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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 .
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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
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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 ).
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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
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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
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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)
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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)
Ciclo de Vida del Pino
• 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.
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Ciclo de Vida del Pino
• 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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• 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
Importancia de las Traqueofitas
• 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
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Importancia de las Traqueofitas
• 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.