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Biología Vegetal, Universidad Veracruzana, Otoño 2015. Fátima A. Rasgado Bonilla
UNIDAD 1. LOS VEGETALES
UNIDAD 1. LOS VEGETALES
1.1
Introducción a la diversidad de las plantas.
Las plantas son organismos vivos autótrofos, que han desarrollado diferentes formas biológicas
y estructuras anatómicas. Esta variedad de formas existentes es resultado de acontecimientos
o causas de diversa índole; eventos geológicos como la deriva continental, la recombinación
genética, la dispersión, el aislamiento por las barreras geográficas (océanos) y los graduales
procesos de adaptación a los diferentes tipos de ambiente a través de un largo proceso evolutivo
que incluyó eventos de selección natural, dieron lugar a la especiación en los organismos
vegetales.
Al ser organismos sésiles (no se trasladan de un lugar a otro como los animales) han tenido que
desarrollar diversas formas y estrategias que les permitan obtener la energía del sol para realizar
la fotosíntesis. Así mismo, han perfeccionado estructuras anatómicas determinadas, para la
absorción de agua y de los nutrientes minerales disponibles en el suelo.
En los diferentes ecosistemas que existen en la tierra podemos observar una variedad de
plantas, con formas y colores variados. A esta multiplicidad en la forma y color podemos llamarla
diversidad.
¿Qué es la diversidad biológica?
La diversidad biológica se refiere a la variedad de
formas de vida que pueden existir en la Tierra. Así
podemos encontrar variedad de genes, especies,
ecosistemas y etnias entre otros. Cada ecosistema en
el planeta cuenta con una gama de diferentes
plantas, hongos, líquenes, virus, bacterias y animales
con características propias, las cuales surgieron del
largo proceso evolutivo que ha tenido cada
organismo, alrededor 3000 millones de años.
Diversidad vegetal
Cuando hablamos de diversidad vegetal nos
referimos a los tipos de vegetación terrestre que
existen.
Las plantas son organismos muy complejos y hay
millones de plantas de diferentes especies, algunas
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de las cuales no han sido descubiertas aún y mucho
menos estudiadas todavía.
¿Y qué es una especie?
Existen varias definiciones y conceptos para definir una especie, ya que se toman en cuenta
muchos factores para delimitar este concepto. Algunos de ellos definen a las especies desde el
punto de vista biológico, morfológico, fenético y paleontológico. Para tener una idea de lo
complicado que ha sido para los biólogos y en particular para los que se dedican a los aspectos
evolutivos, para 1997 ya existían 22 conceptos diferentes de especie.
El concepto biológico de especie por ejemplo, define a una especie como:
“Aquellos miembros de poblaciones naturales que se reproducen entre ellas y están
reproductivamente aisladas de otros grupos similares. Es una colección reproductivamente
cohesiva de poblaciones” (Mayr, 2000).
Este concepto sin embargo, trae consigo varias dificultades, ya que únicamente toma en cuenta
a los organismos que se reproducen de manera sexual, dejando de lado la reproducción asexual.
Así mismo, no toma en cuenta la hibridación ocasional entre los miembros de la misma
población. Por otro lado, suele ocurrir que algunos organismos que tienen apariencia similar no
sean de la misma especie.
Especies vegetales
Para 1992 (Groombridge) se tenía un estimado de 262, 600 especies vegetales entre
pteridofitas, gimnospermas y angiospermas. Sin embargo, el estimado actual del número de
especies vegetales varía mucho de una fuente a otra.
GRUPO VEGETAL
Pteridofitas
Gimnospermas
Angiospermas
NÚMERO DE ESPECIES ESTIMADAS
12 000
600
250 000
Tomado de Groombridge, 1992.
La BGCI (Botanic Gardens Conservation International) o Asociación Internacional de Jardines
Botánicos para la Conservación, estimó un total de 400,000 especies vegetales en 2008
(http://www.bgci.org/policy/1521/?sec=ourwork&id=1521). En “The Plant List” un sitio donde
se incluye la lista de todas las especies vegetales conocidas hasta ahora (creado por el Royal
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Botanical Garden, el Missouri Botanical Garden, el Kew Botanical Garden y otros sitios
internacionales de información sobre algunas familias botánicas y otros jardines botánicos en
el mundo), se tiene aceptadas a 350, 699 especies vegetales (http://www.theplantlist.org/).
En
una
publicación
de
“Nature”
de
2011
(http://www.nature.com/news/2011/110823/full/news.2011.498.html), en la cual se refiere a
un nuevo método para cuantificar el número de especies a nivel mundial, entre los diferentes
organismos, se estima un total de 298, 000 especies vegetales.
Cada día se descubren nuevas especies vegetales y cada día se extinguen otras más, el número
de estudios y listados florales en las diversas regiones del mundo es limitado, pues los recursos
económicos son insuficientes para cubrir este tipo de investigaciones. La extinción es parte del
proceso evolutivo natural de las especies, sin embargo la fuerte actividad antropocéntrica ha
llevado a las mayores tasas de extinción en la actualidad. En el caso de las plantas las pérdidas
mayores ocurren en las selvas tropicales donde se encuentran el mayor número de especies
identificadas.
Pérdida de la diversidad
La mayor parte de la pérdida de especies vegetales se debe a las actividades humanas, algunas
de ellas como el aumento de la población repercuten en el deterioro o la fragmentación de los
ecosistemas. Así mismo, el incremento de las áreas agrícolas y pecuarias, la industria, el cambio
climático, la introducción de especies forasteras y las actividades forestales, son de los mayores
problemas que ocasionan la extinción de las especies.
¿De qué manera podemos conservar la diversidad vegetal?
Existen algunos lugares en los cuales podemos almacenar diferentes especies vegetales, como
los bancos de germoplasma, jardines botánicos, herbarios, parques nacionales, parques
forestales, áreas naturales protegidas, reservas ecológicas, reservas de la biósfera, cuencas
hidrográficas, entre otras . En estos sitios se resguardan, mantienen y conservan especies
vegetales que incluyen a las especies silvestres, cultivadas, malas hierbas, variedades de
cultivares nuevos y antiguos. A continuación se describen brevemente algunos de estos sitios
de conservación de la diversidad vegetal.
Bancos de germoplasma:
Son centros de investigación donde se conservan especies vegetales ex situ en forma de
colecciones vivas, el material vegetal conservado pueden ser semillas o cultivos in vitro.
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Jardines Botánicos:
Son sitios con determinada extensión de terreno, en los cuales se cultivan diferentes especies
de plantas de la región o de otras regiones. Son de relevante importancia ya que permiten el
desarrollo de investigación, la mayoría de ellos están asociados a instituciones educativas que
realizan investigación botánica y tienen interacción con los herbarios. Así mismo, tienen la
importante misión de servir como lugares de aprendizaje, debido a que en ellos se realizan
actividades educativas a nivel básico, medio y superior. La belleza de muchos jardines botánicos
provoca el interés por el conocimiento y cuidado de las plantas.
Herbarios:
Están formados por colecciones de plantas que previamente fueron prensadas, secadas,
preservadas y montadas en cartulina, y que cuentan con su clasificación taxonómica
correspondiente algunas hasta llegar a la determinación de género y epíteto específico
(especie).
El fin común en los herbarios es el conocimiento de la flora a nivel local, regional o mundial,
dándose principal atención a la flora nacional de cada país. Dentro de sus funciones está el de
ser referencia para identificación, determinación y reconocimiento de especies de plantas,
especialmente por los investigadores especializados en este campo de la botánica, los
taxónomos. Sirven además como centros de enseñanza didáctica de las diferentes especies
vegetales, como centros de depósito de nuevas colecciones botánicas, proveen de material
genético para análisis moleculares, proveen de información para revisiones y monografías,
proveen de modelos para ilustración botánica, proporcionan material para exploraciones
nuevas, así como la información de la distribución geográfica de las especies y sus hábitats.
Algunos herbarios se especializan en determinado grupo de plantas, ya sea en plantas con
interés económico, plantas medicinales, cultivadas, malezas, hospederas de plagas y
enfermedades o de interés ecológico.
Parques Nacionales:
Áreas de gran extensión donde de manera natural podemos encontrar diversas especies
vegetales y animales (entre otras). Cuentan con características únicas como la existencia de
diversos ecosistemas dentro de la misma extensión, algunos de los cuales no han sido afectados
por las actividades humanas. En ellos podemos observar variantes genéticas de plantas
silvestres y compararlas con aquellos parientes vegetales que han sido domesticadas.
La denominación de parque nacional es designada por las autoridades correspondientes de
cada país, con el fin de formar parte del patrimonio nacional.
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Áreas naturales protegidas:
De acuerdo a la definición de la CONAMP (Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas),
“son las zonas del territorio nacional y aquellas sobre las que la nación ejerce su soberanía y
jurisdicción en donde los ambientes originales no han sido significativamente alterados por la
actividad del ser humano o que requieren ser preservadas o restauradas”
(http://www.conanp.gob.mx/regionales/).
Reservas de la biosfera:
Son sitios ecológicos de gran importancia para la conservación de las especies, algunos están
incluidos dentro de los programas de conservación de las áreas naturales protegidas de México
y de algunos organismos internacionales dedicados a la conservación biológica. Estos sitios
tienen especial protección por los gobiernos nacionales debido a la relevancia biológica,
ecológica y geográfica por las formas de vida silvestre que alberga. Otra importante labor que
cumplen es servir como sitios de estudio en los trabajos de investigación, que realizan diversos
centros e instituciones. Algunos ejemplos de reservas en México son:
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Calakmul (Campeche)
El Pinacate y Gran Desierto de Altar (inmerso en el desierto de Sonora)
El Triunfo (Chiapas)
Isla Guadalupe (Complejo insular de Baja California)
Isla San Pedro Mártir (Complejo insular de Baja California)
Los Tuxtlas (Veracruz)
Mariposa Monarca (entre los estados de México y Michoacán)
Pantanos de Centla (Tabasco)
Sierra de Manantlán (Jalisco)
Sierra Gorda (Querétaro)
Tehuacán-Cuicatlán (entre los estados de Puebla y Oaxaca)
Tiburón Ballena (Quintana Roo)
Zona marina Bahía de los Ángeles, canales de ballenas y de Salsipuedes (Baja California y
Golfo de California)
Sistemas de clasificación vegetal
Los vegetales están formados por estructuras básicas que los distinguen como tales y que les
han proporcionado su permanencia en la tierra. Estas estructuras son las raíces, el tallo, y las
hojas principalmente, las cuales varían entre especies vegetales. En la clasificación de los
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diferentes organismos vegetales, se tomaron en cuenta las características morfológicas
similares y de esta manera surgieron los primeros sistemas de clasificación del reino vegetal.
Reino Plantae
Plantas vasculares
(Traqueofitas)
Gimnospermas
Plantas no
vasculares
Angiospermas
Musgos, antoceros
y hepáticas
(Briofitas)
Monocotiledoneas
Algas (Talofitas)
Dicotiledoneas
Helechos y
Equisetos
(Pteridofitas)
Clasificación del Reino Plantae
La variedad de especies vegetales existentes, fue una de las causas por las cuales los naturalistas
de hace algunos siglos y estudiosos de la botánica decidieron crear un sistema de clasificación,
que les permitiera nombrar a las diferentes especies y de esa forma poder distinguir entre unas
y otras.
Al estudio de la diversidad biológica y su historia evolutiva se denomina Sistemática. El objetivo
de la sistemática es descubrir todas las ramas del árbol filogenético de la vida, el árbol
genealógico que representa las relaciones genealógicas de los organismos, con una sola especie
ancestral en su base. Un aspecto importante de la sistemática es la identificación mediante el
uso de la Taxonomía de nombres y clasificación de especies. Así, la taxonomía y la nomenclatura
son dos ramas importantes de la sistemática.
La taxonomía proporciona los principios y procedimientos para realizar una clasificación, ya que
siguiendo diferentes principios podemos obtener diferentes clasificaciones.
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La nomenclatura crea nombres para designar a las plantas o grupos de plantas (taxa). La
creación de los nombres está regulada por un conjunto de normas reunidas en el Código
Internacional de Nomenclatura Botánica, ICBN por sus siglas en inglés (http://www.iapttaxon.org/nomen/main.php).
Para poder desarrollar mejor una buena sistemática y taxonomía es importante establecer las
diferencias entre identificar y determinar taxonómicamente.
Identificar: taxonómicamente hablando, se refiere a la comparación del organismo que se
quiere clasificar, con pliegos de herbario por simple confrontación.
Determinar: ordenar especies desconocidas por medio de claves dicotómicas, comparación con
tratamientos taxonómicos y comparación con especies correctamente determinadas por
especialistas.
Los primeros intentos de clasificación los hicieron los griegos y los romanos (Teofrasto, Platón,
Aristóteles, Plinio y Dioscórides), basándose principalmente en las características de
crecimiento. Después se consideraron otros parámetros de clasificación, en base a diferentes
caracteres morfológicos. El moderno sistema de clasificación de los seres vivos comenzó en el
siglo XVIII y fue ideado por el naturalista sueco Carl Linnaeus (Carlos Lineo), quien ambicionaba
nombrar y describir todos los tipos conocidos de plantas, animales y minerales. En 1753 Lineo
publicó una obra de dos volúmenes titulada “Species Plantarum” (Las clases de las plantas), en
la que se describía cada especie en latín descriptivo.
El sistema propuesto por Lineo se basaba en la clasificación por medio de estructuras
reproductoras y el reducir el nombre de las especies, aun binomio que sintetizara las
características de la planta. De esta manera el nombre binomial constaba de un género y de un
epíteto específico o especie.
: La palabra caléndula hace referencia al periodo largo de floración
y officinalis al uso medicinal de la planta. Algunas otras especies que llevan el mismo
epíteto específico son Rosmarinus officinalis (romero), Salvia officinalis (salvia), Melissa
officinalis (melisa, toronjil u hoja limón).
: Allium “quemar” hace referencia al fuerte olor de la planta y sativum
hace mención a su carácter como planta cultivada. Algunos ejemplos del epíteto
específico son Pisum sativum (chícharo, guisante, arveja), Lepidium sativum (mastuerzo
o berro hortelano), Coriandrum sativum (cilantro).
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En Biología el término de especie designa a una categoría taxonómica subordinada a otras
categorías, género, familia, orden, clase, etc. Y por otro lado designa a todos aquellos taxones
(organismos emparentados) que pertenecen a esa categoría.
Los principios taxonómicos aplicados en la actualidad a las plantas ordenan a éstas en un
sistema jerarquizado: la jerarquía taxonómica. Los diferentes niveles de la jerarquía taxonómica
se denominan categorías taxonómicas, los grupos taxonómicos en sí constituyen las unidades
taxonómicas o taxa.
Si se consideran grupos taxonómicos en general, independientemente del rango, se utiliza el
término taxón (en plural taxa). Un taxón se define como un grupo taxonómico, de cualquier
categoría o rango jerarquizados de la siguiente manera:
DIVISIÓN
CLASE
SUBCLASE
ORDEN
SUBORDEN
FAMILIA
SUBFAMILIA
TRIBU
GÉNERO
ESPECIE
SUBESPECIE
VARIEDAD
FORMA
Las categorías más importantes son especie, género, familia, clase, división o phyllum y reino.
Clasificación taxonómica de Zea mays L.
CATEGORÍA
Reino
Phylum (División)
Clase
Orden
Familia
Género
Especie
TAXÓN
Plantae
Anthophyta
Equisetopsida
Poales
Poaceae
Zea
Mays
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1.2
Estructura de un vegetal.
En apariencia muchas plantas no parecen tener algunas similitudes, por ejemplo, un cactus, una
orquídea y un árbol de castaño. Aunque las semejanzas no parecen obvias, las plantas tienen
una unidad básica en su estructura, los meristemos.
Meristemos
Después de la germinación de las semillas, poco a
poco el cuerpo de la planta se va desarrollando
debido a la actividad de los tejidos
meristemáticos. Los tejidos meristemáticos son
regiones abultadas de pequeñas células con
citoplasma denso y proporcionalmente núcleos
grandes que actúan como las células madre en los
animales. Tienen capacidad totipotencial, cuando
estas células se dividen dan lugar a una célula
meristemática y otra célula que se diferenciará y
contribuirá a formas el cuerpo de la planta. De
esta forma las células meristemáticas se renuevan
constantemente.
Meristemo apical del brote
El alargamiento del brote y de la raíz se debe a las
continuas divisiones celulares y la posterior elongación
de las células producidas por los meristemos apicales. En
algunas plantas vasculares, árboles y arbustos los
meristemos laterales pueden producir un aumento en la
circunferencia del tallo.
Los meristemos apicales se encuentran en las puntas de
los tallos y en las puntas de las raíces, justo detrás de la
cofia. El crecimiento primario es producido por los
meristemos apicales. Los tejidos de las plantas que
fueron formados por crecimiento primario se les
denominan tejidos primarios.
El alargamiento celular de la raíz y el tallo se le conoce
como crecimiento primario y a este cuerpo joven en las
plantas se le conoce como cuerpo primario.
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Al ser zonas muy delicadas y de relevante importancia los meristemos apicales del tallo y la raíz
necesitan cierto tipo de protección. El meristemo de la raíz está protegido desde el momento
en que surge, por una región celular llamada cofia. Las células de la cofia son producidas por el
meristemo de la raíz, estas células se desprenden y son reemplazadas durante el movimiento
de la raíz en el suelo.
Epicotilo
Cotiledón
Hipocotilo
Durante la germinación de las semillas las regiones
del epicotilo (región arriba de los cotiledones) y del
hipocotilo (región debajo de los cotiledones)
pueden doblarse y de esta manera proteger al
meristemo
apical
del
tallo.
En
las
monocotiledóneas algunas pueden presentar una
estructura llamada coleóptilo, la cual es un tejido
de recubrimiento de la parte aérea de la nueva
planta y por ende del meristemo apical del tallo.
Las plantas como las conocemos comúnmente están formadas por tres partes importantes la
raíz, el tallo y las hojas. Cada uno de estos órganos cumple una función específica en las plantas.
La raíz es la región que está en contacto con el suelo y no visible. Una de las funciones principales
de la raíz es dar sostén a la planta, mantenerla fija al suelo. Además de la fijación, las raíces son
las encargadas de la absorción del agua y de las sales minerales disponibles en el suelo. Después
de absorber el agua y los minerales necesarios, la raíz traslada estos recursos a la parte aérea
de la planta. También funciona como órgano de almacenamiento de carbohidratos en forma de
almidones.
El tallo es la parte de las plantas que se encarga de conducir mediante tejidos conductores el
agua y nutrientes a la parte aérea de la planta. Da sostén a hojas, flores y frutos; conecta a la
raíz con las hojas; presenta estructuras que dan origen a nuevas ramas y hojas. En los tallos de
gimnospermas y algunas angiospermas llegan a existir células que pueden generar crecimiento
secundario.
Las hojas son las encargadas de la respiración y transpiración (intercambio gaseoso) en las
plantas. Así mismo, fijan la energía solar, ya que dentro de ellas se encuentran las células con
capacidad fotosintética.
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