических процессов, выражающихся в изменении характера роста, биохимических, физиологических превращений и дифференциации тканей и органов.
И. В. Мичурин один из первых обратил внимание на то, что растения проходят в своем развитии ряд различных этапов. Это свойство онтогенеза он успешно использовал для разработки метода воспитания гибридов многолетних плодовых растений в течение их индивидуального развития. Таким путем ему удавалось, используя сложную гибридную природу сеянцев плодовых растений, придавать им нужные хозяйственно ценные свойства.
Овладение процессом управления индивидуальным развитием организмов — одна из важнейших задач генетики. Для успешного ее решения необходимо изучение норм реакции и характера действия различных факторов среды на реализацию наследственной основы определенных генотипов, что позволит вскрыть новые возможности значительного повышения урожайности растений.