Plantas con semillas. Plantas con Semillas Capítulo 30. Mayor dificultad de adaptación al medio ambiente terrestre:

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1 Plantas con semillas Plantas con Semillas Capítulo 30 Dr. Fernando J. Bird-Picó Departamento de Biología Recinto Universitario de Mayagüez 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. Dr. Fernando J. Bird-Picó

2 Tendencia evolutiva Figure 30.2 Sporophyte Example Mosses and other nonvascular plants Gametophyte Dominant Reduced, dependent on gametophyte for nutrition Sporophyte (2n) Gametophyte (n) Ferns and other seedless vascular plants Reduced, Independent (photosynthetic and free-living) Dominant Sporophyte (2n) Gametophyte (n) PLANT GROUP Seed plants (gymnosperms and angiosperms) Reduced (usually microscopic), dependent on surrounding sporophyte tissue for nutrition Dominant Gymnosperm Microscopic female gametophytes (n) inside ovulate cone Microscopic male gametophytes (n) inside pollen cone Sporophyte (2n) Angiosperm Microscopic female gametophytes (n) inside these parts of flowers Microscopic male gametophytes (n) inside these parts of flowers Sporophyte (2n) Figure De óvulo a semilla Micropyle Immature ovulate cone Integument (2n) Megaspore (n) Spore wall Megasporangium (2n) Pollen grain (n) Female gametophyte (n) Egg nucleus (n) Discharged sperm nucleus (n) Male Pollen tube gametophyte (n) Embryo (2n) Seed coat Spore wall Food supply (n) Semilla (a) Unfertilized ovule (b) Fertilized ovule (c) Gymnosperm seed Dr. Fernando J. Bird-Picó

3 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). Dr. Fernando J. Bird-Picó

4 Gimnospermas 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. Cycadas Ginkgos Coniferas Gnetofitas Angiospermas Evolución de plantas con flores Evolución de semillas Fig. 28-2, p. 602 Origen de las Gimnospermas Filogenia de las plantas con semillas 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. Pteridospermophyta: fósiles]. De estos helechos con semilla se cree que evolucionaron las Cicadophyta y las Gingkophyta Dr. Fernando J. Bird-Picó

5 Evolución de las Gimnospernas 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 Archaeopteris Emplectopteris Sequoia Douglas fir ciprés Dr. Fernando J. Bird-Picó

6 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 Figure 30.4 Ovule Cono estaminado o de polen ( ) Mature sporophyte (2n) Embryo (new sporophyte) (2n) Microsporangia Seedling Seeds Food reserves Ovulate cone Pollen cone Microsporocytes (2n) Seed coat (2n) Microsporangium (2n) Germinating pollen grain Archegonium Female gametophyte Sperm nucleus (n) Pollen tube FERTILIZATION Integument MEIOSIS Pollen grains (n) Egg nucleus (n) Megasporocyte (2n) Megasporangium (2n) MEIOSIS Surviving megaspore (n) Key Haploid (n) Diploid (2n) Dr. Fernando J. Bird-Picó

7 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. Dr. Fernando J. Bird-Picó

8 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

9 Cycadophyta Fig. 30-5a Cycas revoluta Cycas 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

10 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

11 Ginkgo biloba Semilla carnosa de Ginkgo biloba Gametofito femenino 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. Poseen células de xilema que se asemejan a los elementos de vaso de las angiospermas Filo Gnetophyta Dr. Fernando J. Bird-Picó

12 Filo Gnetophyta Filo Gnetophyta: Ephedra 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: Gnetum Filo Gnetophyta: Welwitschia Dr. Fernando J. Bird-Picó

13 Fig. 30-5g Conos Ovulados Filo Anthophyta: Angiospermas Welwitschia 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 Filo Anthophyta: Angiospermas Microsporangia (contain microspores) Ovules Most recent common ancestor of all living angiosperms Living gymnosperms Bennettitales Amborella Water lilies Star anise and relatives Magnoliids Monocots Eudicots Hay unas 250,000 especies descritas de angiospermas, con nuevas especies añadidas anualmente provenientes de zonas tropicales que han sido poco estudiadas (a) A close relative of the angiosperms? Millions of years ago (b) Angiosperm phylogeny Dr. Fernando J. Bird-Picó

14 Clades en las Angiospermas Estructuras de la Flor Dicotiledónea viviente más cercana al ancestro de todas las Angiospermas 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

15 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, estilo y 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

16 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: Gametofito femenino image.tutorvista.com Dr. Fernando J. Bird-Picó

17 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

18 Fecundación Doble 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

19 Fecundación Doble Fig Key Haploid (n) Diploid (2n) Mature flower on sporophyte plant (2n) Germinating seed Nucleus of developing endosperm (3n) Anther Embryo (2n) Endosperm (3n) Seed Seed coat (2n) Female gametophyte (embryo sac) FERTILIZATION Ovary MEIOSIS Microsporangium Microsporocytes (2n) Ovule (2n) Megasporangium (2n) Antipodal cells Central cell Synergids Egg (n) MEIOSIS Microspore (n) Male gametophyte (in pollen grain) (n) Megaspore (n) Pollen tube Sperm (n) Stigma Pollen tube Sperm Style Generative cell Tube cell Pollen grains Zygote (2n) Egg nucleus (n) Discharged sperm nuclei (n) Dr. Fernando J. Bird-Picó

20 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 Figure Monocotiledóneas y Dicotiledóneas Embryos Leaf venation Stems Roots Pollen Flowers 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 Monocot Characteristics Eudicot Characteristics One cotyledon Two cotyledons Veins usually parallel Veins usually netlike Vascular tissue scattered Vascular tissue usually arranged in ring Root system usually fibrous (no main root) Taproot (main root) usually present Pollen grain with one opening Pollen grain with three openings Floral organs usually in multiples of three Floral organs usually in multiples of four or five Dr. Fernando J. Bird-Picó

21 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

22 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 Figure 30.UN05 Reduced gametophytes Five Derived Traits of Seed Plants Microscopic male and female gametophytes (n) are nourished and protected by the sporophyte (2n) Male gametophyte Female gametophyte 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). Heterospory Ovules Pollen Seeds Microspore (gives rise to a male gametophyte) Megaspore (gives rise to a female gametophyte) Ovule (gymnosperm ) Integument (2n) Megaspore (n) Megasporangium (2n) Pollen grains make water unnecessary for fertilization Seeds: survive better than unprotected spores, can be transported long distances Seed coat Food supply Embryo Dr. Fernando J. Bird-Picó

23 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 Dr. Fernando J. Bird-Picó

24 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. Dr. Fernando J. Bird-Picó