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Monocotiledoni Dicotiledoni 2
Caratteristiche del Regno Plantae (Dominio Eukarya) Caratteristiche in comune con le alghe verdi: pigmenti fotosintetici (clorofilla a, b, carotenoidi), l amido come principale macromolecola di riserva, la cellulosa come costituente della parete cellulare, la presenza di un fragmoplasto e di una piastra cellulare durante la mitosi. Queste caratteristiche condivise suggeriscono che le alghe verdi e le piante siano derivate da un progenitore comune. 3
Caratteristiche del Regno Plantae (Dominio Eukarya) Caratteristiche specifiche delle piante: adattamento all ambiente terrestre per proteggersi dal disseccamento mediante: -cuticola ricca di acidi grassi che riveste la superficie esterna -stomi per gli scambi gassosi con l esterno -gametangi (strutture che producono i gameti) e sporangi ( strutture che producono le spore) sono pluricellulari e circondati da uno strato di cellule sterili -gli zigoti si sviluppano in embrioni (plantule) pluricellulari all interno dei tessuti della pianta madre che precedentemente circondavano la cellula uovo. Ciclo vitale di un alga verde (protisti) 4
Le piante sono caratterizzate da un ciclo vitale con alternanza di generazioni Nelle specie più evolute, la fase sporofitica del ciclo vitale è quella predominante Le piante sono caratterizzate da un ciclo vitale con alternanza di generazioni I gametofiti aploidi producono gli ANTERIDI (gametangi maschili) in cui si formano le cellule sessuali maschili (cellule spermatiche) e/o gli ARCHEGONI (gametangi femminili) ognuno dei quali contiene 1 sola cellula uovo. Lo sporofito diploide possiede SPORANGI con cellule specializzate dette CELLULE SPOROGENETICHE che, in seguito a meiosi, generano spore aploidi 5
RIPRODUZIONE NELLE PIANTE Nelle piante la riproduzione può essere: Asessuata e Sessuata La riproduzione asessuata (detta anche moltiplicazione vegetativa), senza l'intervento dei gameti, avviene per mezzo di: rizomi, bulbi, tuberi, stoloni 6
Uno stolone è un fusto aereo che si forma da una gemma ascellare vicino alla base (colletto) della pianta stolonifera, e si allunga sul suolo, o appena sotto il terreno, emettendo radici e foglie dai nodi da cui si generano nuove piantine. Fragaria sp. Lo stolone inizialmente consente il passaggio di acqua e nutrienti dalla pianta madre al nuovo germoglio, fino a quando il collegamento viene reciso, a questo punto le giovani piantine divengono indipendenti. 13 Per tubero s'intende una porzione di fusto modificata che assume un aspetto globoso e la funzione di organo di riserva. Di solito sono sotterranei come in Solanum tuberosum (patata), Helianthus tuberosus (topinambur). Helianthus tuberosus Solanum tuberosum 14 7
Con il termine pollone si indica un fusto aereo che si sviluppa da gemme avventizie direttamente sul tronco o alla base dell'albero, a volte anche dalla radice. Pollone Castanea sativa Populus sp. 15 Il RIZOMA è un fusto modificato che spesso si trova a pochi centimetri sotto il suolo, più lungo ed esteso del tubero. Da esso partono le radici verso il basso e le gemme apicali verso l'alto. Iris, le calle e molte piante acquatiche hanno rizomi. Epilobium sp. Iris 16 sp. 8
Il bulbo è una struttura ipogea costituita da una gemma con un fusto raccorciato e protetta da foglie carnose ricche di sostanze di riserva. Da un bulbo iniziale si possono sviluppare bulbilli ipogei, che possono diventare nuove piante. Bulbilli ipogei Tulipa sp. Allium cepa 17 Bulbi e bulbilli: Allium sativum L. 9
La riproduzione sessuata prevede formazione di spore aploidi che si dividono in microspore (maschili) e megaspore (femminili) e che evolvono in gametofiti (pianta pluricellulare aploide che nelle angiosperme è ridottissima e dipendente dallo sporofito) maschile e femminile. I gametofiti producono gameti non per meiosi ma per mitosi. Due gameti così prodotti si fondono e formano uno zigote diploide che si divide e forma un individuo detto sporofito. Le cellule dello sporofito si dividono per meiosi generando spore aploidi. Caratteristiche del Regno Plantae (Dominio Eukarya) - BRIOFITE Piante non vascolari: non presentano i tessuti xilema e floema. Circa 23,000 specie di briofite. Comprendono muschi, epatiche e antocerote. I loro habitat coprono un intervallo che va dal livello del mare fino a oltre 5500m di altitudine. Molte specie occupano ambienti che, almeno per una parte della giornata si trovano all ombra. 10
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CICLO VITALE DI UN MUSCHIO 12
Nei muschi, gli sporofiti sono, per alcune esigenze, ancora dipendenti dal gametofito: assorbimento di acqua e sali minerali, rilascio di alcuni carboidrati I muschi della torba ( s f a g n i ) s o n o e c o l o g i c a m e n t e importanti nelle paludi e nel processo di interramento delle torbiere. Spesso formano tappeti galleggianti sull acqua e mantengono condizioni sufficientemente acide da impedire la crescita di batteri e funghi. Alcune specie hanno proprietà antisettiche. 13
I muschi luminosi si trovano in grotte, vicino all entrata, e altri luoghi bui e umidi. Vengono definiti luminosi perché, in luce riflessa, brillano di una luce verde dorata. La superficie superiore delle loro cellule è leggermente ricurva e funziona come una piccola lente di ingrandimento, concentrando la luce fioca sui cloroplasti posti alla base delle cellule. Questo adattamento consente di effettuare fotosintesi anche in condizioni di scarsa luminosità Pur non essendoci nelle briofite un vero xilema e un vero floema, molti muschi hanno speciali cellule conduttrici di acqua dette idroidi o cellule che conservano acqua, altrimenti l acqua viene assorbita direttamente dall esterno attraverso tutta la superficie della pianta. 14
Rilevanza ecologica ed importanza per l uomo - Le briofite insieme ai licheni sono specie pioniere nella successione ecologica primaria: sono i primi organismi viventi ad occupare ambienti sconvolti da eventi geologici quali le eruzioni vulcaniche, il ritiro dei ghiacciai. Accumulano così in questi posti materia organica che potrà essere utilizzata o sulla quale potranno insediarsi altri organismi. - I muschi trattengono umidità cedendola lentamente al terreno, riducono i processi di erosione e consentono la formazione dell humus. -I muschi sono indicatori di acqua di superficie Rilevanza ecologica ed importanza per l uomo -I Muschi della torba (sfagni) hanno un elevata capacità di assorbire acqua (1 Kg di sfagni secchi può assorbire fino a 25 Kg di acqua), usati per migliorare il terreno dei vivai. I frutti di mare vivi e altri organismi vengono spediti avvolti in sfagni - Gli sfagni hanno anche proprietà antisettiche -Gli sfagni usati come combustibile -Nella preparazione del whisky scozzese l orzo viene seccato su fuoco di torba per aromatizzare 15
Caratteristiche del Regno Plantae (Dominio Eukarya) CRITTOGAME VASCOLARI -Hanno i tessuti conduttori xilema e floema ma non producono semi. -Hanno vere foglie e radici con funzione di ancoraggio e assorbimento. -I gametofiti (n) sono diventati progressivamente più piccoli e dipendenti dallo sporofito (2n) che appare sempre più grande. 16
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Le felci Strutture e forma -Circa 11000 specie di felci conosciute; variano in grandezza: da piccole forme galleggianti, meno di 1 cm, a felci arboree giganti alte fino a 25 m. -Le foglie sono megafilli comunemente chiamate fronde, sono tipicamente divise in segmenti più piccoli -Richiedono acqua per la riproduzione, quindi sono abbondanti in ambienti umidi 19
Rilevanza ecologica e importanza per l uomo -Piante da appartamento molto comuni perché vivono in condizioni di bassa umidità e non suscettibili a malattie. -Funzionano come filtri per l aria inquinata rimuovendo notevoli quantità di formaldeide o altre molecole tossiche. -Forniscono un ambiente ideale per la crescita di altre piante come le orchidee -I rizomi cucinati possono essere utilizzati come cibo o nella preparazione della birra. -Impiego nella medicina tradizionale 20
GIMNOSPERME Il termine si riferisce alla presenza di semi nudi. Nell evoluzione i SEMI rappresentano un significativo ADATTAMENTO ALLA TERRAFERMA. Al contrario delle spore, i semi hanno un rivestimento protettivo e una riserva di cibo per l embrione. L embrione può essere in grado di rimanere in uno stato di dormienza per lunghi periodi al gelo, in condizioni di siccità e, in alcuni casi può sopravvivere anche al fuoco. Questa capacità di sopravvivenza dei semi è stata fondamentale per consentire alle piante con seme di rappresentare la vegetazione dominante attuale sulla terra. 21
I semi sono prodotti sulla superficie di sporofilli e non sono racchiusi da frutti come avviene nelle Angiosperme. Semi esposti e semi avvolti da frutto Sono presenti quattro Phyla viventi: Pinophyta, Ginkgophyta, Cycadophyta, Gnetophyta. Gli sporofiti (2n) delle gimnosperme sono principalmente alberi e arbusti. I gametofiti (n) sono, in proporzione, ulteriormente ridotti rispetto alle felci, inoltre non crescono indipendentemente ma si sviluppano all interno di strutture dello sporofito. Il gametofito femminile è prodotto all interno dell ovulo che a sua volta contiene la nocella, un tessuto nutritivo diploide. La nocella è racchiusa da un integumento, diversi strati di tessuto diploide che diventano il rivestimento del seme dopo che è avvenuta la fecondazione. 22
Ovulo di Pinophyta sezione longitudinale Il ciclo vitale di pinophyta è un esempio dei cicli vitali delle gimnosperme 23
MICROSPORANGI E MEGASPORANGI SI SVILUPPANO SU RAMI DIVERSI DELLO STESSO ALBERO In primavera avviene l impollinazione, ma in questo periodo i coni femminili non hanno ancora subito meiosi. Nei mesi successivi il gametofito femminile continua il processo di maturazione e il granulo pollinico produce il tubetto pollinico che consente di raggiungere i gameti femminili La fecondazione avviene la primavera dell anno successivo e nei mesi successivi, anche 6 mesi si sviluppa l embrione. I semi possono rimanere anche anni nel cono femminile prima di essere liberati La struttura primaria del fusto delle gimnosperme è generalmente una EUSTELE: un anello di fasci di xilema e floema disposti intorno ad una zona centrale (midollo) 24
Phylum Pinophyta Conifere Pini: Il più grande genere di conifere. Più di 100 specie viventi. Comprende organismi viventi più antichi del mondo Le foglie dei pini sono aghiformi e raggruppate in mazzetti ognuno contenente da due a 5 aghi. Ciascun gruppo (fascetto) forma un cerchio che tiene insieme le foglie. Canali resiniferi si sviluppano nel mesofillo in diverse parti della pianta. La resina è aromatica, antisettica ed è un deterrente per i funghi. Sezione trasversale di un fusto di pino 25
Accrescimento secondario Molte CONIFERE presentano un ACCRESCIMENTO SECONDARIO e annualmente producono i tessuti secondari: LEGNO - XILEMA SECONDARIO CORTECCIA - FLOEMA SECONDARIO. Molti legni variano considerevolmente in durezza Molti legni di gimnosperme sono costituiti fondamentalmente da tracheidi. Phylum Ginkgophyta Ginkgo Solo una specie vivente: Ginkgo biloba Foglie incise, ampie e a forma di ventaglio, prodotte a spirale su corti rami a crescita lenta. -Il ciclo vitale è simile a quello dei pini. Specie dioica Le foglie di Ginkgo biloba contengono terpeni, polifenoli, flavonoidi che avrebbero un'azione vasodilatatrice con attività sulle funzioni cerebrovascolari e studiate anche per la malattia di Alzheimer 26
Phylum Cycadophyta Cicadaceae Rappresentano una via di mezzo tra alberi di felce e una palma. Piante a crescita lenta, tipiche delle aree tropicali e subtropicali, presentano fusti non ramificati.» Corona di grandi foglie pennate. Ciclo vitale simile a quello delle conifere. l impollinazione è generalmente determinata da coleotteri invece che dal vento. Phylum Cycadophyta 27
Monocotiledoni Dicotiledoni Angiosperme 28
Monocotiledoni (Liliopsida) Orchidaceae Gladiolus GIGLIO (Lilium L.) MAIS (Zea mays ) FRUMENTO (Triticum) RISO (Oryza sativa) Dicotiledoni (Magnoliopsida ) Magnolia L. Morus L. (Gelso) Malus domestica (Melo) 29
ANGIOSPERME Piante con semi contenuti in un carpello (es. baccello pisello). 1 solo PHYLUM: MAGNOLIOPHYTA Il più grande e più eterogeneo phylum del Regno Plantae. Il Phylum è suddiviso in due grandi CLASSI: MONOCOTILEDONI e DICOTILEDONI. Alle angiosperme appartengono tutti gli alberi da frutto; i fiori; le verdure; le erbe; i cereali. Rappresentano il gruppo di piante più numeroso (ca. 235.000 specie). Molti fiori hanno pistilli composti da un singolo carpello o più carpelli uniti. Un seme si sviluppa da un ovulo all interno di un carpello ed è parte di un ovario che diventa frutto. 30
STRUTTURE DEL FIORE 31
Le Angiosperme come le gimnosperme sono eterosporee, producono due tipi di spore e gli sporofiti sono ancora di più la generazione dominante rispetto alle gimnosperme. I gametofiti femminili sono interamente racchiusi da residui dello sporofito e sono ridotti a poche cellule. A maturità, i gametofiti maschili sono costituiti da un granulo pollinico germinato con tre nuclei. Gametofito maschile maturo 32
CICLO VITALE DELLE ANGIOSPERME Sviluppo del gametofito femminile La cellula diploide del megasporocito si differenzia dalle altre cellule nell ovulo del fiore in sviluppo; subisce meiosi e produce quattro megaspore aploidi. Tre degenerano ma il nucleo della quarta subisce mitosi, i due nuclei si dividono ancora 2 volte fino ad avere 8 nuclei. Contemporaneamente alle mitosi, si formano due strati esterni alle cellule dell ovulo: integumento che successivamente si differenzia e diventa il rivestimento (tegumento) del seme. Durante lo sviluppo, l integumento lascia un poro ad una estremità: micropilo. 33
Il nucleo della cellula centrale diventa una cellula binucleata o può fondersi formando un singolo nucleo diploide. Intorno agli altri nuclei si forma la parete Il gametofito femminile (megagametofito) è costituito da un grande sacco che, a maturità, contiene di solito otto nuclei e sette cellule. Vicino al micropilo, una delle cellule fungerà. da gamete femminile o cellula uovo Megagametofito o gametofito femminile maturo Copyright McGraw-Hill Companies Permission Required for Reproduction or Display 34
Sviluppo dei gametofiti Sviluppo del gametofito maschile Mentre si sviluppa il megagametofito, un processo parallelo porta alla formazione del gametofito maschile nelle antere. Vengono differenziati quattro gruppi di cellule dal tessuto principale. Ogni gruppo Contiene microsporociti diploidi che a seguito di meiosi producono una tetrade di microspore. 35
Sezione trasversale di antera di Lilium Copyright McGraw-Hill Companies Permission Required for Reproduction or Display Dopo la meiosi, le microspore aploidi nelle sacche polliniche subiscono diversi processi. In ciascuna microspora, il nucleo si divide per mitosi. Le singole microspore della tetrade vengono separate. Una parete bistratificata si sviluppa intorno a ciascuna microspora. Le microspore diventano quindi granuli pollinici. Parete esterna del granulo:esina. 36
L impollinazione è il processo nel quale avviene il trasferimento di granuli pollinici dall antera allo stigma. La fecondazione è l unione di una cellula uovo con un nucleo spermatico. Può avvenire dopo giorni, settimane o mesi dall impollinazione. L IMPOLLINAZIONE Per potersi verificare la fecondazione è necessaria l'impollinazione: il polline deve essere trasferito dall'antera sullo stigma. Gli agenti impollinatori (pronubi) sono le api e altri insetti pronubi (come le farfalle, i coleotteri, ecc.), gli uccelli (colibrì), piccoli mammiferi (pipistrelli).una certa azione è svolta anche dal vento. I fiori con i loro colori attirano gli insetti che per prelevare il nettare provocano la fecondazione. Gli insetti sono apparsi 100 milioni di anni prima dei fiori. 37
Il nettare è secreto dal nettario, ghiandole specializzate delle piante Angiosperme. E variabile nella composizione e nella quantità a seconda delle specie e dell epoca della secrezione. Contiene zuccheri semplici (circa 25%) e in quantità minore destrine (carboidrati ottenuti dall idrolisi dell amido), sostanze azotate e fosforate, sciolte in acqua. La secrezione di nettare spesso si arresta dopo la fecondazione del fiore. I nettari si distinguono in nuziali (si trovano nel fiore) e attraggono i pronubi, ed extranuziali (collocati fuori del fiore) (sui fusti o foglie) e servono ad attirare formiche che difendono la pianta dai fitofagi. Costituisce il nutrimento principale o esclusivo di molti insetti e di alcuni uccelli (colibrì); serve alle api per la produzione del miele. L IMPOLLINAZIONE 38
IMPOLLINAZIONE ANEMOFILA Nelle spermatofite la forma d'impollinazione più primitiva è quella che avviene a opera del vento. In questo caso la pianta produce elevate quantità di polline che viene in parte perduto perchè trasportato senza una direzione precisa. Il polline affidato al vento è leggero e di piccolissime dimensioni affinche' possa alzarsi in volo al più piccolo movimento dell'aria. Questo tipo di impollinazione casuale è favorito in stazioni aperte e ventose. IMPOLLINAZIONE ZOOFILA Nella zoofilia, dal momento che il polline è trasportato dagli animali direttamente da un fiore all'altro, non è più necessaria la produzione di grandi quantità di polline e l'impollinazione è garantita anche in stazioni poco ventilate, come nel sottobosco. 39
Ecologia dell impollinazione IMPOLLINAZIONE ENTOMOFILA LE API visitano i fiori per raccogliere nettare, la fonte principale di cibo, ma raccolgono anche polline per alimentare le larve. Molti fiori impollinati dalle api hanno un delicato profumo e fragranza e colorati di blu o giallo, tralasciano i fiori rossi perché il rosso appare alle api nero. I fiori impollinati da coleotteri hanno odori più forti. I coleotteri non hanno un buon senso visivo e i fiori impollinati sono bianchi o di colori spenti. Anche i fiori impollinati da farfalle hanno fragranze dolci. Le farfalle visitano i fiori di colore blu, giallo e arancio. Le falene visitano i fiori di colore bianco o giallo, colori che risaltano di notte. I nettàri sono alla base della corolla. Situati per specializzati apparati boccali. 40
Ecologia dell impollinazione I fiori visitati da uccelli sono spesso di colore rosso, luminosi e di solito sono inodori. Tipicamente sono fiori grandi. Gli uccelli sono attivi impollinatori e tendono a bruciare energia rapidamente. Molti fiori visitati da uccelli producono copiose quantità di nettare assicurando ripetute visite. I pipistrelli visitano fiori che si aprono solo durante la notte. 41
Fecondazione e sviluppo di semi Dopo l impollinazione, lo sviluppo ulteriore del gametofito femminile avviene se il granulo pollinico è: Prodotto da una pianta diversa della stessa specie. Da una varietà diversa da quella del fiore ricevente. In condizioni favorevoli, viene prodotto un tubetto pollinico che si estende verso le cellule dello stigma e dello stilo fino a raggiungere il micropilo dell ovulo. 42
Fecondazione e sviluppo di semi Quando il tubetto pollinico raggiunge il micropilo, entra nel gametofito femminile e scarica il suo contenuto. Doppia fecondazione (fusione): Un nucleo spermatico migra da una sinergide verso la cellula uovo si fonde con essa e forma uno zigote. L altro nucleo migra dalla sinergide e si fonde con i nuclei della cellula centrale formando il nucleo dell endosperma triploide. IMPOLLINAZIONE E FECONDAZIONE 43
Apomissia e partenocarpia L Apomissia è il processo che permette lo sviluppo degli embrioni senza fusione di gameti ma contenenti le normali strutture (ad esempio ovari). All'interno dell'ovulo, si può assistere ad un'alterazione o addirittura ad una soppressione del processo meiotico che dovrebbe dare origine alle spore. Si forma così una pseudospora diploide che, germinando all'interno dell'ovulo, darà origine ad un gametofito femminile diploide geneticamente uguale allo sporofito. 44
Apomissia e partenocarpia I frutti che si sviluppano da ovari con cellule uovo non fecondate sono partenocarpici. Tali frutti sono privi di semi Le angurie prive di semi sono prodotte incrociando varietà aventi diversi numeri cromosomici (non partenocarpici) Non è presente la fecondazione e i semi non vengono formati. Specializzazioni nelle Angiosperme Nei fiori più evoluti, il ricettacolo si è fuso con l ovario. Quando l ovario è incluso nel ricettacolo viene definito infero. Gli elementi fiorali sono inseriti all apice dell ovario e sono epigini. Quando l ovario è prodotto alla sommità del ricettacolo si definisce supero. Gli elementi fiorali sono inseriti intorno alla base e sono ipogini. 45
ovario prodotto alla sommità del ricettacolo l ovario incluso nel ricettacolo 46
I fiori hanno la tendenza ad essere irregolari. I fiori completi contengono calice, corolla, stami e pistilli. Dal punto di vista riproduttivo il fiore può contenere sia l'apparato maschile che quello femminile (stami e pistilli) e in questo caso esso si dice FIORE PERFETTO. Se i due apparati riproduttivi si trovano su fiori diversi, il FIORE si dice IMPERFETTO; es. vischio, kiwi, ecc. FIORI IMPERFETTI sulla stessa pianta: specie monoiche (Zea mays) pennacchio (stame) barba (carpello) 47
Questi fiori detti imperfetti possono trovarsi anche sulla stessa pianta come é il caso di Zea mays (i pennacchi sono i fiori maschili, le barbe delle pannocchie i fiori femminili), della Cucurbita pepo, piante monoiche. I fiori maschili e femminili possono trovarsi anche su piante diverse come nel caso di (Ilex aquifolium) agrifoglio (solo l'agrifoglio femmina produce bacche, se ha però nelle vicinanze un agrifoglio maschio). Quest'ultime sono dette piante dioiche. FIORI IMPERFETTI su due piante diverse: specie dioiche Ilex aquifolium (agrifoglio) 48