BIOL 3052 - Plantas con Semillasacademic.uprm.edu/fbird/Biol 3052/3052-2016-cap-30-ppt.pdf · las plantas con semillas Origen de las Gimnospermas • El origen de las plantas vasculares

BIOL 3052 - Plantas con Semillas

Dr. Fernando J. Bird-Picó - 2016 1

Plantas con SemillasCapítulo 30

Dr. Fernando J. Bird-PicóDepartamento de Biología

Recinto Universitario de Mayagüez

Plantas con semillas

• Evolucionaron hace más de 360 millones de años,

• Sus gametofitos son pequeños y dependientes del esporofito;

• no necesitan de agua para el transporte de los gametos,

• Todas las gimnospermas y angiospermas son heterospóricas , produciendo dos tipos de esporas: microsporas y megaespora ; y

• el embrión tiene a su disposición una reserva de alimento dentro de la cubierta de la semilla.

Mayor dificultad de adaptación al medio ambiente terrestre:

• la dependencia que tiene el gametofito de agua para su reproducción (gametos flagelados).

• Que se deshidrate el embrión durante su desarrollo en el arquegonio

Plantas con semillas superan dificultades:

• hay gametofitos ♂ y gametofitos ♀ ;• tanto uno como otro viven dentro de la

espora que les da origen;• el gameto ♂ no tiene que nadar pues el

gametofito ♂ viaja por el aire dentro de la espora. Un gametofito ♂ dentro de la pared de la espora que le dio origen es lo que se llama grano de polen .



Tendencia evolutivaFigure 30.2

PLANT GROUP

Seed plants (gymnosperms and angiosperms)

Reduced (usually microscopic), dependent onsurrounding sporophyte tissue for nutrition

Dominant

Gymnosperm Angiosperm

Microscopic femalegametophytes ( n)inside ovulate cone

Microscopic femalegametophytes ( n)inside these partsof flowers

Microscopicmalegametophytes(n) inside pollencone

Microscopicmalegametophytes(n) inside these partsof flowers

Sporophyte(2n)

Dominant

Sporophyte(2n)

Reduced, dependenton gametophyte fornutrition

Gametophyte(n)

Example

Sporophyte

DominantGametophyte

Mosses and othernonvascular plants

Ferns andother seedlessvascular plants

Reduced,Independent(photosyntheticand free-living)

Gametophyte(n)

Sporophyte (2 n) Sporophyte (2 n)

De óvulo a semillaFigure 30.3-3

Immatureovulate cone

Integument (2 n)

Megaspore ( n)

Spore wall

Megasporangium(2n)

Pollengrain ( n)Micropyle

(a) Unfertilized ovule (b) Fertilized ovule

Malegametophyte ( n)

Pollen tube

Dischargedsperm nucleus(n)

Egg nucleus(n)

Femalegametophyte ( n)

Seed coat

Sporewall

Foodsupply(n)

Embryo (2 n)

(c) Gymnosperm seed

Semilla



Estructura de la Semilla

• Las plantas terrestres con semillas logran proteger mejor al embrión. Esta es la diferencia principal entre plantas y algas.

Estructura de la Semilla

• el huevo (que da origen al embrión) está dentro del arquegonio , que está dentro del gametofito , que está dentro de la espora , que permanece dentro del esporangio , que a su vez está protegido por una [gimnospermas] o dos [angiospermas] capas nuevas (no las hay en los grupos más primitivos) llamadas integumentos

Estructura de la Semilla Gimnospermas

• Gimnospermas (gymnos = desnudas, sperma = semilla; semillas desnudas y sin fruto)

• Forman las semillas en conos ♀ y los granos de polen en conos ♂.

• Estos conos pueden estar en una misma planta (monoicas ) o en plantas separadas (dioicas ).



Gimnospermas

• Encontramos unos cuatro filos asociados a este grupo de plantas.

• Hay unas 550 especies de gimnospermas en el mundo;

• el 80% de la madera utilizada por los humanos proviene de las Coniferophyta en las gimnospermas.

Fig. 28-2, p. 602

Gimnospermas

Cyc

adas

Gin

kgos

Con

ifera

s

Gne

tofit

as

Ang

iosp

erm

as

Evolución de plantas con flores

Evolución de semillas

Filogenia de las plantas

con semillas

Origen de las Gimnospermas

• El origen de las plantas vasculares con semillas se encuentra en un grupo de plantas vasculares sin semillas, denominado las progimnospermas ,

• Poseían megafilas (hojas grandes) y tejido leñoso moderno.

• Pudieron haber dado origen a las coníferas y también a los helechos con semillas [F. Pterido-spermophyta : fósiles].

• De estos helechos con semilla se cree que evolucionaron las Cicadophyta y las Gingkophyta



Evolución de las Gimnospernas

Archaeopteris

Emplectopteris

Filo Coniferophyta

• son plantas leñosas (árboles o arbustos) que producen semillas en conos.

• Mayoría son monoicas (conos ♀ y conos ♂ en el mismo árbol).

• Flora dominante en lugares templados y fríos (hemisferio norte y partes de América del Sur, Australia y Malasia.

• Ciclo de vida del pino se considera como el típico de las coníferas

Sequoia

Douglas firciprés



Ciclo de Vida del

Pino• el cono ♂ tiene

microesporófilas(se asemejan a hojas) que poseen microesporangios , los cuales contienen los microsporocitos .

Ciclo de Vida del Pino• Estos microsporocitos llevan a cabo

meyósis para producir microsporas haploides las cuales se desarrollan en el gametofito ♂reducido, llamado el grano de polen. Estos granos de polen son acarreados por el viento hasta los conos femeninos

• Granos de polen

• Cono estaminado o de polen (♂)

Figure 30.4

Ovule

Megasporocyte (2 n)

Megasporangium(2n)

Survivingmegaspore ( n)

Germinatingpollen grain

Microsporangium (2 n)

ArchegoniumFemalegametophyte

Spermnucleus ( n)

Pollentube Key

Seedcoat (2 n)

Foodreserves

Seeds

SeedlingMicrosporangia

Embryo(new sporophyte)(2n) Egg

nucleus ( n)

FERTILIZATIONHaploid ( n)Diploid (2 n)

MEIOSISMEIOSIS

Pollen grains ( n)

IntegumentOvulate conePollen coneMicrosporocytes

(2n)Maturesporophyte(2n)



Ciclo de Vida del Pino

• El cono ♀ (leñoso) posee megasporangios , los cuales contienen megasporocitos .

• Estos últimos llevan a cabo meyósis y producen 4 megasporas , tres de las cuales se degeneran y la restante se desarrolla en el gametofito ♀ .

• Este gametofito produce un óvulo en cada uno de los arquegonios. Este cono se abre al momento de ser liberados los granos de polen, que caen entre las pestañas (escamas) de los conos y se adhieren a una gota de fluido en la base de la pestaña.

• Conos femenino (der)

• Cono ovulado (abajo)


• A medida que se evapora esta gota, se acerca el grano de polen al megasporangio y se cierra la base de la pestaña atrapando al grano de polen.

• Este grano de polen germina y crece un tubo polínico dentro del gametofito ♀ .

• La célula dentro del grano de polen se divide y da a lugar a dos células espermáticas sin flagelos, que migran a lo largo del tubo polínico dentro del gametofito ♀ : una de estas células espermáticas fecunda al óvulo y se forma el cigoto; la otra se degenera.




• El remanente del tejido del gametofito ♀(haploide) será reserva de alimento en la semilla madura para apoyar al embrión en su germinación, hasta tanto desarrolle su primer órgano fotosintético

Embrión en semilla de pino

Wollemia: Fósil viviente Filo Cycadophyta

• género Zamia en Puerto Rico, con dos especies.

• Parecen palmas o helechos, • Son dioicos (plantas machos y plantas

hembras). • Ciclo de vida parecido a las coniferophyta. • Muy abundantes en el Mesozoico, hoy en

día el número de especies en el mundo es menor



Cycadophyta

Fig. 30-5a

Cycas revolutaCycas revoluta

Cycadophyta Cycadophyta hembra del Sur de África, cuyo tronco puede medir hasta 9

metros y cuyos conos tienen

un largo de 0.8 metros



Filo Gingkophyta

• Gingko biloba, único representante viviente

• Utilizado como árbol ornamental en los países templados.

• Son de hojas deciduas • Son dioicos (producen árboles machos y

hembras separados),• Poseen célula espermática flagelada

como vestigio, pues también tienen polen.

Célula flagelada vestigial

Filo Ginkgophyta

• Producen semilla carnosa directamente en las ramas.

• Extractos de sus semillas y hojas se utilizan en la medicina naturista como agente que tiene funciones cerebrales, atribuyéndosele el mejorar la memoria. Este efecto se ha comprobado molecularmente en años recientes.

Gametofito masculino

Ginkgo biloba



Ginkgo bilobaGametofito femenino

Semilla carnosa de Ginkgo biloba

Filo Gnetophyta

• Incluye gimnospermas poco usuales, con unas 70 especies divididas en tres géneros (Gnetum , Ephedra , Welwitschia ).

• Poseen células de xilema que se asemejan los elementos de vaso de las angiospermas,

• Sus racimos de conos reproductivos se asemejan a las flores de las angiospermas.

Filo Gnetophyta

• Poseen células de xilema que se asemejan a los elementos de vaso de las angiospermas



Filo Gnetophyta

• Pero esta evidencia no es conclusiva, y la relación de estos grupos con las angiospermas se sigue debatiendo.

• Ephedra: se obtiene efedrina para combatir el asma y como estimulante.

• Hace poco fue controvertible pues en las tiendas de productos naturales se vendían pastillas de extractos de esta planta como estimulantes, y ocasionó la muerte en algunas personas.

Filo Gnetophyta: Ephedra

Filo Gnetophyta: Gnetum Filo Gnetophyta: Welwitschia



Fig. 30-5g

Welwitschia

Conos OvuladosFilo Anthophyta: Angiospermas

• Del griego anthos = flor• Forman semillas y polen en la flor. • El polen se forma en sacos llamados

anteras• Las semillas dentro de un envase (angio =

envase; sperma = semilla) llamado pistilo . • Según el huevo se convierte en cigoto, el

óvulo se convierte en semilla y el pistilo se convierte en fruto.

Figure 30.14

Microsporangia(containmicrospores)

Ovules

Most recent commonancestor of all livingangiosperms

(a) A close relative of theangiosperms?

(b) Angiosperm phylogeny

Millions of years ago300 250 200 150 100 50 0

Eudicots

Monocots

Magnoliids

Star anise andrelatives

Water lilies

Amborella

Bennettitales

Livinggymnosperms

Filo Anthophyta: Angiospermas

• Hay unas 250,000 especies descritas de angiospermas, con nuevas especies añadidas anualmente provenientes de zonas tropicales que han sido poco estudiadas



Clades en las Angiospermas

Dicotiledónea viviente más cercana al ancestro de todas las Angiospermas

Estructuras de la Flor

• Sépalos :

estructuras más externas de la flor; forman el cáliz , que encierra y protege todas las partes florales. Usualmente de color verde, pero puede ser de otros colores dependiendo de la especie de organismo

• Pétalos :

estructuras internas al cáliz, que forman la corola de la flor. De colores vivos en las plantas cuyas flores abren durante el día; blancas (no siempre) en plantas cuyas flores abren de noche



• Estambres :estructura reproductiva masculina de la flor, compuesta por el filamento que sostiene las anteras que son las que tienen los granos de polen . Cada uno de estos granos de polen (son binucleados) contiene en su interior las células espermáticas

• Pistilo :estructura reproductiva femenina de la flor; compuesto de ovario , estiloy estigma(recepción de grano de polen). Estas estructuras se derivan de uno o mas carpelos(esporofilas)

Hipótesis sobre origen de carpelo

Carpelo de Drimys piperita



Flor de guisante Ciclo Reproductivo Angiospermas

• Son heterospóricas:– En el interior de la flor, producen:

• Microesporas : granos de pólen

• Megaesporas : produce saco embrionario– Los óvulos dentro de los ovarios llevan a cabo meyósis

– Cada uno de ellos produce 4 megasporas , de las cuales 3 se desintegran, la restante se divide por mitosis tres veces para producir el saco embrionario (gametofito ♀) que consta de 7 células, una de las cuales posee dos núcleos:

image.tutorvista.com

Gametofito femenino



Fecundación doble

• El grano de polen germina en el estigma del pistilo, creciendo un tubo polínico a lo largo del interior del estilo y hasta llegar al saco embrionario.

• Uno de los núcleos controla el crecimiento del tubo polínico, el otro se divide mitóticamente para formas dos (2) células espermáticas:

Granos de Polen

www.nicerweb.com



Fecundación Doble Fecundación Doble

Fecundación doble

• una de ellas fecunda el óvulo, la otra fecunda la célula gigante con 2 núcleos formando tejido nutritivo triploide en grandes cantidades (reserva de alimento o endospermo).

• Se le conoce como doble fecundación y es único de las plantas angiospermas

Fecundación Doble



Fecundación Doble

www.nature.com

Fig. 30-10-4

MEIOSIS

Key

MicrosporangiumMicrosporocytes (2 n)

Generative cell

Anther

Tube cell

Pollengrains

Microspore(n)

Male gametophyte(in pollen grain)(n)

Mature flower onsporophyte plant(2n)

Haploid ( n)Diploid (2 n)

MEIOSIS

Ovule (2 n)

Ovary

Megasporangium(2n)

Megaspore(n)

Female gametophyte(embryo sac)

Antipodal cellsCentral cellSynergidsEgg (n)

Pollentube

Pollentube

Stigma

Sperm(n)

Discharged sperm nuclei ( n)

FERTILIZATION

Germinatingseed

Embryo (2 n)Endosperm (3 n)Seed coat (2 n)

Seed

Nucleus ofdevelopingendosperm(3n)

Zygote (2 n)Eggnucleus ( n)

Style

Sperm



Tipos de Frutas

carnosas

Monocotiledóneas y Dicotiledóneas

• embrión con un sólo cotiledón

• no hay cambium vascular

• no hay crecimiento secundario

• embrión con dos cotiledones

• cambium vascular (usualmente)

• crecimiento secundario

Monocotiledóneas y Dicotiledóneas

• arreglo de haces vasculares al azar

• hojas con venación paralela

• hojas sin peciolos

• partes florales en grupos de 3, 6, o múltiplos de éstos

• haces vasculares arreglados en anillos

• hojas con venación reticulada

• hojas con peciolo

• partes florales en grupos de 2, 4, 5, o múltiplos de estos

Figure 30.16

Embryos Leaf venation Stems

MonocotCharacteristics

Onecotyledon

Veins usuallyparallel

Vascular tissuescattered

Root systemusually fibrous(no main root)

Pollen grainwith oneopening

Floral organsusually inmultiplesof three

Floral organsusually in

multiples offour or five

Pollen grainwith threeopenings

Taproot(main root)

usually present

Vascular tissueusually arranged

in ring

Veins usuallynetlike

Twocotyledons

EudicotCharacteristics

Roots Pollen Flowers



Mecanismos de Polinización :

La polinización cruzada promueve la variabilidad genética

Las estrategias evolutivas de las plantas envuelven:

• las flores que son polinizadas por el viento son usualmente pequeñas e inconspicuas; por lo general no producen néctar, fragancias o pétalos de colores llamativos y vistosos. La estrategia es producir grandes cantidades de polen (problemas para los que sufren de fiebre del heno “hay fever”)

Las estrategias evolutivas de las plantas envuelven:

• las flores que son polinizadas por animales (insectos, pájaros, mamíferos, etc) producen néctar , fragancias , polen adicional , colores llamativos o que reflejen patrones específicos de luz ultravioleta para poder atraer al polinizador. Muchas veces hay coevolución de la planta con su polinizador



Tendencias Evolutivas de las Plantas

• Disminución progresiva en el tamaño y predominancia del gametofito en el ciclo de vida,

• Pérdida gradual de la independencia entre el esporofito y el gametofito,

• Esporofito se torna mayor en tamaño e independiente,

• Cambio de formas homospóricas (una sola espora produciendo un solo gametofito que posee anteridio y arquegonio) a formas heterospóricas (microsporas y megasporas) en la cual los sexos están separados en la generación gametofítica,

Tendencias Evolutivas de las Plantas

• Evolución de tejido vascular, permitiendo que las plantas puedan alcanzar tamaños considerables y subsistir en lugares “secos”,

• Desarrollo de granos de polen: no hace falta la presencia de agua para llevar a cabo fecundación, y

• Desarrollo de semillas, luego protección a las mismas y provisión de nutrimentos al embrión en desarrollo (endospermo).

Figure 30.UN05

Five Derived Traits of Seed Plants

Reducedgametophytes

Heterospory

Ovules

Pollen

Seeds

Malegametophyte

Femalegametophyte

Microscopic male andfemale gametophytes(n) are nourished andprotected by thesporophyte (2 n)

Microspore (gives rise toa male gametophyte)

Megaspore (gives rise toa female gametophyte)

Ovule(gymnosperm)

Integument (2 n)

Megaspore ( n)

Megasporangium (2 n)

Pollen grains make waterunnecessary for fertilization

Seeds: survivebetter thanunprotectedspores, can betransportedlong distances

Seed coat

Food supply

Embryo



Importancia de las Traqueofitas

• Las gimnospermas son muy importantes en la obtención de varios productos incluyendo madera y papel.

• Las angiospermas son los principales productores en los ecosistemas terrestres hoy día y como tales, proveen el alimento que sustenta la mayoría de los animales terrestres, incluyendo al ser humano: la alimentación del mundo entero depende de un puñado de cereales (angiospermas), que son el arroz, maíz, trigo y cebada.


• También se obtiene madera para construcción y combustible.

• El lino (hilo) y el algodón son importantísimos en la industria textil.

• Medicinas com aspirina (ácido salicílico, obtenido de la corteza hervida de algunos sauces Salix), el taxol, efedrina, quinina, etc.

Table 30.1




• Muchas especias se derivan de estas plantas (canela es la corteza de un árbol, clavos de cocinar son botones florales [capullos] secos, azafrán son los pistilos de una flor, etc.).

• Las angiospermas están muy ligadas al origen de las civilizaciones humanas, ya que cuando comenzaron a ser cultivadas, fue que los seres humanos dejaron sus hábitos nómadas y se establecieron formando las primeras sociedades y civilizaciones.

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