Sistem reproduksi pada tumbuhan biji (Spematophyta) umumnya melewati dua peristiwa penting, yaitu: penyerbukan dan pembuahan. Penyerbukan adalah peristiwa sampainya serbuk sari yang membawa sel gamet jantan di kepala putik yang mengandung sel gamet betina pada tumbuhan berbiji tertutup (Angiospermae) dan sampainya serbuk sari pada tetes penyerbukan pada tumbuhan berbiji terbuka (Gymnospermae).

Sementara pembuahan adalah peristiwa meleburnya sel gamet jantan dan sel gamet betina. Peristiwa pembuahan terjadi setelah berlangsungnya proses penyerbukan. Terdapat perbedaan dalam proses reproduksi tumbuhan biji terbuka dan tumbuhan biji tertutup. Baik dalam proses penyerbukan maupun pada proses pembuahan. Perbedaan ini sangat dipengaruhi oleh morfologi alat reproduksinya yang juga berbeda.

Tumbuhan Biji Terbuka (Gymnospermae)

Alat reproduksi generatif pada tanaman biji terbuka terdapat daun yang mendukung spora, seperti pada tumbuhan paku. Alat reproduksi tersebut terdiri atas mikrosporofil yang tersusun dalan runjung (strobilus) jantan dan makrosporofil yang tersusun dalam runjung (strobilus) betina.

Tumbuhan Gymnospermae belum memiliki bunga yang sesungguhnya. Yang dimaksud dengan alat reproduksi hanyalah kantong-kantong serbuksari yang dihubungkan dengan lingkungan luar melalui lubang yang disebut dengan mikropil.
Pada tumbuhan berdaun jarum (konifer) seperti tumbuhan pinus, alat kelamin jantan dan betina dihasilkan di dalam runjung. Tumbuhan ini bersifat heterospore. Artinya gamet jantan (mikrospora) dan gamet betina (makrospora) dihasilkan dalam satu tanaman namun terletak pada runjung yang berbeda. Mikrospora akan tumbuh menjadi dua mikrosporangia di dalam setiap runjung jantan. Sementara makrospora juga akan tumbuh menjadi dua makrosporangia dalam setiap runjung betina. Runjung jantan disebut dengan mikrosporofil karena memiliki ukuran yang lebih kecil dari pada runjung betina yang disebut dengan makrosporofil.

Proses penyerbukan lepasnya mikrospora yang bersayap sepasang dari runjung jantan. Apabila mikrospora berhasil menempel pada titik penyerbukan, peristiwa inilah yang disebut dengan penyerbukan pada tumbuhan berbiji terbuka.
Serbuk sari yang menempel pada titik penyerbukan akan ditarik masuk melalui mikrofil ke dalam ruang bakal biji. Dalam ruangan ini serbuk sari akan tumbuh menjadi buluh serbuk yang memiliki kemampuan menembus jaringan pelindung megaspora yang disebut dengan nuselus.

Kapan pembuahan terjadi? Pembuahan baru terjadi lebih kurang satu tahun setelah penyerbukan. Selama waktu tersebut, megaspora yang terdapat dalam nuselus melakukan meiosis dan menghasilkan empat sel haploid. Tiga sel haploid berkembang menjadi dua arkegonium, masing-masingnya mengandung sel telur yang siap dibuahi. Satu sel haploid yang lain tetap bertahan sebagai megaspora dan selanjutnya melakukan pembelahan berkali-kali hingga membentuk gametofit betina yang belum dewasa.

Ketika sel telur sudah siap dibuahi, buluh serbuk sari akan bergerak ke arah arkegonium. Pada saat bersamaan, sel generatif membelah menjadi dua yaitu pertama disebut sel dinding (diskulator) dan yang kedua disebut spermatogen. Sel spermatogen ini kemudian membelah lagi menjadi dua spermatozoid yang berbentuk seperti rumah siput dan memiliki rambut getar yang tersusun dalam suatu spiral.

Ketika buluh sari sampai di ruang arkegonium, spermatozoid akan dilepaskan. Spermatozoid akan berenang dengan bebas di dalam ruangan arkegonium yang penuh dengan cairan. Jika spermatozoid bertemu dengan sel telur, terjadilah pembuahan sel telur oleh spermatozoid. Pembuahan ini akan mengahasilkan zigot sebagai calon embrio.

Pembuahan pada kelompok tumbuhan Gymnospermae ini disebut dengan pembuahan tunggal. Karena pembuahan hanya terjadi satu kali yaitu pembuahan antara spermatozoid dan sel telur.
Tumbuhan Biji Tertutup (Angiospermae)

Pada Angiospermae, organ reproduksinya adalah bunga. Bunga memiliki alat kelamin jantan yang disebut dengan benang sari dan alat kelamin betina yang disebut dengan putik. Alat kelamin jantan dan betina terkadang berada dalam satu bunga. Bunga yang memiliki alat kelamin jantan dan betina dalam satu bunga disebut bunga lengkap. Terkadang alat kelamin jantan dan betina berada pada bunga berbeda. Bunga yang memiliki benang sari disebut dengan bunga jantan. Sementara bunga yang hanya memiliki putik disebut dengan bunga betina.

a.    Pembentukan sel gamet jantan

Benang sari terdiri atas kepala sari (anthera), tangkai sari (filamen) dan penghubung ruang sari (connectivum). Kepala sari memiliki ruang-ruang yang disebut dengan theca. Jumlah ruang sari masing-masing spesies berbeda Di dalam ruang sari inilah gamet jantan (serbuk sari) dibentuk. Gamet jantan disebut juga dengan mikrosporofit.

Setiap ruang sari mengandung sejumlah mikrosporofit yang bersifat diploid. Masing-masing mikrosporofit akan mengalami pembelahan secara miosis menjadi empat mikrospora. Setiap mikrospora selanjutnya berkembang menjadi mikrospora dewasa, inilah yang disebut dengan serbuk sari. Setiap butir serbuk sari mengandung satu inti generatif dan satu sel tabung yang siap untuk membuahi sel gamet betina.

b.    Pembentukan sel gamet betina

Bagian-bagian putik terdiri atas kepala putik (stigma), tangkai putik (stilus) dan ovarium yang berisi bakal biji (ovum) dan masing-masing memiliki fungsi tersendiri. Kepala putik berfungsi sebagai tempat menempelnya sebuk sari. Kemudian tangkai putik berfungsi sebagai tempat lewatnya buluh serbuk menuju ovarium. Dan ovarium adalah tempat pembentukan sel gamet betina yang disebut juga dengan sel megaspora.

Sel megaspora juga membelah secara miosis menjadi empat sel. Dari empat sel ini hanya satu yang tetap bertahan menjadi megaspora. Inti sel megaspora ini kemudian membelah menjadi dua. Selanjutnya setiap inti membelah lagi dua kali berturut-turur, sehingga akhirnya terbentuk delapan inti.

Dari delapan sel inti ini tiga sel bergerak ke bagian dinding disebut dengan antipoda. Tiga inti lainnya mendekatkan diri pada daerah mikropil dan satu inti menuju ke tengah. Dua inti yang bergerak ke tengah kemudian melebur menjadi satu inti diploid (2n) dan dinamakan inti kandung lembaga sekunder (inti polar).

c.    Penyerbukan dan pembuahan

Proses penyerbukan ditandai dengan melekatnya serbuk sari pada kepala putik. Kepala putik mengeluarkan sejenis zat perekat sehingga setiap serbuk sari yang jatuh di atasnya akan lengket. Serbuk sari yang lengket pada kepala putik akan tumbuh menjadi buluh serbuk sari. Dengan gerak kemotrapi kemudian buluh serbuk ini akan bergerak ke arah bakal biji yang berada di dalam bakal buah.

Buluh serbuk sari mengandung sel generatif dan sel vegetatif. Sel generatif ini akan mengalami pembelahan secara miosis membentuk dua sperma (gamet jantan) dan sel vegetatif tetap atau tidak mengalami pembelahan. Buluh serbuk sari ini jumlahnya banyak dan semua bergerak menuju bakal biji. Ketika buluh serbuk mencapai mikropil, maka inti generatif akan masuk dan terjadilah pembuahan sel telur oleh salah satu sel sperma. Sementara sel vegetatif akan mengalami degenerasi dan akhirnya lenyap.

Sel telur yang berhasil dibuahi oleh sel sperma akan tumbuh menjadi embrio. Sementara itu sel lembaga sekunder akan dibuahi oleh sel sperma lain membentuk endosperma. Endosperma ini nantinya akan berfungsi sebagai cadangan makanan bagi embrio. Artinya terjadi dua kali pembuahan oleh sel sperma yaitu pembuahan sel telur dan pembuahan sel lembaga sekunder. Sehingga pembuahan pada tumbuhan angiosperma disebut juga dengan pembuahan ganda.

Uniknya, pada tumbuhan angiosperma terbentuknya embrio tidak selalu harus melalui proses peleburan sel sperma dan sel ovum. Sehingga, pada tumbuhan angiospermae dikenal juga istilah amfimiksis dan apomiksis yang menunjukkan tentang bagaimana proses pembentukan embrio biji. Amfimiksis adalah proses terbentuknya embrio melalui peleburan sel sperma dan sel ovum. Sementara pada apomiksis proses pembentukan embrio tidak melalui peleburan sel sperma dan sel ovum.
Pada apomiksis dikenal lagi beberapa istilah berikut, yaitu:

a.    Partenogenesis, yaitu embrio terbentuk dari sel telur tanpa dibuahi oleh spermatozoid.

b.    Apogami, yaitu embrio terbentuk dari bagian-bagian lain dari kandung lembaga tanpa perkawinan. Misalnya dari antipoda dan sinergid.

c.    Embrio adventif, yaitu pembentukan embrio dari sel-sel lain selain kandung lembaga.

Peristiwa apomiksis ditandai dengan terbentuknya lebih dari satu embrio dalam satu biji atau dikenal dengan istilah poliembrioni. Poliembrioni bisa ditemukan pada tanaman jeruk, mangga dan duku.

Untuk dapat menghasilkan buah, tumbuhan biji tentu saja mengalami proses reproduksi. Bertemunya sel jantan dan betina yang dibawa oleh benang sari dan putik adalah proses umum terjadinya reproduksi pada tumbuhan biji. Jika hal ini tidak terjadi, tidak akan ada penyerbukan, dan buah pun tidak akan dapat dihasilkan.