DIVERSIDAD BIOLÓGICA I REINO PLANTAE

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1 Práctica # 10 I. Objetivos II. 71 DIVERSIDAD BIOLÓGICA I REINO PLANTAE * Observar y analizar la diversidad de plantas basándose en los 4 grupos principales de plantas terrestres * Identificar las principales estructuras y características de los grupos taxonómicos expuestos: plantas no vasculares [briofitas (=musgos y hepáticas)]; plantas vasculares sin semillas [helechos, licopodios]; plantas vasculares con semillas [gimnosperma (coníferas, cícadas y ginko) & angiospermas (plantas con flores)]. * Conocer la importancia biológica, económica y de salud de los principales grupos taxonómicos * Entender el concepto de alternancia de generaciones * Entender las relaciones evolutivas entre los grupos de plantas y las innovaciones evolutivas presentes en cada grupo * Observar y conocer las partes de la flor y fruto y sus variaciones Introducción Las plantas son organismos multicelulares que se reproducen sexualmente y presentan alternancia de generaciones (esporofítica y gametofítica) durante su ciclo de vida. Su células se caracterizan por la presencia, entre otras, de pared celular de celulosa y cloroplastos, los cuales poseen clorofila a y b, así como xantofilas y otros pigmentos carotenoides, almacenan alimento en forma de almidón. A través de la fotosíntesis, las plantas terrestres son las encargadas principales de transformar la energía luminosa del sol en alimento, fibra, carbón, aceite y otras formas utilizables de energía., además de producir oxígeno Todas las plantas terrestres actuales son descendientes de un grupo de algas verdes (División Chlorophyta) que se adaptaron al ambiente terrestre aproximademente 500 millones de años. En comparación con el agua, el ambiente terrestre es un habitat muy errático en términos de temperatura y disponibilidad de nutirentes y agua, Por lo tanto, a lo largo de la evolución,, las plantas han desarrollado diferentes estrategias adaptativas al ambiente terrestre; entre ellas: (a) cobertura impermeable que evita la desecación; (b) estructuras especializadas para la absorción de agua y minerales directamente del suelo y un sistema de transporte de estos elemento a las partes aereas de la planta; (c) estructuras de soporte mecánico; (d) estructuras reproductivas que permiten la fecundación de manera independiente del agua y protección del embrión a la desecación, y (e) estrategias biomecánicas para la dispersión del embrión. Todas las plantas terrestres tienen en común un ciclo de vida con reproducción sexual que alterna entre una fase multicelular diploide (esporofito) que, a través de la división meiótica, produce esporas (haploides) dentro de una estructura protectora (esporangio); y una fase multicelular el cual produce gametos haploides (gametofito) dentro del gametangio (esperma=anteridio, huevo= arquegonio), producto de la división mitótica. Luego de la fecundación, el

2 72 zigoto diploide formado corresponde al primer estadío del esporofito diploide. De acuerdo a este esquema, tanto el gameto como las esporas son haploides y a diferencia del ciclo de vida en animales, las plantas producen gametos por mitosis y esporas por meiosis. A lo largo de la línea evolutiva de las plantas terrestres, las dos generaciones difieren en morfología y dominancia, siendo la generación del esporofito más dominante y más elaborado (estructuralmente) en todas las plantas terrestres con la excepción de las briofitas. III. Procedimiento General Al igual que la práctica anterior, el principal objetivo de éste laboratorio es aprender a identificar y caracterizar representantes de cada grupo de plantas. Algunas especies consiste de láminas preparadas que usted debe observar al microscopio, otros serán organismos vivos o preservados los cuales deberá manipular con cuidado para identificar las características distintivas de cada grupo Estudie los ejemplares disponibles y haga diagramas rotulados. Ejercicio 1.- Plantas no Vasculares (a) DIVISIÓN BRYOPHYTA (antoceros, hepáticas y musgos) Los briófitos carecen de tejidos vasculares especializados y de raíces. Deben absorber la humedad a través de las células epidermicas, por lo que son más exitosos en sitios húmedos y sombreados. Pueden ser buenos indicadores de la contaminación del aire. En los briófitos, la etapa dominante es el gametofito (n) que puede ser de apariencia talosa (como en hepáticas) o foliosa ( como en musgos). El esporófito diploide (2n) está unido físicamente al gametófito. Tienen gametos móviles, y necesitan agua para completar su ciclo de vida. Los musgos tienen estructuras semejantes a hojas especializadas para la fotosíntesis llamadas filidios. El cuerpo de planta almacena alimento, da soporte y se ancla al sustrato. La mayoría de las especies de briófitos son tropicales, pero hay especies de zonas templadas, y algunas llegan hasta el Ártico y el Antártico. 1. Observe con un estereoscopio un ejemplar de musgo e identifique al esporófito y al gametófito. Describa brevemente cada estructura 2. Dibuje el ciclo de vida de un briofito. Su dibujo debe contener los siguientes términos: 2n, n, esporofito, esporangio, meiosis, protonema, gametofito, anteridio, esperma, arquegonio, huevo, fecundación: 3. Observe una lámina con el anteridio y el arquegonio. Comience a 4X y luego a 10X. Qué se produce en ambas estructuras? 4. Observe un ejemplar de hepática. Encuentre la gema. Cuál es la función de ésta estructura? Ejercicio 2.- Plantas vasculares sin semilla Aproximadamente el 93% de las plantas son vasculares. Las traqueófitas incluyen a plantas como helechos, gimnospermas y angiospermas pues poseen elementos celulares traqueales o vasos, que funcionan como tejido de transporte y en parte como sostén. Estos tejidos les han permitido alcanzar alturas superiores al grupo anterior. Los helechos, gimnospermas y plantas con flores tienen hojas verdaderas (hojas con venación compleja llamadas megafilas, menos en Psilotum)), estomas para el intercambio de gases, cutícula sobre la epidermis y tejidos vasculares especializados. El esporófito diploide (2n) es la fase dominante del ciclo de vida de las plantas vasculares.

3 73 (a) DIVISION LICOFITAS Y PTERIDOFITAS (licopodiofitas y helechos) Al igual que las briófitas, las plantas vasculares sin semilla tienen espermatozoides que nadan y requieren de un medio húmedo para reproducción. El esporofito se reproducen por esporas (n). Ciertos helechos y licopodios son heterósporos, produciendo dos tipos de esporas. Hay dos clados (grupo de especies relacionadas monofiléticamente) principales de plantas vasculares sin semillas: los licopodios y los helechos. Muy recientemente, las comparaciones del ADN y las semejanzas en las estructuras espermáticas han permitido reclasificar a los equisetos (Equisetum sp) y psilófitas (Psylotum sp) como helechos (Pteridophyta). Los licopodios (Lycopodiophyta) son plantas pequeñas que poseen raíces verdaderas, tallos y pequeñas hojas con aspecto de escamas (micrófilos). Fueron muy importantes hace millones de años y en la actualidad se les conoce como los responsables de haber producido los depósitos actuales de carbón. Muchos helechos (con la excepción de Equisetum y Psilotum) tienen hojas llamadas frondas, que se desenrollan desde la base hacia el ápice durante el crecimiento. Se reproducen por esporas que son producidas en el envés de las hojas. El ciclo de vida de los helechos implica una alternancia de generaciones muy bien definida. 1. En base a los ejemplares disponibles en el laboratorio, haga esquemas que resalten las características generales de Licopodiófitas y Pteridofitas. Identifique el estróbilo, micro y macroesporangio, micro y macrosporas, gametofito, rizoides 2. Observa una lámina fija con un gametofito de un helecho. Localiza el anteridio y el arquegonio. Que se produce en éstas estructura)? 3. Observe la hoja de helecho con el estereoscopio. Estas hojas se llaman frondas, siendo la parte superior el haz y el inferior el envés. En el envés pueden verse a simple vista unos abultamientos oscuros denominados soros. Puedes identificar los esporangios? Qué se forma en éstas estructuras? 4. Haga un esquema del ciclo de vida de un helecho. Su dibujo debe contener los siguientes términos: 2n, n, esporofito, soros, esporangio, meiosis, gametofito, anteridio, esperma, arquegonio, oosfera, fecundación Ejercicio 3.- Plantas vasculares con semilla (a) GIMNOSPERMAS Las plantas vasculares con semilla incluye a las plantas anteriomente conocidas como Gimnospermas y Angiospermas, que comparten muchas características comunes incluyendo la frormación de polen Las GIMNOSPERMAS hace referencia a un amplio grupo de plantas vasculares que que producen semillas desnudas, presentan un gametofito reducido (de menor tamaño), el gametofito masculino lo forma una estructura multinucleada denominada grano de polen y el gametofito femenino es pequeño y retenido dentro del esporangio, en el óvulo de la generación del espofito. De esta forma, el esporofito embrionico se desarrolla dentro del tejido del gametofito. El grano de polen es resistente a la desecación y presenta adaptaciones que permite la polinización mediada por el viento. La semilla, que incluye el embrión producto de la fecundación, no solo esta protejida de cambios extremo en el ambiente, sino que esta envuelta por una capa nutritiva y puede ser dispersada facilmente lejos de la planta parental Dentro de las gimnospermas se incluyen varias divisiones a las CICADACEAS, ginkgos, la familia Gnetaceae, y las CONÍFERAS.

4 74 1. Examine los ejemplos demostrativos de las divisiones que conforman las gimnospermas. Complete el cuadro comparativo con las características morfológicas diagnósticas de cada división 2. Haga un esquema del ciclo de vida de un pino. Su dibujo debe incluir los siguientes términos: huevo, embrión, fecundación, megaesporófito, megaesporangio, megaspora, meiosis, microesporófito, microesporangio, microspora, zigoto, 2n, n 3. Observe el cono, hoja y semilla de un pino. En cada caso, identifique las estructuras que lo componen (b) ANGIOSPERMAS Las ANGIOSPERMAS se distinguen de las gimnospermas principalmente por la presencia del CARPELO, el cual contiene los óvulos, y que frecuentemente se encuentra rodeada por estructuras parecidas a hojas (perianto), con funciones de atracción a polinizadores y protección al gameto en desarrollo. Despues de la fecundación, los óvulos se desarrollan en una semilla (semejante a gimnospermas), mientras el carpelo madura en una fruta (unico en angiopermas). Otras de las características importantes que presentan las angiospermas incluye reducción adicional en el tamaño del gametofito, doble fecundación y un incremento en la rapidez de los procesos reproductivos Las angiospermas son el grupo dominante de plantas, y se han descrito aproximadamente unas 250,000 especies. 1. Haga un esquema del ciclo de vida de una angiosperma 2. Se realizará una caminata en las zonas verdes del campus universitario para estudiar las características más representativas de las plantas, tales como tipos de hojas, de venación, color de secreción, presencia de estípulas, partes de una flor, etc. (la salida al campo es opcional, según criterio del instructor). Durante esta gira, aprenderá a reconocer al menos cuatro familias de plantas. Complete el cuadro disponible en su hoja de reporte 3. Compare una planta monocotiledónea y una dicotiledóneas. Encuentre diferencias en el tipo de venación, hábito, raíz. Partes de la flor La estructura central de la flor es el CARPELO, la estructura reproductiva femenina. El carpelo se considera una hoja evolutivmente modificada doblada sobre sí misma, de forma que el óvulo va unido a la superficie interior. Un carpelo puede contener 1 ó varios óvulos, y una flor puede contener 1 ó varios carpelos. Los carpelos pueden estar separados (como en la mora y la anona) o fusionados (como en un tomate o una sandía). La base engrosada del carpelo es el ovario. Dentro del ovario va el óvulo (óvulos), allí se desarrolla el gametófito femenino. El ápice del carpelo forma el ESTIGMA, que es una superficie pegajosa a la cual se adhieren los granos de polen. El estigma está conectado al OVARIO por una columna delgada llamada ESTILO. Toda la estructura femenina recibe el nombre de PISTILO. Los granos de polen (gametófitos masculinos inmaduros) se desarrollan en el ESTAMBRE. Éste consiste de la ANTERA, que es un grupo de esporangios dentro de los cuales se desarrolla el gametófito masculino, y un FILAMENTO que la sostiene. Otras hojas modificadas que conforman la flor son: PÉTALOS, SÉPALOS y BRACTEAS. Las flores tienen un gran número de características para atraer a los polinizadores y asegurar la polinización, pero cuáles son los beneficios para los animales en esta relación? Por qué la fecundación interna es esencial para la vida en la tierra?

5 75 4. Tomando como ejemplo la siguiente figura, estudie la morfología de las distintas flores e inflorescencias que hayan recolectado. Escoja las más representativa y haga un esquema. Identifique cada una de las estructuras observadas Observe varias flores disponibles en el laboratorio. Cuáles son algunas características que tienen las flores para atraer a los polinizadores? Complete el cuadro disponible en su reporte 5. Identifique las estructuras de una flor. Los sépalos están formados por estructuras parecidas a hojas cuyo conjunto forma el cáliz. Los pétalos, que son las estructuras coloreadas forman la corola. Separe la corola y el cáliz y observe las partes que lo forman. Partes de la flor 6. Haga una sección transversal de las anteras y haga una preparación con una gota de agua sobre un portaobjetos y obsérvela al microscopio. Haga un dibujo de lo observado. 7. En el centro de la flor hay un órgano en forma de tubo llamado carpelo, en cuya parte superior llamada estigma se pegan los granos de polen. Observe la preparación del corte longitudinal del pistilo Fruto El fruto se desarrolla por agrandamiento de un ovario después de que ha ocurrido fecundación y la flor se ha marchitado. Algunos frutos se forman no solamente a partir del ovario, sino también de estructuras periféricas, como el receptáculo floral (la base de la flor) como el caso del marañón y del banano. Las semillas se desarrollan a partir de óvulos dentro del ovario. Cada semilla posee un embrión y en muchos casos un tejido nutritivo para el embrión (el endospermo). El fruto protege las semillas y en muchos casos atrae a los dispersores. Tanto la estructura de los frutos y las semillas pueden favorecer la dispersión, de manera que las semillas pueden llegar a sitios donde es posible la germinación; así, se inicia el desarrollo del embrión y la formación de una plántula. La pared del ovario se convierte en la pulpa de la fruta. Los integumentos del óvulo, forman el tegumento de la semilla. Dentro de la semilla, el cigoto forma el embrión. (Modificado de Audesirk 2003). Estos órganos vegetales presentan una gran diversidad en forma, tamaño, estructuras, composición, etc., no obstante es posible establecer ciertas generalizaciones respecto a sus propiedades físicas y anatómicas. Los criterios adoptados para su organización sistemática están en función de (a) la naturaleza del pericarpio; (b) número de pistilos, y (c) flores incluidas Algunas de las principales variantes de los frutos se basan en la posición del gineceo (estructura reproductora femenina) de la flor de la cual provienen. Así, existen frutos, derivados de flores epíginas (el fruto se desarrolla arriba del cáliz) exhiben una clara distinción entre el extremo del tallo y el floral. El ovario ínfero

6 76 de las flores hipóginas (se desarrolla por debajo del cáliz), parece ser una porción expandida del tallo y el pedicelo, debajo de él, suele ser mucho más delgado. Durante la fructificación los sépalos y los estambres secos, usualmente persistentes en el extremo apical del fruto, se minimizan debido al gran crecimiento del ovario y de la porción del cáliz floral que lo cubre. Una característica más fina, auxiliar en la clasificación de los frutos es la posición de las semillas (placentación) está determinada por el número y arreglo de los carpelos. Si sólo existe un carpelo la placentación es simple. Al menos potencialmente, su disposición se encuentra a lo largo de la sutura. En vista de que la sutura se encuentra a un lado del ovario, la placentación es parietal. En algunos ovarios formados por un sólo carpelo pueden existir sólo una o unas cuantas semillas, las cuales se encuentran en una posición tan baja que la placentación es llamada basal; por el contrario, si éstas se encuentran en una posición muy alta, la placentación es apical. Si dos o más carpelos coleasen en sus ejes al margen del ovario como una unidad y no se doblan hacia el centro del ovario, algunas partes de las paredes se convierten en divisiones, dando así lugar a dos o más cámaras seminales. La placentación se desarrolla al centro del ovario a lo largo de los márgenes fusionados de cada carpelo y es denominada placentación axial o central. Los frutos se clasifican en grupos con base en dos criterios. El principal criterio se basa en el grado de firmeza del pericarpo, i.e., si el fruto es seco y firme o suave y carnoso o jugoso. El segundo criterio se basa en la naturaleza dehiscente o no del fruto al madurar. Existen clasificaciones más específicas de los frutos, las cuales se revisarán a través del curso y de este ejercicio de laboratorio. Con la ayuda de la clave dicotómica y las siguientes figuras, determine a qué grupo pertenece cada uno de los frutos bajo estudio. Determine si se trata de un fruto simple, agregado o accesorio. En cada caso, mencione al menos 3 características que lo condujeron a determinar el grupo al que pertenecen y el método probable de dispersión (viento, agua, pájaros, murciélagos, insectos). CLAVE PARA LA IDENTIFICACIÓN DE FRUTOS 1A Frutos desarrollados a partir de dos o más flores separadas, o formados a partir de una inflorescencia A Fruto complejo formado principalmente por tejido del receptáculo; los verdaderos frutos se encuentran dispuestos a lo largo de la pared interna del receptáculo... SICONO 2B Fruto complejo formado de frutos maduros carnosos estrechamente agrupados... SOROSIS 1B Frutos desarrollados a partir de flores individuales A Fruto desarrollado a partir de dos o más carpelos separados (apocárpicos)..frutos AGREGADOS 3B Fruto desarrollado a partir de un único carpelo o varios soldados (sincápicos) A Fruto carnoso en la madurez B Fruto seco en la madurez A Fruto con una textura carnosa homogénea en todas sus capas...baya 5B Fruto con textura heterogénea A Parte externa del fruto dura y resistente o coriácea.....peponide 6B Parte externa del fruto blanda; piel fina...drupa 7A Fruto indehiscente (no libera las semillas) en la madurez A Fruto con extensión membranosa en forma de ala...sámara 8B Fruto no alado A Semilla fusionada a la pared del fruto...cariópside 9B Semilla no fusionada a la pared del fruto A Fruto en forma de vejiga, semilla suelta...utrículo 10B Fruto sin forma de vejiga; semilla muy cercana a la pared del fruto 11 11A Fruto grande, con el pericarpo leñoso...nuez 11 B Fruto pequeño, con pericarpo fino...aquenio 7B Fruto dehiscente en la madurez... 12

7 77 12A Ovario con dos o más carpelos sincárpicos; fruto que en la madurez se segmenta en trozos A Fruto con ceñiduras que se segmenta en la madurez en trozos que contienen cada uno de ellos una semilla (mericarpos); los trozos no liberan las semillas...esquizocarpo 13B Fruto que en la madurez se abre por dos zonas para liberar las semillas.14 14A Con dos carpelos separados por un septo fino y translúcido.... SILICUA y SILÍCULA 14B. Con más de dos carpelos que no están separados por septos finos y translúcidos.cápsulas 12B Ovario simple; fruto desarrollado a partir de un carpelo A. Fruto que se abre por una sola sutura...folículo 15B. Fruto que se abre por dos suturas A. Fruto no constreñido entre las semillas...legumbre 16B. Fruto constreñido entre las semillas...lomento Sámara: Tipuana tipu Frutos secos Cápsula: Aspidosperma quebracho-blanco Legumbre indehiscente Acacia aroma Frutos carnosos Pomo: Malus sylvestris, manzana Drupa: Persea americana, aguacate Hesperidio: Citrus aurantium, naranja Drupa: Olea europea, aceituna

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