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
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