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Morfologia Vegetal Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Ms.Paulo Henrique de Mello Revisão Textual: Prof. Ms. Luciano Vieira Francisco Anatomia e morfologia dos frutos e sementes 5 • Anatomia e morfologia dos frutos • Parede dos frutos deiscentes Os objetivos desta unidade são: · Obter subsídios teóricos das principais características da anatomia e morfologia dos frutos e sementes. · Reconhecer as principais estruturas, funções e diferentes tipos de frutos e sementes nas plantas. Se você quer ser bem-sucedido, precisa ter dedicação total, buscar seu último limite e dar o melhor de si. (Ayrton Senna). Nesta Unidade daremos início aos estudos da anatomia e morfologia dos frutos e sementes. Adiante, estudaremos as diferentes características de suas estruturas e funções. Para que você obtenha uma melhor aprendizagem e memorização do assunto apresentado, leia com atenção o conteúdo desta Unidade e os materiais complementares, como referências bibliográficas e vídeos. Recomendamos a pesquisa de mais fontes que, certamente, contribuirão para sua formação, melhor desempenho e maior aprendizado. Anatomia e morfologia dos frutos e sementes 6 Unidade: Anatomia e morfologia dos frutos e sementes Contextualização Na Unidade anterior exploramos a anatomia e morfologia das flores. Nesta Unidade abordaremos intensamente como sementes e frutos são formados, assim como suas estruturas e principais funções. Para entender de que forma as estruturas do fruto se organizam, seus principais tipos e funções devem ser compreendidos, assim como a conexão entre sua morfologia e seus tipos de dispersão, tornando ainda mais importante o bom aproveitamento desta Disciplina. 7 Anatomia e morfologia dos frutos Sabemos que, de uma forma geral, após a fertilização da oosfera, o ovário se desenvolverá no fruto, enquanto que o óvulo se transformará em semente. Em uma definição estrita, o fruto é o ovário amadurecido. Segundo Esau (1953) seguindo uma classificação proposta por Winklerexistem quatro tipos básicos de frutos: a) frutos agregados livres, derivados de uma flor hipógina apocárpica; b) frutos unidos livres, oriundos de uma flor hipóginasincárpica; c) frutos agregados com receptáculos em forma de taça, provenientes de uma flor perígina, apocárpica; e d) frutoshipântios em forma de taça, unidos e provenientes de uma flor epígina, sincárpica. Os frutos são compostos por duas partes principais, o pericarpo e a semente. Na flor, a estrutura que dará origem à futura parede do fruto é composta, principalmente, de parênquima – como tecido fundamental –, esse entremeado com tecido vascular. A parede do fruto, ou pericarpo, pode ser diferenciada em três tipos principais,os quais: exocarpo – ou epicarpo –, mesocarpo e endocarpo, e essas podem ou não estar presentes nos frutos. Alguns autores denominam o pericarpo como a epiderme externa – exocarpo – e interna – endocarpo –, sendo que os demais tecidos representariam o mesocarpo que, por sua vez, é principalmente composto por células parenquimáticas. O pericarpo, que possui uma denominação mais vulgar, “parede do fruto”, é o ovário maduro, ou o pericarpo com partes extracarpelares que podem vir a unirem-se ao ovário do fruto. Figura 2 – Esquema de histologia do pericarpo. Figura 1 – Esquema mostrando as flores das quais derivam os quatro tipos principais de frutos. Fonte: Esau (1974) 8 Unidade: Anatomia e morfologia dos frutos e sementes O exocarpo é proveniente da epiderme externa do ovário e, sendo originário desse tecido,manifesta características anatômicas dessa epiderme. Com isso, pode apresentar estruturas como a cutícula, os estômatos e os tricomas. Em alguns frutos, por exemplo, temos os tricomas secretores que podem conferir aroma característico de cada fruto. Além disso, o exocarpo pode apresentar uma ou mais camadas de células esclerenquimáticas lignificadas, o que conferirá uma característica de maior rigidez a esse fruto. O mesocarpo origina-se do mesófilo do ovário e possui em sua estrutura anatômica diferentes tipos de tecido como, por exemplo, tecidos de reserva – parênquima –,de sustentação – colênquima e esclerênquima –, além de células de reserva – idioblastos. Além disso, nessas camadaspodem ser encontrados diversos feixes vasculares. O endocarpo origina-se da epiderme interna do ovário e possui uma epiderme unisseriada, ou plurisseriada, esclerênquima. Vale lembrar que no endocarpo existem tecidos com potencialidade meristemática. Com isso, a presença dos diversos tecidos que compõem as três camadas do epicarpo confere aos frutos uma consistência carnosa, pois possuem muito parênquima, ou consistência seca, quando manifestam a presença de esclerênquima. Figura 3 – Esquema mostrando os tecidos que compõem os frutos, exocarpo, mesocarpo e endocarpo. Fonte: 309botanica.blogspot.com.br Parede dos frutos deiscentes Os frutos deiscentes são aqueles que se abrem liberando suas sementes quando estão maduros. Essas paredes deiscentes ocorrem em frutos que contêm várias sementes. O fruto deiscente pode desenvolver-se a partir de um único carpelo – folículo ou legume –, ou de vários carpelos – cápsula. Sabemos que tanto a região de abertura, quanto a maneira que abre é muito variada entre as espécies vegetais.Tais variações são tão grandes que podem ocorrer no lugar em que os bordos de um determinado carpelo se unem; podem ocorrer ao longo da união de dois carpelos; podem também ocorrer longitudinalmente, através de uma área horizontal, circular, envolvendo todos os carpelos de um gineceu sincárpico; ou ainda através da formação de poros. 9 Histologicamente é possível visualizar o local onde ocorrerá a deiscência, a qual pode ser visível durante o desenvolvimento do fruto. Com isso, divisões celulares podem preceder a deiscência e a abertura ocorrerá na faixa de células mais delgadas dessa região. Um exemplo bem característico desse tipo de fruto deiscente seco é o legume. Nesse tipo, o exocarpo pode ser constituído apenas pela epiderme, ou pela epiderme e camadas subepidérmicas, sendo que ambas são compostas por células com paredes espessadas. Em sua estrutura,o mesocarpo possui tecido parenquimático,com células de paredes finas, enquanto que o endocarpo constitui-se de células de paredes espessadas. Paredes dos frutos indeiscentes Um fruto indeiscente é aquele que permanece fechado mesmo depois de maduro. Na maioria das vezes, esses frutos são originários apenas de um ovário, no qual somente uma semente se desenvolve.No entanto, mais de um óvulo poderá estar presente. Nesses frutos, o pericarpo é similar ao tegumento de uma semente, o qual pode se apresentar deformado, ou destruído em grande extensão como, por exemplo, o aquênio do girassol; ou fundido com o pericarpo como, em outro exemplo, cariopse das gramíneas. A cariopse das gramíneas possui grande quantidade de endosperma, sendo que a camada mais externa desse possui inclusões proteicas e é conhecida por camada de aleurona. Além disso, a camada interna do endosperma possui amido e uma quantidade variável de glúten. Ademais, sabemos que os farelos de grão de trigo são constituídos do pericarpo e dos tecidos externos da semente, incluindo a camada de aleurona. Parede dos frutos carnosos Os frutos tanto carnosos, quanto secos podem ser originários de gineceus monocarpelares, ou multicarpelares. Sua parede pode ser formada somente pelo pericarpo, ou pelo pericarpo juntamente com tecidos extracarpelares. A porção externa da parede do fruto, ou da parede interna, podem tornar-se carnosas por diferenciação em parênquima suculento e macio. Além dessas regiões, outras partes podem se tornar carnosas, como a placenta e os tabiques dos ovários multiloculares. Classificação dos frutos Os frutos são os ovários maduros e podem – ou não – incluir outras partes florais. Nos casos em que essas outras partes florais estão presentes, esses são denominados frutos acessórios.Na maioria dos casos os frutos possuem sementes, no entanto, os frutos partenocárpicos podem desenvolver-se sem a formação de sementes. As bananas cultivadas são um exemplo dessa condição excepcional. 10 Unidade: Anatomia e morfologia dos frutos e sementes Geralmente os frutos são classificados como: Simples formados por um único carpelo, ou por vários carpelos unidos; Agregados Formados por vários carpelos separados de um mesmo gineceu Exemplos: magnólia e morango; Múltiplos formados por gineceus de mais de uma flor. Exemplo: abacaxi. Os frutos simples são os mais diversos entre esses três grupos. São macios e carnosos quando maduros, no entanto, podem ainda ser secos e lenhosos. Há os seguintes tipos principais de frutos carnosos: Baga apresenta todo o seu tecido fundamental carnoso. O epicarpo é fino, mesocarpo carnoso – polpa – e o endocarpo suculento, ou gelatinoso. Exemplos: tomate e uva. No tomate o tecido carnoso provém dos septos e da placenta; enquanto na uva o tecido carnoso é originário do pericarpo. Podem ocorrer um ou vários carpelos, frequentemente com várias sementes; Hesperídio - tipo de baga possui o epicarpo compactado, colenquimatoso com aspecto coriáceo, chamado flavedoe que possui glândulas de óleo – parte amarela da casca – e um mesocarpo esponjoso, o albedo – parte branca da casca – com um endocarpo compacto e que origina bolsas cheias de suco. Exemplos: plantas do gênero Citrus; Pepônio – tipo de baga parede constituída do pericarpo e tecidos extracarpelares. A parede é maciça e de estrutura heterogênea. Abaixo da epiderme externahá colênquima, enquanto abaixo dessa, parênquima com cloroplastos. Abaixo dessas estão ainda o parênquima carnoso e o parênquima suculento. Exemplo: pepino; Drupa possui epicarpo delgado,constituído de epiderme e colênquima subepidérmica, mesocarpo carnoso e endocarpo pétreo. Pode ocorrer um ou vários carpelos, inclusive cada carpelo com somente uma semente. Exemplo: pêssego, cereja e azeitona Pomo possui as partes extracarpelarescompondo a maior parte da parede carnosa do fruto, em alguns casos constituída de parênquima. Possui ainda cinco carpelos e pericarpo, formados pelo exocarpo carnoso de natureza parenquimática. Exemplo: maçã. Em alguns livros, o fruto do tipo pomo é considerado exemplo de pseudofruto, pois a sua estrutura carnosa corresponde a outras partes da flor que não o ovário. 11 Figura 4 – Tipos de frutos carnosos: a) baga; b) hesperídio; c) pepônio; d) drupa; e) pomo. Frutos simples e secos: Deiscentes nesses frutos os tecidos da parede do ovário maduro – pericarpo – se abrem, liberando as sementes: Folículo derivado de um único carpelo, que se abre em um dos lados. Exemplo: magnólia; Legume parecido com os folículos, no entanto, os legumes se abrem em ambos os lados. Exemplo: ervilha; Cápsula formam-se originalmente de um ovário composto e dispersam suas sementes abrindo o fruto por fissuras longitudinais, ou por orifícios na região superior dos frutos. Existem diversos tipos de frutos do tipo cápsula: loculicida, poricida, pixídio, septícida. Exemplo: cedro; Síliqua tipo de cápsulaformado de dois carpelos fundidos, quando maduros, ambos os lados se abrem, deixando as sementes presas a uma porção central persistente. Exemplo: mostarda. 12 Unidade: Anatomia e morfologia dos frutos e sementes Figura 5 – Frutos simples e secos: a) tipo folículo; b) tipo cápsula; c) tipo legume;d) tipo síliqua. Figura 6 – Frutos tipo cápsula:a) pixídio; b) síliqua; c) septícida; d) poricida;e) loculicida. 13 Indeiscentes as sementes permanecem dentro do fruto mesmo após sua liberação da planta mãe: Aquênio tipo de fruto pequeno e que possui uma única semente, solta na cavidade interna do fruto, apresentando somente uma ligação através do funículo. Exemplo: morango; Sâmara tipo de aquênio, no entanto, alado. São frutos simples. Exemplo: olmo; Cariopse semelhante aos aquênios e aos grãos, nos quais o envoltório da semente é fortemente ligado à parede do fruto. Exemplo: arroz; Noz originária de um ovário composto, apresenta fruto com pericarpo extremamente duro. Exemplo: avelã. Figura 7 – Frutos secos indeiscentes: a) tipo aquênio; b) tipo samara; c) tipo cariopse;d) tipo noz. Tipos de dispersão dos frutos Os frutos possuem alguns tipos de dispersão e podemos agrupá-los de acordo com os agentes dispersores: » Frutos anemocóricos – dispersão realizada pelo vento. Essa é possível devido aos frutos e sementes serem extremamente leves. Como exemplo dessa dispersão, temos a família das orquídeas, as quais possuem sementes pequenas, como poeira e que são facilmente transportadas pelo vento. Outro exemplo de anemocoria ocorre com as sementes aladas, que são alas, formadas pelo perianto, permitindo o transporte desses frutos também pelo vento. Um caso clássico de anemocoria ocorre com a espécie Acer, essa que possui esquizocarpos, nos quais cada carpelo desenvolve longas alas, os dois 14 Unidade: Anatomia e morfologia dos frutos e sementes carpelos se separam e quando ocorre a maturação, caem. Outro caso emblemático pertencenteà família das Asteraceae é o do dente-de-leão, esse que desenvolve um pappus plumoso, permitindo que os frutos flutuem com o vento; Figura 8 – Dispersão por anemocoria:a) dente-de-leão;b) Acer pseudoplatanus. » Frutos hidrocóricos – esse tipo de dispersão é realizado pela água e ocorre em plantas que vivem próximas aos córregos, riachos etc. Seus frutos e sementes são adaptados para flutuar e possuem grandes quantidades de ar em seu interior para permitir essa flutuabilidade. Um exemplo bem interessante e rotineiro é o do coco, que pode ser levado também pelas correntes marítimas; » Frutos zoocóricos – esse tipo de dispersão é realizado pelos animais. Nesse caso os frutos são carnosos como, por exemplo, bananas, cerejas, laranjas e uvas e, por isso, são comidos. Ao serem ingeridos por animais,passam pelo trato digestório e quando não sofrem danos durante a digestão, são eliminados em outros locais distantes daquele onde foram coletados, possibilitando sua dispersão. Ao tornarem-se maduros,tais frutos passam por uma série de transformações, incluindo o aumento dos açúcares, amolecimento do fruto, modificação da cor, essa que pode passar de verde para tons brilhantes, como vermelho, amarelo, azul ou preto.Ainda sobre a coloração, um fato interessante é que o interesse pela cor varia entre os animais.Por exemplo, frutos vermelhos são conspícuos para aves e mamíferos, no entanto, são inconspícuos para insetos, ou seja, aves e mamíferos comem determinados frutos quando estão vermelhos – como sinal de que estão maduros –, dispersando-os em outras áreas distantes do local onde foram coletados. Morangos e amoras são exemplos. Figura 9 – Frutas verdes e vermelhas evidenciando suas diferenças com relação à coloração:a) morangos;b) amoras Além desses exemplos, temos algumas angiospermas que produzem frutos que aderem ao corpo dos animais, pois possuem estruturas como ganchos, farpas, espinhos, pelos, ou cascas adesivas, de modo que são carregadas por longas distâncias para serem, finalmente, dispersadas por esses animais. 15 Figura 10 – Frutos com dispersão por zoocoria:a) garra-do-diabo;b) Xanthium. Anatomia e morfologia das sementes As sementes das angiospermas são constituídas por embrião, grande quantidade de endosperma – ou nenhuma – e tegumento, ou testa. Por definição, a semente é um óvulo fecundado e maduro. Após o processo de fecundação que ocorre nas angiospermas – incluindoa dupla fecundação –, o zigoto se transforma em embrião. A partir daí sofre uma série de divisões celulares e seguidas diferenciações histológicas, transformando-se em um embrião maduro. Conforme dito, o embrião maduro possuirá um eixo hipocótilo radicular – através da polarização –, possuindo em seu ápice o eixo apical, um ou dois cotilédones, o meristema do caule e no eixo inferior o meristema radicular.Sabemos que os diversos componentes do óvulo são em parte preservados e em parte alterados durante sua transformação em semente. O embrião e o endosperma ocupam grande parte do volume na semente, enquanto os tegumentos sofrem redução considerável em espessura e desorganização parcial. A micrópila pode permanecer com poro fechado, ou modificar-se e ser obstruída. O funículo, total ou parcialmente, passará por abscisão, formando o hilo, que é uma cicatriz deixada por essa abscisão e será responsável pela absorção de maiores quantidades de água pela semente. Além disso, sabemos que durante o desenvolvimento das sementes, seus principais componentes podem permanecer sem crescimento aparente, apenas modificando- se pelo aumento do número de estratos celulares, ou reduzindo-se até serem reabsorvidos completamente. Como exemplo temos o endosperma, que pode ser consumido durante o processo de desenvolvimento do embrião, permanecendo na semente madura apenas o tecido de reserva, conhecido por aleurona. O endosperma que, de uma forma geral, possui uma característica consistente, pode apresentar tal consistência líquida como, por exemplo, o coco-da-baía. Nesse caso, a água, juntamente com a parte comestível, forma o endosperma do coco. Anatomicamente, durante seu desenvolvimento inicial, a semente jovem possui apenas tecidos parenquimáticos em sua composição. Em plantas como as orquídeas, as sementes maduras permanecem apenas com esse tecido parenquimático circundando o embrião que, 16 Unidade: Anatomia e morfologia dos frutos e sementes quando maduro, encontrar-se-á diferenciado. Todavia, em plantas como as leguminosas, a região que recobre a semente apresenta maior diversidade de tecidos, possuindo epiderme, colênquima e esclerênquima. A principal diferença encontrada na composição desses dois tipos de sementes se deve ao fato de o óvulo possuir em sua estrutura um ou dois tegumentos, além de diferentes espessuras nesses. Com isso, a semente pode ser unitegumentada, sendo conhecido o envoltório apenas como testa e, em outros casos, quando são bitegumentadas, possuem a testa, essa que seria o tegumento externo e o tegma,esse tegumento interno. Sabemos ainda que inúmeros processos, além da diferença existente entre as espécies, interferem na organização do tegumento, de modo que esses processos darão origem a diferentes padrões de sementes ao final de seu desenvolvimento, tais como: destruição das paredes celulares, síntese e deposição de substratos de reserva, diferenciação dos tecidos vasculares – xilema e floema –, formação dos tricomas e cutículas na epiderme, entre outros. 17 Material Complementar Vídeos: EXPLODING cucumbers! Slo mo. Earth unplugged. v. 36. 17 out. 2013. Disponível em: https://youtu.be/wOIHzl2h9a8 EXPLODING seed pods. Biodiversity shorts. v. 7. 31 maio 2014. Disponível em: https://youtu.be/nHqHSpZhjeY FROM a seed to a flower. 17 dez. 2011. Disponível em: https://youtu.be/dJjNh2pMSB8 HOW do seeds travel (video lesson). 9 maio 2012. Disponível em: https://youtu.be/6hcjxaBz8mw MORFOLOGIA do Fruto. 14 set. 2014. Disponível em: https://youtu.be/-9YuvrXBchQ SEED dispersal. 2 maio 2013. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=6loGKPKDqCw SEED dispersal - the great escape. 20 maio 2012. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=xY4JFOSuqvY TIPOS de frutos. 16 out. 2014. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=zgsXoGfL7wA Livros: AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Biologia das células. 2. ed. São Paulo: Moderna, 2004. FERRI, M. G. Botânica: morfologia externa das plantas (organografia). 15. ed. São Paulo: Nobel, 1987 Sites: VEJA os benefícios de frutas regionais como açaí, caju, pequi e abacate. 20 jan. 2012. Disponível em: http://g1.globo.com/bemestar/noticia/2012/01/veja-os-beneficios-de-frutas-regionais-como-acai-caju-pequi-e-abacate.html Leituras: VIEIRA, R. F. et al. Frutas Nativas da Região Centro-Oeste do Brasil. Brasília, DF: Embrapa, 2006. Disponível em: http://www.agabrasil.org.br/_Dinamicos/livro_frutas_nativas_Embrapa.pdf https://youtu.be/wOIHzl2h9a8 https://youtu.be/nHqHSpZhjeY https://youtu.be/dJjNh2pMSB8 https://youtu.be/6hcjxaBz8mw https://youtu.be/-9YuvrXBchQ https://www.youtube.com/watch?v=6loGKPKDqCw https://www.youtube.com/watch?v=xY4JFOSuqvY https://www.youtube.com/watch?v=xY4JFOSuqvY https://www.youtube.com/watch?v=zgsXoGfL7wA http://g1.globo.com/bemestar/noticia/2012/01/veja-os-beneficios-de-frutas-regionais-como-acai-caju-pequi-e-abacate.html http://www.agabrasil.org.br/_Dinamicos/livro_frutas_nativas_Embrapa.pdf 18 Unidade: Anatomia e morfologia dos frutos e sementes Referências AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Biologia das células. 2. ed. São Paulo: Moderna, 2004. FERRI, M. G. Botânica: morfologia externa das plantas (organografia). 15. ed. São Paulo: Nobel, 1987. RAVEN, H. P.; EVERT, R. F.; EICHHORN, S. E. Biology of plants. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001. ESAU, K. Plant Anatomy. 2º Ed. John Wiley & Sons, New York, 1953. 19 Anotações