Capítulo 30 Reino Plantae: II- Plantas con Semillas

Dr. Fernando J. Bird-Picó
BIOL 3052
Plantas con Semillas 30-1
** Preparada por Dr. Carlos P. Muñoz; modificada y expandida por Dr. Fernando J. Bird-Picó
Capítulo 30
Reino Plantae: II- Plantas con Semillas
Las plantas con semillas1 evolucionaron hace mas de 360 millones de años. Sus gametofitos son
pequeños y dependientes del esporofito; no necesitan de agua para el transporte de los gametos, y
el embrión tiene a su disposición una reserva de alimento dentro de la cubierta de la semilla.
La mayor dificultad que hemos visto hasta ahora en la adaptación de las plantas al ambiente
terrestre ha sido la dependencia de agua del gametofito para su reproducción (gametos
flagelados). Esta dificultad es superada en las plantas con semillas:
1hay gametofitos ♀ y gametofitos ♂;
2tanto uno como otro viven dentro de la espora que les da origen;
3el 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.
Una semilla consiste de un embrión con su fuente de alimento (endospermo) todo esto
protegido por una envoltura protectora.
También estas plantas logran proteger mejor al embrión (diferencia principal entre plantas y
algas), pues 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 o dos capas nuevas (no las hay en los grupos mas primitivos) llamadas
integumentos.
1
Antes de la fecundación del huevo o gameto ♀ esta estructura se llama óvulo. Luego de la
fecundación el óvulo se convierte en semilla.
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Gimnospermas
Las 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 o en plantas separadas. 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.
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, las cuales poseían megafilas (hojas grandes) y
tejido leñoso moderno. Estas progimnospermas pudieron haber dado origen a las coníferas y
también a los helechos con semillas [F. Pteridospermophyta: fósiles, en un tiempo se creía que
eran los posibles precursores de las Angiospermas]. De estos helechos con semilla se cree que
evolucionaron las Cicadophytas y las Gingkophyta
F. 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
Carbonífero, hoy en día el número de especies en el mundo es
menor.
F. Gingkophyta:
un sólo representante viviente, Gingko biloba. Utilizado como
árbol ornamental en los países templados. Son dioicos (producen
árboles machos y hembras separados) y poseen célula espermática
flagelada como vestigio, pues también tienen polen. 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.
F. Gnetophyta:
incluye tres 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, y sus racimos de conos reproductivos se
asemejan a las flores de las angiospermas. 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.
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F. Coniferophyta:
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son plantas leñosas (árboles o arbustos) que producen semillas en conos.
La mayoría son monoicas (conos ♂ y conos ♀ en el mismo árbol). Son la
flora dominante en lugares templados y fríos (hemisferio norte y partes de
América del Sur, Australia y Malasia. El ciclo de vida del pino se
considera como el típico de las coníferas. [Repasar Fig. 30-4, pág. 634].
ciclo de vida: el cono ♂ tiene microesporófilas (se asemejan a hojas) que poseen
microesporangios, los cuales contienen los microsporocitos. 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.
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. 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.
Angiospermas
F. Anthophyta:
Las angiospermas forman semillas y polen en la flor. El polen se forma en
sacos llamados anteras y 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.
Hay unas 250,000 especies descritas de angiospermas, con nuevas especies
añadidas anualmente provenientes de zonas tropicales que han sido poco
estudiadas.
Estructura de la Flor: [ver Fig. 30-8, pág. 638]
1Sépalos:
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.
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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.
3Estambres: 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.
4Pistilo:
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).
Los óvulos dentro de los ovarios llevan a cabo meyósis, cada uno de ellos produciendo 4
megasporas de las cuales 3 se desintegran y 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:
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: 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). A esto se le conoce como doble fecundación y es único de
las plantas angiospermas. [Ver Fig. 30-12, pág. 640].
Angiospermas
Clase Monocotyledones
Clase Dycotyledones
(Liliopsida)
(Magnoliopsida)
1embrión con un sólo cotiledón
1embrión con dos cotiledones
2no hay cambium vascular
2cambium vascular (usualmente)
3no hay crecimiento secundario
3crecimiento secundario
4arreglo de haces vasculares al azar
4haces vasculares arreglados en
5hojas con venación paralela
anillos
6hojas sin peciolos
5hojas con venación reticulada
7partes florales en grupos de 3, 6, o
6hojas con peciolo
múltiplos de estos
7partes florales en grupos de 2, 4, 5, o
múltiplos de estos.
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Mecanismos de Polinización: la polinización cruzada promueve la variabilidad genética.
Las estrategias evolutivas de las plantas envuelven:
1las 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”)
2las 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.
Compendio de Tendencias Evolutivas en las Plantas
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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,
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).
Importancia de las Traqueofitas
Las gimnospermas son muy importantes en la obtención de varios productos incluyendo madera
y papel. Las angiospermas, por otro lado, 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. 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.). De hecho, 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.
[separata modificada: 9 de marzo de 2016]