Lezione 2 – Biologia della Riproduzione BOTANICA SISTEMATICA Alessandro Petraglia Trichomanes reniforme G. Forst

Lezione 2 – Biologia della Riproduzione

BOTANICA SISTEMATICA

Alessandro Petraglia

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G.

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t.

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Biologia della riproduzione

La riproduzione è quel processo mediante il quale un individuo dà origine ad uno o più discendenti a lui simili

capaci di riprodursiLa riproduzione è importante per la conservazione e la diffusione della specie

In tantissimi casi la conservazione della specie non coincide con la conservazione dell’individuo, infatti molte specie, dopo essersi riprodotte, muoiono.

Questo si verifica non solo nelle piante annuali o bienni, ma anche in molte specie perenni che fioriscono e producono semi una sola volta nella loro vita

Agave americana L.


Nei vegetali sono stati distinti vari tipi di riproduzione

In base alla parte del corpo interessata a questo processo si parla di

SPECIE OLOCARPICHE se l’individuo passa nella sua interezza alla fase riproduttiva.

SPECIE EUCARPICHE se l’individuo, dopo un periodo più o meno lungo di vita vegetativa, modifica una porzione del suo corpo in modo che sia solo questa a partecipare in modo diretto al processo riproduttivo

La riproduzione rappresenta la scomparsa dell’individuo come tale

L’OLOCARPIA si trova solo negli organismi unicellulari nei quali la funzione vegetativa e quella riproduttiva sono più o meno distanziate nel tempo, ma non nella parte del copro che vi partecipa

In base alla modalità con cui avviene il processo riproduttivo si distinguono due differenti tipi di riproduzione

VEGETATIVA

SESSUATA

1


La riproduzione vegetativa (o agamica) consiste nella produzione di nuovi individui in seguito alla suddivisione in due o più parti del corpo vegetativo di un individuo, o al semplice distacco di una sua parte più o meno grande

Modalità della riproduzione vegetativa

Riproduzione vegetativa

SCISSIONE1.

GEMMAZIONE2.

FRAMMENTAZIONE VEGETATIVA

3.

PROPAGULI PLURICELLULARI

4.

SPORULAZIONE

5.


SCISSIONE1.

GEMMAZIONE2.


3.

PROPAGULI PLURICELLULARI

4.

SPORULAZIONE

5.


Biologia della riproduzioneBiologia della riproduzione

SCISSIONE1.

E’ la forma più semplice di riproduzione vegetativaNella scissione la cellula madre si divide completamente in due nuove cellule figlie SCHIZOTOMIAUn più elevato valore di propagazione si ha nella divisione multipla (SCHIZOGONIA) di una cellula nella quale da una cellula madre si originano molte cellule figlie

Chlamydomonas sp.


GEMMAZIONE2.

Differisce dalla scissione perché le cellule originatesi per mitosi sono più piccola della cellula madre Nella gemmazione le cellule che si originano costituiscono delle protuberanze della cellula madreSia la cellula madre che la cellula figlia possono riprendere a dividersi prima che avvenga il distacco

Saccharomyces sp.



3.

Consiste nel semplice distacco di una parte del corpo dell’individuo capace a propria volta di riaccrescersi e di ripristinare un nuovo individuo

Questa forma di riproduzione si riscontra dalle alghe azzurre fino alle piante superiori

In giardinaggio viene utilizzata la capacità rigenerativa per propagare alcune specie vegetali (TALEA)


Dentaria bulbifera L.

PROPAGULI PLURICELLULARI4.

Consiste nel semplice distacco di una parte del corpo specializzata per questa funzione e dalla quale si originerà un nuovo individuo

Questa forma di riproduzione si riscontra in numerosi gruppi

Marchantia polymorpha L.


SPORULAZIONE5.

Si può considerare come un caso particolare di frammentazione che si concretizza con la produzione, sempre per mitosi, di cellule capaci di dare origine ad un individuo se le condizioni ambientali sono favorevoliIn quasi tutti i gruppi di organismi vegetali (procarioti ed eucarioti) si sono sviluppate cellule germinali asessuate (AGAMETI) che rappresentano un importante mezzo di moltiplicazione

Endogeni

ENDOSPORE

Esogeni

CONIDI (Esospore o Conidiospore)

Se sono unicellulari si chiamano sporocisti, se sono pluricellulari si chiamano sporangi e contengono meiosporeProdotte all’interno di sporocisti


2 Riproduzione sessuata

La riproduzione sessuata consiste nell’unione di due cellule

Durante la quale avviene la fusione del loro contenuto

GAMIA

PLASMOGAMIA

CARIOGAMIA

+

L’importanza della riproduzione sessuata (o sessuale) risiede più che nell’aumento del numero degli individui, nella ricombinazione del loro patrimonio genetico. In tal modo vengono sostanzialmente migliorate le condizioni per l’adattamento e l’evoluzione

Il risultato della gamia è una nuova cellula

ZIGOTE

Come sono fatte le cellule tra le quali avviene la gamia?


La riproduzione sessuale ha come presupposto due successive divisioni di una cellula particolare (cellula madre = meiocito = cellula gonotoconte), dalla quale verranno prodotte sempre quattro cellule (tetradi)

La divisione della cellula non avviene per mitosi, ma per MEIOSI

Meiosi I

2n

4 meiospore (n)

Meiosi II

Queste cellule si differenziano da quelle che si originano per mitosi perché hanno un numero di cromosomi dimezzato (n, aploide) e perché i loro cromosomi hanno una distribuzione dei geni differente da quella del meiocito

Negli organismi vegetali esistono diversi tipi di gameti


ISOGAMIA

I gameti sono morfologicamente uguali (ISOGAMETI)

Si differenziano fisiologicamente

ANISOGAMIA

I gameti sono morfologicamente uguali, ma uno è più grande e l’altro è più piccolo (MACROGAMETI e MICROGAMETI)

Il macrogamete, più grande e meno mobile, viene definito come gamete femminile

OOGAMIA

Il gamete femminile è grande e immobile e viene fecondato da gameti maschili piccoli e mobili (SPERMI)

SPERMATOZOIDI

Con flagelli

SPERMAZI Senza flagelli

-+

Le strutture in cui si formano i gameti sono dette


GAMETOCISTI

GAMETANGI

Se i gameti si formano all’interno di organi riproduttori unicellulari

Se i gameti si formano all’interno di organi riproduttori pluricellulari

OOGONI SPERMATOGONI

ALGHE

FUNGHI

ANTERIDI

ARCHEGONI

Chara sp.

Modalità di riproduzione sessuale


Se ad incontrarsi sono i gameti si parla di GAMETOGAMIA

Se ad incontrarsi sono i gametangi si parla di GAMETANGIOGAMIA

Se ad incontrarsi sono cellule somatiche di segno opposto si parla di SOMATOGAMIA

ISOGAMIA

ANISOGAMIA

GAMETOGAMIA OOGAMA

Zygomicetes

Oomycetes

Basidiomycetes

Ascomycetes

I cicli metagenetici


In tutti gli organismi con riproduzione sessuata ha luogo, in seguito alla gamia di gameti aploidi, una successione di

Nel corso della meiosi si formano poi nuovamente cellule riproduttive aploidi

Questa successione ciclica prende il nome di ALTERNANZA DI FASE NUCLEARE

DICARIOFASE

DIPLOFASE

APLOFASE

n

n+n

2n

Plasmogamia

Cariogamia


Alternanza di riproduzione e generazione

Nel corso dell’evoluzione delle piante pluricellulari si è giunti molte volte ad una ripartizione regolare di determinate modalità di riproduzione in distinti momenti dello sviluppo ontogenetico

Si sono in tal modo originate diverse forme di ALTERNANZA DI GENERAZIONE

GENERAZIONE

Periodo dell’ontogenesi che inizia con un particolare tipo di germe e dopo varie mitosi si conclude con un altro tipo di germe

La denominazione delle generazioni segue quella dei germi da loro prodotti

GAMETOFITO

SPOROFITO

Generazione formante gameti

Generazione formante spore


Per GENERAZIONE si intende il complesso di cellule che svolgono vita vegetativa e che, dividendosi per mitosi, danno origine ad altre cellule caratterizzate dalla medesima fase nucleare (n o 2n)

Nei vegetali esiste una grande variabilità per quanto riguarda la fase nucleare che caratterizza gli individui che noi di norma riconosciamo in natura

A questo proposito si distinguono i seguenti cicli, il cui significato sistematico e filogenetico è molto differente

APLONTEAPLODIPLONTEDIPLONTE

P KMgameti

singamia


1. CICLO APLONTE

I vegetali APLONTI sono i più primitivi

Negli APLONTI la gamia, con la conseguente formazione dello zigote, è immediatamente seguita dalla meiosi con la quale non vengono prodotti gameti, ma meiospore

Ognuna di queste può accrescersi e formare un individuo formato da cellule con corredo cromosomico n (APLOIDE)

P = plasmogamiaK = cariogamiaM = meiosi = mitosi

P KM

n

2n

- mitosi limitate all’aplofase = non esiste una fase diploide dell’organismo- tutta la vita dell’organismo è aploide- meiosi immediata alla germinazione dello zigote (2n) = unica cellula diploide- immediata successione di parziale singamia e meiosi

forma primitiva di alternanza tipica di organismi a basso livello di organizzazione (Protisti) - alghe - funghi


2. CICLO DIPLONTE

I DIPLONTI sono l’opposto degli APLONTI

Alla gamia con formazione di zigote si succede una repentina suddivisione per mitosi in modo da produrre un individuo diploide, detto DIPLOFITO.

Questo diplofito si accresce fino ad essere pronto per una nuova meiosi che darà origine a gameti

P KM

2n

n


- mitosi limitate alla diplofase = non esiste una fase aploide- le spore sono le uniche cellule aploidi e funzionano da gameti- meiosi precede la formazione dei gameti - immediata successione di parziale singamia e meiosi

forma rara nelle piante (molto più diffusa nei metazoi)Clorofite - Diatomee - Oomycota


3. CICLO APLODIPLONTE

P K

M


Come indica la loro stessa denominazione, gli organismi aplodiplonti hanno due generazioni antitetiche: una aplonte ed una diplonte

Come nei diplonti la gamia porta alla formazione di zigoti che si dividono per semplice mitosi dando origine ad uno o più diplofiti (SPOROFITI)

Questi al momento della meiosi non producono gameti, ma meiospore che, dividendosi per mitosi, danno origine ad uno o più aplofiti (GAMETOFITI) che al termine della loro differenziazione e crescita produrranno dei gameti

- mitosi sia nell’aplofase che nella diplofase- alternanza di gametofito/sporofito

alghe maggiormente organizzate e nelle embriofite


4. CICLO APLODICARIONTE


I cicli metagentici fin qui illustrati hanno in comune il fatto che lo zigote è anche cellula ZEUGIDE

In alcuni funghi (Basidiomycota, Ascomycota) si verifica che alla plasmogamia non succeda immediatamente la cariogamia e, quindi, la cellula ZIGOTE sia provvista di due nuclei (DICARION)Cellula zeugide, in questi casi, sarà la cellula GONOTOCONTE

P

MK2n

n

aplodicarionti

CELLULA ZEUGIDE = cellula nella quale avviene la CARIOGAMIA

Questo vuol dire che in questi organismi la generazione 2n sarà caratterizzata da cellule DICARIONTI

CELLULA GONOTOCONTE = cellula nella quale avviene la MEIOSI

CELLULE BINUCLEATE


spermi

ovocellula

gametofito(n)

riproduzione asex

zigote(2n)

meiospore(n)

sporofito(2n)

fecondazione

ciclo di Polypodium

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Lezione 2 – Biologia della Riproduzione BOTANICA SISTEMATICA Alessandro Petraglia Trichomanes reniforme G. Forst