Diversidad de Plantas Biol 3052 Plantas Por ms

Diversidad de Plantas Biol 3052

Plantas: • • • Por más de 3 billones de años la superficie de la tierra estuvo sin vida. Desde que colonizaron la tierra, las plantas se han diversificado hasta tener hoy ca. de 290, 000 especies vivas. Las plantas proveen oxígeno y son la fuente de la mayor parte de los alimentos que ingieren los animales terrestres.

Movimiento a la tierra • • • La biología molecular coloca a un grupo de algas verdes, las charofitas, como el grupo más cercano a las plantas. El movimiento de un ancestro común a la tierra le proveyó de luz solar sin filtrar, más CO 2, un suelo rico en nutrientes y pocos herbívoros y patógenos. Los retos: poca agua y no tener soporte estructural. Chara Coleochaete orbicularis

Caracteres derivados en las plantas: • Cuatro caracteres claves aparecen en casi todas las plantas terrestres, pero están ausentes de las charofitas: – Alternancia de generaciones (con embriones multicelulares dependientes) – Esporas producidas en esporangios – Gametangios multicelulares – Meristemos apicales n Para poder dominar la tierra tuvieron que sufrir modificaciones para evitar la desecación: tener una capa cerosa sobre su superficie, la cutícula, y otros compuestos secundarios.

Fig. 29 -UN 4 Gametophyte Mitosis n n n Spore Gameten MEIOSIS Apical meristem Developing of shoot leaves FERTILIZATION 2 n Zygote Mitosis Sporophyte Haploid Diploid 1 Alternation of generations Archegonium with egg 2 Apical meristems Antheridium Sporangium Spores with sperm 3 Multicellular gametangia 4 Walled spores in sporangia

Figure 29. 6 Alternation of generations: a generalized scheme

Figure 29. 1 Some highlights of plant evolution

Table 29 -1

Briofitas p p p p No tienen tejido vascular verdadero para transporte de agua y materiales. Necesitan agua para reproducción; el esperma tiene que “nadar”para llegar al óvulo. La generación dominante es la generación gametofítica; o sea, la mayor parte de la planta vemos es el gametofito. El esporofito; crece a partir y dependiente del gametofito femenino. Poseen cutícula y poros, pero no estomas. El cuerpo se conoce como talo; no posee raíces, tallos u hojas verdaderas. Se reconocen tres filos; el que incluye la mayor cantidad de especies es el filo Bryophyta.

Fig. 29 -8 -3 Raindrop Sperm “Bud” Key Haploid (n) Diploid (2 n) Protonemata (n) “Bud” Antheridia Male gametophyte (n) Egg Spores Gametophore Female Archegonia gametophyte (n) Spore dispersal Rhizoid Peristome FERTILIZATION Sporangium MEIOSIS Mature sporophytes Seta Capsule (sporangium) Foot Zygote (2 n) (within archegonium) Embryo 2 mm Archegonium Capsule with peristome (SEM) Young sporophyte (2 n) Female gametophytes

Fig. 29 -9 d Polytrichum commune, hairy-cap moss Sporophyte Capsule (a sturdy plant that takes months Seta to grow) Gametophyte

Importancia ecológica y económica de los musgos • • • Los musgos son comunes en bosque húmedos y áreas de humedales, mas pueden habitar ambientes extremos. Algunos musgos ayudan a retener el nitrógeno y agua en el suelo. Algunos musgos se usan como indicadores de contaminación por sensitivos a contaminantes ambientales.

Fig. 29 -11 • Sphagnum forma depósitos extensos de materia orgánica parcialmente decaída y constituye una reserva importante de carbón orgánico. • Algunas especies pueden retener hasta 20 veces su peso en agua. (a) Peat being harvested (b) “Tollund Man, ” a bog mummy

Plantas vasculares: • • • El tejido vascular permitió que las plantas crecieran verticalmente. Las plantas vasculares vivientes se caracterizan por: • Ciclos de vida con esporofitos dominantes • Tejido vascular llamado xilema y floema • Raíces y hojas bien desarrolladas con estomas • Lignina en pared celular para soporte Tenemos plantas vasculares sin semilla y plantas vasculares con semillas.

Plantas vasculares sin semillas • • Los ancestros de las plantas vasculares sin semillas formaron los primeros bosques. Los restos de estas plantas eventualmente formaron carbón. Existen dos filos de las plantas vasculares sin semillas, uno de ellos incluye los helechos (Filo Pterophyta).

Filo Pterophyta p p p Las hojas llamamos frondas. Las esporas se producen en esporangios; típicamente agrupados en soros. Vernación circinada (rabo de mono) en desarrollo de frondas nuevas en mayoría de especies.

Fig. 29 -13 -3 Key Haploid (n) Diploid (2 n) MEIOSIS Spore dispersal Sporangium Antheridium Spore Young (n) gametophyte Mature sporophyte (2 n) Mature gametophyte (n) Archegonium Egg New sporophyte Zygote (2 n) Sorus Gametophyte Fiddlehead Sperm FERTILIZATION

• • La mayoría de las plantas vasculares sin semillas son homospóricas; producen un solo tipo de espora que se desarrolla en un gametofito bisexual. Todas las plantas con semillas y algunas plantas vasculares sin semillas son heterospóricas; produciendo megaesporas que producen gametofitos femeninos y microesporas que producen gametofitos masculinos.

Fig. 29 -UN 3 Homosporous spore production Sporangium on sporophyll Single type of spore Typically a Eggs bisexual gametophyte Sperm Heterosporous spore production Megasporangium on megasporophyll Megaspore Female Eggs gametophyte Microsporangium on microsporophyll Microspore Male Sperm gametophyte

Plantas con semillas p p p Las semillas cambiaron la evolución de las plantas. Una semilla consiste de un embrión y nutrientes rodeados por una capa protectora. En adición a las semillas, común a todas las plantas con semillas es tener: n Gametofitos reducidos (los gemetofitos se desarollan dentro de las esporas que se retienen dentro del esporofito) n Heterosporía n Ovulos n Polen

p p Un óvulo consiste de un megasporangio, una megaespora y uno o más integumentos protectores. Las microesporas se desarrollan en granos de polen, que contienen el gametofito masculino. Por la polinización se transfiere el polen al óvulo; ahí germina formando un tubo polínico y liberando dos células espermáticas. El polen elimina la necesidad de agua para fecundación y ayuda en la dispersión. Integument Spore wall Immature female cone Megasporangium (2 n) Male gametophyte (within a germinated pollen grain) (n) Megaspore (n) Micropyle (a) Unfertilized ovule Seed coat (derived from integument) Female gametophyte (n) (b) Fertilized ovule Egg nucleus (n) Discharged sperm nucleus (n) Pollen grain (n) Food supply (female gametophyte tissue) (n) Embryo (2 n) (new sporophyte) (c) Gymnosperm seed

La ventaja evolutiva de la semilla p La semilla se desarrolla a partir del óvulo. p Una semilla es un embrión, con su fuente de alimento, dentro de una cubierta protectora. p Las ventajas evolutivas de una semilla sobre las esporas: n n Pueden permanecer en latencia de días a años hasta que las condiciones sean favorables. Pueden ser dispersadas por grandes distancias.

Fig. 30 -2 PLANT GROUP Mosses and other nonvascular plants Gametophyte Sporophyte Dominant Ferns and other seedless vascular plants Seed plants (gymnosperms and angiosperms) Reduced, independent (photosynthetic and free-living) Reduced (usually microscopic), dependent on surrounding sporophyte tissue for nutrition Reduced, dependent on gametophyte for nutrition Dominant Gymnosperm Sporophyte (2 n) Microscopic female gametophytes (n) inside ovulate cone Sporophyte (2 n) Gametophyte (n) Example Microscopic male gametophytes (n) inside pollen cone Sporophyte (2 n) Gametophyte (n) Angiosperm Microscopic female gametophytes (n) inside these parts of flowers Microscopic male gametophytes (n) inside these parts of flowers Sporophyte (2 n)

Fig. 30 -UN 3 Five Derived Traits of Seed Plants Reduced Microscopic male and gametophytes female gametophytes (n) are nourished and protected by the sporophyte (2 n) Heterospory Male gametophyte Female gametophyte Microspore (gives rise to a male gametophyte) Megaspore (gives rise to a female gametophyte) Ovules Integument (2 n) Ovule Megaspore (2 n) (gymnosperm) Megasporangium (2 n) Pollen grains make water unnecessary for fertilization Seeds: survive better than unprotected spores, can be transported long distances Integument Food supply Embryo

Gimnospermas p Semillas desnudas a partir de ovario expuesto sin cubierta usualmente dentro de conos. n Ejemplos: Cycadophyta (cícadas, zamias) p Gingkophyta (una sóla especie viva: Ginkgo biloba) p Gnetophyta (tres generos: Gnetum, Ephedra, Welwitschia) p Coniferophyta (coníferas y otros grupos) p

Ejemplos de gimnospermas: Podocarpus coriaceus

Ciclo de vida de gimnospermas:

Angiospermas Son plantas que producen flores y frutos. p Se colocan en un solo filo: Anthophyta p El ovulo se encuentra dentro de un ovario. p El fruto protege la semilla y contiene el endospermo, tejido nutritivo. p La polinización puede ser por distintos agentes. p

Las tres “F”: • • • El ciclo de vida de las angiospermas se caracteriza por tres “F”s: flores, doble fecundación y frutos. El esporofito es la generación dominante, es la planta que vemos. El gametofito está reducido en tamaño y depende del esporofito para nutrientes.

Estructura de las flores: • • Las flores son las ramas reproductivas del esporofito; están adheridas al tallo por el receptáculo. Las flores tienen cuatro órganos florales: sépalos, pétalos, estambres y carpelos. El estambre se compone de un filamento y una antera. Un carpelo tiene un ovario, un estilo y un estigma. El ovario contiene uno o más óvulos. Un carpelo o varios carpelos fusionados forman el pistilo. Grupos de flores se conocen como inflorescencia. Stamen Anther Filament Stigma Carpel Style Ovary Sepal Petal Receptacle (a) Structure of an idealized flower

Fig. 38 -3 (b)Development of a female gametophyte (embryo sac) (a)Development of a male gametophyte (in pollen grain) Microsporangium (pollen sac) Megasporangium (2 n) Microsporocyte (2 n) Ovule MEIOSIS Megasporocyte (2 n) Integuments (2 n) Micropyle 4 microspores (n) Surviving megaspore (n) MITOSIS Generative cell (n) Male gametophyte Ovule 3 antipodal cells (n) 2 polar nuclei (n) Nucleus of. Integuments (2 n) tube cell (n) 75 µm Ragweed pollen grain 100 µm 20 µm Female gametophyte (embryo sac) Each of 4 microspores (n) 1 egg (n) 2 synergids (n) Embryo sac

Doble Fecundación: • • Después de caer en el estigma, el polen produce un tubo polínico que se extiende hacia el ovario. La doble fecundación resulta de la descarga de dos espermas por el tubo polínico hacia el saco embrionario. Un esperma fecunda el huevo y el otro se combina con los núcleos polares para formas el endospermo. Cada ovulo se desarrolla en una semilla y el ovario se desarrolla en un fruto que protege las semillas.

Fig. 38 -5 Stigma Pollen grain Pollen tube 2 sperm Style Ovary Ovule Micropyle Ovule Polar nuclei Egg Synergid 2 sperm Endosperm nucleus (3 n) (2 polar nuclei plus sperm) Zygote (2 n) (egg plus sperm) Polar nuclei Egg

Fig. 38 -7 Ovule Endosperm nucleus Integuments Zygote Terminal cell Basal cell Proembryo Suspensor Basal cell Cotyledons Shoot apex Root apex Suspensor Seed coat Endosperm

Ciclo de vida de angiopermas:

Evolución de las angiospermas: p p p Los ancestros de las angiospermas y las gimnospermas divergieron ca. 305 MA Para dilucidar las relaciones evolutivas de las angiospermas los investigadores están estudiado los patrones de desarrollo de las estructuras de las flores. Se reconocen hoy en día cuatro clados o grupos: n n Grupo basal: tres linajes más primitivos que incluyen Amborella, los lirios de agua y anís estrellado. Magnoliales: magnolias, laureles y familia de la pimienta. Monocotiledoneas Eudicotiledoneas: incluye algunos grupos antes asignados al grupo parafilético de las dicotiledoneas (dos cotiledones).

Fig. 30 -12 b Living gymnosperms Bennettitales Amborella Water lilies Most recent common ancestor of all living angiosperms Star anise and relatives Monocots Magnoliids Eudicots 300 250 200 150 Millions of years ago (b)Angiosperm phylogeny 100 50 0