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. Coleochaete orbicularis

Chara

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

Spore Gamete

Mitosis

n

n n

n

2n

MEIOSIS FERTILIZATION

Zygote

SporophyteHaploid

Diploid

1 2

3 4

Alternation of generations Apical meristems

Multicellular gametangia Walled spores in sporangia

Archegoniumwith egg

Antheridiumwith sperm

Sporangium Spores

Apical meristemof shoot

Developingleaves

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

Key

Haploid (n)Diploid (2n) Protonemata

(n)

“Bud”

“Bud”

Malegametophyte(n)

Femalegametophyte (n)

Gametophore

Rhizoid

Spores

Sporedispersal

Peristome

Sporangium

MEIOSIS SetaCapsule(sporangium)

Foot

Maturesporophytes

Capsule withperistome (SEM)

Femalegametophytes

2 m

m

Raindrop

Sperm

Antheridia

Egg

Archegonia

FERTILIZATION

(within archegonium)Zygote(2n)

Embryo

Archegonium

Youngsporophyte(2n)

Fig. 29-9d

Gametophyte

Seta

CapsuleSporophyte(a sturdyplant thattakes monthsto grow)

Polytrichum commune,hairy-cap moss

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

(a) Peat being harvested

(b) “Tollund Man,” a bog mummy

•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.

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)

MEIOSISSporedispersal

Sporangium

SporangiumMaturesporophyte(2n)

Sorus

Fiddlehead

Spore(n)

Younggametophyte

Maturegametophyte(n) Archegonium

Egg

Antheridium

Sperm

FERTILIZATION

Newsporophyte

Gametophyte

Zygote(2n)

• 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

Sporangiumon sporophyll

Singletype of spore

Typically abisexualgametophyte

Eggs

Sperm

Eggs

Sperm

Heterosporous spore production

Megasporangiumon megasporophyll Megaspore Female

gametophyte

Malegametophyte

MicrosporeMicrosporangiumon microsporophyll

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.

Seed coat(derived fromintegument)

(c) Gymnosperm seed

Embryo (2n)(new sporophyte)

Food supply(femalegametophytetissue) (n)

(b) Fertilized ovule(a) Unfertilized ovule

Integument

Immaturefemale cone

Spore wall

Megasporangium(2n)

Male gametophyte(within a germinatedpollen grain) (n)

Megaspore (n) Micropyle Pollen grain (n)

Egg nucleus (n)

Dischargedsperm nucleus (n)

Femalegametophyte (n)

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

Reduced (usually microscopic), dependent on surroundingsporophyte tissue for nutrition

Reduced, independent(photosynthetic andfree-living)Gametophyte

Sporophyte(2n)

Sporophyte(2n)

Gametophyte(n)

Sporophyte

Example

Gametophyte(n)

Dominant

Dominant DominantReduced, dependent ongametophyte for nutrition

Mosses and othernonvascular plants

Ferns and other seedlessvascular plants Seed plants (gymnosperms and angiosperms)

PLANT GROUP

Gymnosperm Angiosperm

Microscopic femalegametophytes (n) insideovulate cone

Microscopic malegametophytes (n) inside pollencone

Sporophyte (2n) Sporophyte (2n)

Microscopic femalegametophytes (n) insidethese partsof flowers

Microscopic malegametophytes (n) insidethese partsof flowers

Fig. 30-UN3

Reducedgametophytes

Microscopic male andfemale gametophytes(n) are nourished andprotected by thesporophyte (2n)

Five Derived Traits of Seed Plants

Malegametophyte

Femalegametophyte

Heterospory Microspore (gives rise toa male gametophyte)

Megaspore (gives rise toa female gametophyte)

Ovules

Ovule(gymnosperm)

Pollen Pollen grains make waterunnecessary for fertilization

Integument (2n)

Megaspore (2n)

Megasporangium (2n)

Seeds Seeds: survivebetter thanunprotectedspores, can betransportedlong 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 CarpelStyle

Ovary

Receptacle

SepalPetal

(a) Structure of an idealized flower

Fig. 38-3(a)

Development of a malegametophyte (in pollen grain)

Microsporangium(pollen sac)

Microsporocyte (2n)

4 microspores (n)

Each of 4microspores (n)

Malegametophyte

Generative cell (n)

Ovule

(b)Development of a femalegametophyte (embryo sac)

Megasporangium (2n)

Megasporocyte (2n)

Integuments (2n)

Micropyle

MEIOSIS

Survivingmegaspore (n)

3 antipodal cells (n)

2 polar nuclei (n)

1 egg (n)

2 synergids (n)

Fem

ale

gam

eto

ph

yte

(em

bry

o s

ac)

Ovule

Embryosac

Integuments (2n)

Ragweedpollengrain

Nucleus oftube cell (n)

MITOSIS

10

0 µ

m

20 µm

75 µm

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. 38-5Stigma

Pollen tube

2 sperm

Style

Ovary

Ovule

Micropyle

Ovule

Polar nuclei

Egg

Synergid

2 sperm

Endospermnucleus (3n)(2 polar nucleiplus sperm)

Zygote (2n)(egg plus sperm)

Egg

Pollen grain

Polar nuclei

Fig. 38-7

Ovule

Endospermnucleus

Integuments

Zygote

Zygote

Terminal cellBasal cell

Basal cell

ProembryoSuspensor

Cotyledons

Shootapex

Rootapex Seed coat

EndospermSuspensor

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

(b)Angiosperm phylogeny

Most recent common ancestorof all living angiosperms

Millions of years ago

300 250 200 150 100 50 0

Livinggymnosperms

Bennettitales

Amborella

Star anise andrelatives

Water lilies

Monocots

Magnoliids

Eudicots

Amborella trichopoda Lirio de agua

Grupos basales:

Anís estrellado

Fig. 30-13d

Magnolia

Magnoliales:

Aguacate (Persea americana): ej. Familia de laurel

Pimienta negra: Piper nigrum

Orquídeas

Monocots:

Palmas

Gramíneas

Dicots:

CeibaGandúl

Margarita