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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 CO2, 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
 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-UN4
Gametophyte
Mitosis
Mitosis
n
n
n
n
Gamete
Spore
MEIOSIS
Apical meristem Developing
of shoot
leaves
FERTILIZATION
2n 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







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 (2n)
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
(2n)
(within archegonium)
Embryo
2 mm
Archegonium
Capsule with
peristome (SEM)
Young
sporophyte
(2n)
Female
gametophytes
Fig. 29-9d
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 ser 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



Las hojas las
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 (2n)
MEIOSIS
Spore
dispersal
Sporangium
Sporangium
Antheridium
Spore Young
(n)
gametophyte
Mature
sporophyte
(2n)
Mature
gametophyte
(n)
Archegonium
Egg
New
sporophyte
Zygote
(2n)
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-UN3
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



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:
 Gametofitos reducidos
(los gemetofitos se
desarollan dentro de las
esporas que se retienen
dentro del esporofito)
 Heterosporía
 Ovulos
 Polen




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
(2n)
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 (2n)
(new sporophyte)
(c) Gymnosperm seed
La ventaja evolutiva de la semilla
La semilla se desarrolla a partir del óvulo.
 Una semilla es un embrión, con su fuente
de alimento, dentro de una cubierta
protectora.
 Las ventajas evolutivas de una semilla
sobre las esporas:



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
Dominant
Gymnosperm
Sporophyte
(2n)
Microscopic female
gametophytes (n) inside
ovulate cone
Sporophyte
(2n)
Gametophyte
(n)
Example
Microscopic male
gametophytes (n)
inside pollen
cone
Sporophyte (2n)
Gametophyte
(n)
Angiosperm
Microscopic
female
gametophytes
(n) inside
these parts
of flowers
Microscopic
male
gametophytes
(n) inside
these parts
of flowers
Sporophyte (2n)
Fig. 30-UN3
Five Derived Traits of Seed Plants
Reduced
Microscopic male and
gametophytes female gametophytes
(n) are nourished and
protected by the
sporophyte (2n)
Heterospory
Male
gametophyte
Female
gametophyte
Microspore (gives rise to
a male gametophyte)
Megaspore (gives rise to
a female gametophyte)
Ovules
Integument (2n)
Ovule
Megaspore (2n)
(gymnosperm)
Megasporangium (2n)
Pollen
Pollen grains make water
unnecessary for fertilization
Seeds
Seeds: survive
better than
unprotected
spores, can be
transported
long distances
Integument
Food supply
Embryo
Gimnospermas

Semillas desnudas a partir de ovario
expuesto sin cubierta usualmente dentro
de conos.

Ejemplos:




Cycadophyta (cícadas, zamias)
Gingkophyta (una sóla especie viva: Ginkgo biloba)
Gnetophyta (tres generos: Gnetum, Ephedra,
Welwitschia)
Coniferophyta (coníferas y otros grupos)
Ejemplos de gimnospermas:
Podocarpus coriaceus
Ciclo de vida de gimnospermas:
Angiospermas
Son plantas que producen flores y frutos.
 Se colocan en un solo filo: Anthophyta
 El ovulo se encuentra dentro de un ovario.
 El fruto protege la semilla y contiene el
endospermo, tejido nutritivo.
 La polinización puede ser por distintos
agentes.

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 (2n)
Microsporocyte (2n)
Ovule
MEIOSIS
Integuments (2n)
Micropyle
4 microspores (n)
Surviving
megaspore (n)
MITOSIS
Generative cell (n)
Male
gametophyte
Ovule
100 µm
20 µm
Ragweed
pollen
grain
3 antipodal cells (n)
2 polar nuclei (n)
Nucleus ofInteguments (2n)
tube cell (n)
Female gametophyte
(embryo sac)
Each of 4
microspores (n)
75 µm
Megasporocyte (2n)
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 (3n)
(2 polar nuclei
plus sperm)
Zygote (2n)
(egg plus sperm)
Polar nuclei
Egg
Fig. 38-7
Ovule
Endosperm
nucleus
Integuments
Zygote
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:



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:




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. 30-12b
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
Grupos basales:
Amborella trichopoda
Lirio de agua
Anís estrellado
Fig. 30-13d
Magnoliales:
Pimienta negra: Piper nigrum
Magnolia
Aguacate (Persea americana):
ej. Familia de laurel
Palmas
Monocots:
Orquídeas
Gramíneas
Dicots:
Ceiba
Gandúl
Margarita