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Biologia @p r o f e s s o r f e r r e t t o w w w . p r o f e s s o r f e r r e t t o . c om . b r f b . c om / P r o f e s s o r F e r r e t t o PROFESSOR FLÁVIO LANDIM ASSUNTOS DA AULA. • Gimnospermas • Reprodução sexuada em gimnospermas • Diversidade das gimnospermas • Divisão coniferophyta • Divisão gnetophyta • Angiospermas • Reprodução sexuada em angiospermas • Gineceu na flor: o pistilo ou carpelo As gimnospermas são cormófitas, traqueófitas (vasculares) e embriófitas, além de serem as primeiras plantas produtoras de estru- turas reprodutoras evidentes, os estróbilos (por vezes considerados uma variedade de flor), sendo, por isso, denominadas fanerógamas, e de sementes, sendo, por isso, denominadas espermatófitas. As an- giospermas também são fanerógamas e espermatófitas, diferindo das gimnospermas basicamente por produzirem frutos envolvendo suas sementes; são plantas floríferas e frutíferas, enquanto as gimnosper- mas são floríferas, mas não frutíferas, produzindo “sementes nuas”, não encerradas no interior de frutos. As estruturas reprodutoras das gimnospermas são denominadas estróbilos, ramos especiais com folhas férteis, onde se desenvolvem os esporângios. São, portanto, os esporófitos das gimnospermas que formam flores. A geração gametofítica é ainda mais reduzida que a das pteridófitas, desenvolvendo-se no interior dos esporângios, ou mais precisamente, dos esporos, o que caracteriza o desenvolvi- mento endospórico do gametófito. A presença de um estróbilo garante também a existência de grãos de pólen, o que torna a reprodução independente da água, uma vez que o pólen é transportado pelo vento, caracterizan- do uma polinização anemófila. A existência de um tubo polínico na maioria das espécies torna essa independência ainda maior, pois permite que o gameta masculino encontre o feminino sem necessitar de água, caracterizando essas plantas como sifonógamas. A presença do grão de pólen e do tubo polínico torna as gim- nospermas as primeiras plantas terrestres bem adaptadas a am- bientes secos. O principal grupo de gimnospermas corresponde às coníferas, que apresentam o estróbilo feminino, denominado pinha, em forma de cone, e inclui as principais espécies, como pinheiros (principais componentes da vegetação de Taiga ou Floresta de Coníferas, típicas de regiões temperadas e subpolares), sequoias, ciprestes e araucárias ou pinheiros-do-paraná (principais componentes da VEGETAIS SUPERIORES: GIMNOSPERMAS E ANGIOSPERMAS GIMNOSPERMAS Clique no assunto desejado e seja direcionado para o tema. 2 BIOLOGIA w w w.professor ferretto.com.br vegetação de Mata de Araucária ou Mata dos Pinhais, nas partes mais altas da região sul do Brasil. Assim como ocorre em pteridófitas selaginelas, as plantas gimnospermas são heterosporadas, com a formação de mi- crósporos masculinos e de megásporos femininos, tendência que se mantém no grupo das angiospermas, que será estudado mais à frente. Como exemplo de ciclo de vida de gimnosperma, será estudado o do pinheiro do gênero Pinus, onde as estruturas envolvidas com a reprodução sexuada são ramos especiais férteis formados a partir de folhas modificadas denominadas esporófilos; esses ramos são os estróbilos. Esses estróbilos estão localizados no esporófito (2n), fase duradoura da planta. Os microstróbilos masculinos contêm microsporângios (ou androsporângios) masculinos (2n), formados de folhas modificadas chamadas escamas ou microsporófilos (ou androsporófilos), e formadores, por meiose, de esporos masculinos (n), micrósporos (ou andrósporos). Já os megastróbilos femininos, também conhecidos como pinhas ou cones, contêm me- gasporângios (ou ginosporângios) femininos (2n), formados de folhas modificadas chamadas escamas ovulíferas ou me- gasporófilos (ou ginosporófilos), e formadores, por meiose, de esporos femininos (n), megásporos (ou ginósporos). Em Pinus, os estróbilos masculinos e os femininos ocorrem em um mesmo indivíduo. Nos microstróbilos desenvolvem-se microsporângios, no interior dos quais formam-se, por meiose, vários micrósporos haploides. Ainda protegidos pela parede do esporo, os micrósporos dão origem aos gametófitos masculinos, falando-se, nesse caso, em desenvolvimento endospórico do gametófito. O gametófito masculino é formado inicialmente por quatro células. Duas degeneram, ficando apenas a célula do tubo, ou vegetativa, e a célula geradora, ou generativa. A parede do micróspo- ro desenvolve duas projeções laterais em forma de asas. O micrósporo assim modifi- cado passa a ser chamado de grão de pólen. Detalhe de ramos de Pinus, que possui estróbi- los feminino (megastróbilo) e masculino (mi- crostróbilo) em um mesmo indivíduo. REPRODUÇÃO SEXUADA EM GIMNOSPERMAS 3 w w w.professor ferretto.com.br PROFESSOR L ANDIM Grãos de pólen de gimnosperma: estrutura derivada de um micrósporo. Possui externamente duas expansões laterais em forma de asa, desenvolvidas a partir da parede do micrósporo. Em seu interior está o gametófito mas- culino, imaturo, formado por duas células haploides: a célula do tubo ou vegetativa e a célula geradora ou generativa. Óvulo de gimnosperma: megasporângio revesti- do por tegumentos. Pelo amor de Deus, não é o gameta feminino, que corresponde à oosfera. Nos megastróbilos, desenvolvem-se os megasporân- gios, cada um deles revestido por tegumentos. Cada me- gasporângio revestido por tegumentos recebe o nome de óvulo. Em gimnospermas, portanto, o óvulo não é o gameta feminino, e sim o megasporângio revestido por tegumen- tos. A massa de células no óvulo, interna ao tegumento, é de- nominada nucelo. Em cada óvulo existe um orifício no tegumento denomina- do micrópila. No megasporângio, uma única célula origina quatro células haploides, ao sofrer meiose. Destas, três degeneram e apenas uma passa a ser o megásporo funcional (n). Em determinadas épocas do ano ocorre a polinização: os grãos de pólen são liberados e, em função de suas projeções laterais, facilmente transportados pelo vento (polinização anemófila); alguns deles podem passar através da micrópila do óvulo, atingindo uma pequena cavidade do ápice do me- gasporângio, denominada câmara polínica, geralmente con- tendo líquido secretado pelo óvulo. Formação de megásporos em gimnosperma. Fecundação em gimnosperma. As gimnospermas são as primeiras plantas terrestres a se tornarem independentes da água para sua reprodução, graças ao grão de pólen e ao tubo polínico. Após a polinização, o megásporo funcional (n) sofre várias divisões mitóticas, dando origem a um gametófito fem- inino (n), chamado de megagametófito ou megaprótalo, onde se diferenciam dois ou três arquegônios (n) na região próxima à micrópila. Em cada arquegônio diferencia-se ape- nas um gameta feminino, a oosfera (n). Enquanto isso, o grão de pólen, localizado na câmara políni- ca, inicia sua germinação. A célula do tubo desenvolve-se, dando origem a uma estrutura longa denominada tubo polínico. Essa estrutura perfura os tecidos do megasporângio e vai crescendo pelo nucelo até atingir o arquegônio, também de maneira bastante lenta, como ocorre com a germinação do megásporo funcional. A célula geradora então se divide, originando dois núcleos espermáticos, que se dirigem para o tubo polínico. Esses núcleos espermáticos são os gametas masculinos das gimnospermas. Um deles fecunda a oosfera, gerando um zigoto (2n); o outro sofre degeneração. Comu- mente, as oosferas de todos os arquegônios são fecundadas, cada uma delas por núcleos espermáticos de grãos de pólen distintos. Todos os zigotos começam a se transformar em em- briões (2n) (poliembrionia), mas, em geral, apenas um deles se desenvolve. Todo esse processo, da polinização à fecundação, é muito lento, durando cerca de 15 meses em Pinus. O embrião (2n) permanece no interior do gametófito feminino (n), que acumula substâncias nutritivas, dando ori-gem a um tecido nutritivo haplóide denominado endosperma (n). Enquanto isso, os tegumentos endurecem, passando a for- mar uma estrutura denominada casca ou tegumento. Ao con- junto de casca (2n), nucelo do megasporângio (2n), endosperma (n) e embrião (2n) dá-se o nome de semente. Esta permanece presa ao estróbilo até amadurecer, quando então se desprende e cai ao solo. Encontrando condições adequadas, inicia a germi- nação, originando um novo indivíduo diploide, o esporófito, que reiniciará o ciclo. 4 BIOLOGIA w w w.professor ferretto.com.br Semente de gimnosperma. Os megastróbilos são em geral globosos, grandes, e comumente denominados pinhas. Estas, após a fecundação, formam várias sementes contendo um embrião em seu interior. São as sementes comestíveis conhecidas por pinhão. A semente é constituída por: - casca ou tegumento da semente (2n): resultante do espessamento do tegu- mento do óvulo; - nucelo do megasporângio (2n); - embrião (2n): resultante da fecundação da oosfera pelo núcleo espermático, cor- responde ao esporófito jovem; - tecido nutritivo ou endosperma (n): corresponde ao gametófito. Em seguida, representamos esquematicamente o ciclo de vida de uma gimnosper- ma. GYMNOSPERMAE - Esporófito (2n): planta desenvolvida com raiz, caule, folhas, flores e sementes. - Microstróbilo (2n): flor masculina. - Megastróbilo (2n): flor feminina. - Grãos de pólen (n): esporos masculinos (micrósporos) modificados contendo sacos aéreos e o gametófito masculino em seu interior. - Gametófito masculino (n): conjunto formado por célula do tubo e célula geradora (gametófito imaturo) e tubo polínico (gametófito maduro). - Gameta masculino (n): núcleos espermáticos. - Gametófito feminino (n): megaprótalo com arquegônios; futuramente forma o endosperma para reserva nutritiva na semente. - Gameta feminino (n): oosfera. - Óvulo (2n): megasporângio revestido por tegumento. - Semente: óvulo fecundado e desenvolvido. Tome nota: Ciclo de vida de Pinus. 5 w w w.professor ferretto.com.br PROFESSOR L ANDIM DIVERSIDADE DAS GIMNOSPERMAS Gimnospermas hoje são consideradas um grupo de 4 divisões: Divisão Ginkgophyta (uma única espécie, Ginkgo biloba), Di- visão Cicadophyta (cicadáceas), Divisão Coniferophyta (coníferas: pinheiros) e Divisão Gnetophyta (gnetófitas). Todas as gimnospermas são heterosporadas. Os grãos de pólen produzidos pelos esporângios masculinos, localizados nos es- tróbilos, são transportados pelo vento, e há, normalmente, formação de tubo polínico, caracterizando uma independência da água quanto à reprodução. Em coníferas e gnetófitas, os gametas masculinos são imóveis, e os tubos polínicos os conduzem diretamente aos gametas femininos localizados no arquegônio, que se forma no interior do estróbilo feminino. Nas cicadáceas e em Ginkgo, a fecundação é intermediária entre a condição encontrada em pteridófitas, onde ocorrem anterozoides flagelados que nadam livremente para encontrar os gametas femininos, e a condição encontrada nas demais gimnospermas e nas angiospermas, onde os gametas mas- culinos são imóveis e levados pelo tubo polínico. Embora em cicas e Ginkgo o tubo polínico seja eventualmente formado, ele não penetra no arquegônio, de modo que anterozoides masculinos multiflagelados têm que nadar até o arquegônio para fecundar a oosfera. Nesse caso, a água para o deslocamento dos gametas se encontra no interior do estróbilo feminino, o que caracteriza, como é regra para as gimnospermas, uma independência da água para a reprodução. A única espécie atual dentro do grupo das ginkgófitas é denominada Ginkgo biloba e é uma árvore de grandes proporções que pode atingir 30 metros de altura ou mais. Diferentemente da demais gimnospermas, as Ginkgo são caducifoliadas (decíduas), e suas folhas tornam-se douradas antes de caírem, no outono. Provavelmente não existem mais plantas nativas de Ginkgo no mundo, sendo árvores preservadas ao redor de templos na China e no Japão. A espécie foi introduzida em outras partes do mundo, e é bem representada em parques e jardins de regiões tempera- das. Acredita-se que Ginkgo possui propriedades terapêuticas. O Ginkgo é uma planta uma dioica, com estruturas masculinas e femininas em indivíduos distintos, e como já dito, os gametas masculinos provenientes do grão de pólen são flagelados e têm que nadar a partir do tubo polínico, dentro do estróbilo feminino, para atingir a oosfera. As cicadáceas são plantas morfologicamente semelhantes a palmeiras e já foram muito abundantes na Era Mesozoica, por vezes referida como “Era dos Dinossauros e das Cicas”. Nos dias de hoje, compreendem cerca de 140 espécies em 11 gêneros. As atuais cicas vivem em regiões tropicais e subtropicais e correspondem, em sua maioria, a árvores de grande porte, com até cerca de 20 metros de altura. Normalmente são tóxicas e carcinogênicas, mas abrigam cianobactérias fixadoras de nitrogênio. Apesar da polinização em gimnospermas normalmente ocorrer pelo vento (polinização anemófila), em cicas, os insetos desem- penham um papel importante (polinização entomófila), apresentando o estróbilo, para isso, alguns elementos atrativos. Como ocorre com Ginkgo, as cicas são árvores de sexos separados e dotadas de gametas masculinos flagelados, que partem do tubo polínico (quando este se forma no ciclo de vida) e nadam para encontrar o gameta feminino. Detalhe de folha de Ginkgo DIVISÃO GINKGOPHYTA 6 BIOLOGIA w w w.professor ferretto.com.br DIVISÃO CONIFEROPHYTA Cica ornamental (tudo bem, eu admito, parece uma palmeira, mas palmeira é angiosperma, viu?) Detalhe do estróbilo da cica (as folhas da frente foram removidas para permitir sua visualização). Detalhe de estróbilo feminino (pinha) em Pinus. Observe as folhas em agulha que justificam o termo “aciculifoliados” para os pinheiros. As coníferas recebem este nome pela semelhança de seu estróbilo feminino, denominado pinha, com um cone. (Uma outra explicação por vezes dada para justificar o termo “coníferas” é a forma cônica das árvores de pinheiro, principais representantes do grupo.) São as gimnospermas mais comuns na atualidade, compreendendo cerca de 550 espécies em 50 gêneros, de espécies como pinheiros, abetos, sequoias e araucárias. Ao contrário de Ginkgo e cica, os gametas masculinos não mais são flagelados, e o tubo polínico os conduz até os gametas femininos para a fecundação. São plantas abundantes em regiões temperadas, chegando a formar vegetações extensas, como as taigas ou florestas de coníferas, no hemisfério Norte. Os pinheiros, como o pinheiro-do-paraná, são as gimnospermas mais conhecidas. O do gênero Pinus, nativo da Europa e dos Estados Unidos, foi introduzido com sucesso no Brasil, tendo se adaptado bem na região Sul, onde o clima é mais frio. As coníferas podem apresentar plantas de grande porte, como as sequoias (Sequoia sempervirens), que ocorrem na Califórnia (Estados Unidos). Essas plantas chegam a atingir 120 metros de altura e o diâmetro de seus troncos, 12 metros. Estima-se que as atuais tenham aproximadamente 4 mil anos de idade. As coníferas são profundamente adaptadas a climas frios e secos, através de adaptações como caules com súber espesso para funcionar como isolante térmico, folhas aciculifoliadas com uma pequena superfície de transpiração e adaptadas ao mínimo acúmu- lo de neve. São também plantas heliófilas, necessitando de bastante sol para seu desenvolvimento. A forma cônica de pinheiros possibilita uma grande superfície de exposição ao sol, bem como a presença de folhas somente na cúpula de uma araucária pode ser justificada pela morte das folhas localizadas abaixo da cúpula por estarem à sombra das demais folhas. 7 w w w.professor ferretto.com.br PROFESSOR L ANDIM Floresta de coníferas. Arilo. Cúpula de Araucaria angustifolia(pinheiro-do-paraná). Apesar da inexistência de frutos, em coníferas da família dos taxos, a semente é rodeada por uma cúpula carnosa, denominadaarilo, que atrai pássaros e outros animais para ajudar na dispersão da semente. A Mata de Araucária ou Mata dos Pinhais é uma vegeação que ocorre no Sul do Brasil, do Paraná até o Rio Grande do Sul, e está atualmente muito reduzida, principalmente em função da exploração feita pelo homem da madeira do pinheiro-do-paraná, planta predominante nessa mata, cuja espécie é a Araucaria angustifolia. As gnetáceas correspondem atualmente a apenas 70 espécies de 3 gêneros, Gnetum, Ephedra e Welvitschia. Gnetum inclui árvores e trepadeiras de regiões tropicais. Ephedra corresponde a arbustos com folhas não muito bem caracterizadas, em forma de escama, e é encontrado em áreas desérticas. Welvitschia é provavelmente a planta vascular vivente mais bizarra, com a maior parte de seu enorme caule enterrado em solo arenoso, ficando exposto somente um disco do qual parte duas imensas folhas de até 3 metros de comprimento que se dividem espontaneamente, dando a impressão de serem várias. Este gênero habita os desertos da costa atlântica da África, e seus representantes vivem por mais de 100 anos. As plantas gnetófitas são as gimnospermas que mais guardam semelhanças com as angiospermas. Em certas espécies, ocorrem estróbilos com inflorescências (lembrando o que ocorre com algumas flores verdadeiras), além da presença de ele- mentos de vasos no xilema (típicos de angiospermas, enquanto em gimnospermas em geral ocorrem traqueídes) e da ausência de arquegônios em Gnetum e Welvitschia. Podem ainda ser citados a existência de estruturas semelhantes aos estames de flores- DIVISÃO GNETOPHYTA 8 BIOLOGIA w w w.professor ferretto.com.br verdadeiras para a produção de pólen (que é inclusive normalmente transportado por animais como insetos, e menos efetivamente pelo vento), a existência de um duplo tegumento no óvulo, como ocorre em angiospermas, e a existência de dupla fecundação- no gênero Ephedra. Apesar de não terem originado as angiospermas, as gnetófitas devem ter um ancestral comum bem próximo com elas. Assim como ocorre em cicas, apesar da polinização anemófila ser a mais comum, em certas espécies ocorre polinização entomófila. Assim como ocorre em coníferas, e ao contrário de Ginkgo e cica, os gametas masculinos não mais são flagelados, e o tubo polínico os conduz até os gametas femininos para a fecundação. As angiospermassão, assim como as gimnospermas cormófitas, traqueófitas (vasculares), embriófitas, espermatófitas, sifonógamas e fanerógamas. As duas diferenças primordiais consistem na existência de flores verdadeiras contendo pétalas, osmóforos e nectários para a atração de agentes polinizantes, e de frutos, no interior dos quais ficam abrigadas as sementes, e que ajudam na dispersão do vegetal. Essas características fazem com que elas tenham ampla vantagem sobre os demais grupos vegetais, de modo que elas correspondem ao grupo de plantas com maior número deespécies sobre a Terra, perfazendo cerca de 90% das atuais plantas. Ocorrem em ampla diversidade de hábitats, possuindo desde espécies aquáticas, inclusive marinhas (as únicas plantas com espécies marinhas), até plantas adaptadas a ambientes áridos. Entre as angiospermas são encontradas espécies arbóreas, arbustivas, herbáceas, epífitas e parasitas de outras plantas. Há desde espécies gigantes, como a Eucalyptus regnans, que chega a medir 114 metros de altura e 19 metros de circunferência, até as microscópicas, com a Wolffia microscopica, que atinge no máximo 1 milímetro de comprimento. As angiospermas estão reunidas numa única divisão, denominada Divisão Anthophyta ou Magnoliophyta,que se divide em duas classes: a Classe Monocotyledones ou Lilliopsida e a Classe Dicoty- ledones ou Magnoliopsida. Monocotiledôneas comuns são as das famílias das gramíneas (milho, trigo, cana-de-açúcar, bambu etc) e das palmáceas (palmeiras, coqueiros...). Dicotiledôneas são a maioria das angiospermas, com destaque para a família das leguminosas (plantas cujas sementes estão em vagens, frutos secos: feijão, soja, ervilha etc). As principais características que permitem distinguir as monocotiledôneas das dicotiledôneas estão resumidas no quadro a seguir: Nº de cotilédones 1 2 Monocotiledôneas Dicotiledôneas Raiz Fasciculada ou “em cabeleira”, onde não há raiz principal (a radícula que emerge da semente degenera, daí não haver raiz principal), com todas as radicelas sendo raízes adventícias (provenientes do caule) Xilema e floema difusos Anel de xilema por dentro e anel de floema por fora Com nós bem definidos, sendo tipo colmo nas gramíneas (com folhas saindo de cada nó) e estipe nas palmáceas (com folhas apenas na cúpula do caule) Invaginante (sem pecíolo e com grande bainha saindo direto do caule) e paralelinérvea(com nervuras paralelas) Trímera (com estruturas em número múltiplo de três) Tetrâmera ou pentâmera (com estruturas em número múltiplo de quatro ou cinco) Dímero ou pentâmero (com lojas em número múltiplo de dois ou cinco)Trímera (com estruturas em número múltiplo de três) Normalmente peciolada(com pecíolo bem desenvolvido) e peninérvea ou reticulinérvea (com nervuras reticuladas) Com nós não definidos, sendo normalmente do tipo tronco Pivotante ou axial, onde há uma raiz principal de onde saem raízes secundárias (a radícula do embrião não degenera) Caule (morfologia) Caule (histologia) Folha Flor Fruto ANGIOSPERMAS MONOCOTILEDÔNEAS E DICOTILEDÔNEAS 9 w w w.professor ferretto.com.br PROFESSOR L ANDIM Pelo fato do grupo das dicotiledôneas não ser monofilético, atualmente a tendência é dividir esse grupo em eudicotiledôneas e dicotiledôneas basais, sendo essas últimas dotadas de traços bastante primitivos, o que nos leva a crer que são remanescentes do grupo ancestral que originou tanto dicotiledôneas como monocotiledôneas modernas. Eudicotiledôneas possuem pólen tria- perturado (trissulcado) e dicotiledôneas basais e monocotiledôneas possuem pólen monoaperturado (monossulcado). Assim, são características que estão presentes apenas nas monocotiledôneas e não na eudicotiledôneas o pólen monoaperturado e as folhas com nervuras paralelas. Nas fanerógamas, as estruturas que participam da reprodução sexuada são as flores, formadas a partir de folhas modifica- das, algumas estéreis para a proteção e atração de agentes polinizantes (sépalas e pétalas), e outras férteis (esporófilos, formadoras de esporos). Nas angiospermas, as flores completas são formadas por pedúnculo ou pedicelo, que suporta a flor, e um receptá- culo, base da flor onde se inserem os verticilos florais. Estes são: Uma flor só é considerada completa quando possui os quatro verticilos florais: gineceu, androceu, corola e cálice, dispos- tos nessa ordem, do centro para a periferia do receptáculo floral. Em algumas angiospermas, as flores não ocorrem em ramos isolados, mas em grupo, formando o que se chama de inflorescên- cia. As inflorescências recebem classificações diferentes, como, por exemplo, as seguintes: - cálice: formado pelo conjunto de sépalas, geralmente verdes, para proteção. - corola: formada pelo conjunto de pétalas, que podem apresentar várias cores, para atração de agentes polinizantes. - androceu: formado pelos estames, derivado de folhas modificadas, microsporófilos, e que constituem o sistema repro- dutor masculino, sendo os produtores de grãos de pólen. - gineceu: formado pelo pistilo ou carpelo, derivado de folhas modificadas, megasporófilos, e que constitui o sistema reprodutor feminino, sendo dotado de óvulos que formarão sementes e de ovários que formarão frutos após a reprodução. Cúpula de Araucaria angustifolia(pinheiro-do-paraná). Flor de angiosperma. Alguns tipos de inflorescências. Racemos são também chamados de cachos. Em parreiras, cachos de flores originam cachos de uva, assim como em milho espigas de flores originam espigas de milho. FLOR EM ANGIOSPERMAS 10 BIOLOGIA w w w.professor ferretto.com.br Algumas inflorescências são muitoagrupadas e organizadas, dando a impressão de serem uma única flor. Em margaridas e girassóis (dotadas de uma inflorescência conhecida como capítulo), as flores mais internas, na região central, têm pétalas muito reduzidas e fundidas entre si e à parede do carpelo, enquanto as flores mais externas possuem suas pétalas fundidas em uma es- trutura que se projeta para fora, dando a impressão de uma pétala única. Essas flores periféricas são normalmente estéreis e suas projeções envolvem toda a região ocupada pelas flores centrais, formando um anel de pétalas. O conjunto cálice-corola é denominado perianto. Algumas flores apresentam só o cálice ou só a corola, enquanto outras não possuem nenhum desses dois verticilos. Existem, ainda, flores em que as sépalas não se distinguem das pétalas, pois ambas têm a mesma cor. Nesses casos, fala-se em tépalas, cujo conjunto forma o perigônio. Flores que apresentam sépalas e pétalas distintas são chamadas de heteroclamídeas, havendo, pois, um perianto bem caracterizado. Flores com tépalas são chamadas de homoclamídeas, o que caracteriza nelas um perigônio. A maioria das flores apresenta os quatro tipos de verticilos florais, gineceu, androceu, corola e cálice, sendo chamadas de flores completas. Quando um ou mais verticilo está ausente, fala-se em flores incompletas. Flores incompletas pela falta simultânea de cálice e de corola são chamadas de aclamídeas ou aperiantadas. Quando possui apenas um dos verticilos do perianto, somente pétalas ou somente sépalas, a flor é denominada monoclamídea. No caso de faltar algum dos verticilos férteis, o androceu ou o gineceu, fala-se em flor díclina. No casode a flor díclina possuir apenas gineceu, ela é chamada de pistilada; se possuir apenas estames, é denominada estaminada. Flores com estames e pistilos simultaneamente são chamadas de flores monóclinas. As flores podem ser monóclinas ou díclinas. Flores díclinas apresentam somente um dos sexos. Elas possuem apenas o androceu ou apenas o gineceu, sendo denomina- das, respectivamente, flores masculinas ou estaminadas, e flores femininas ou pistiladas. Flores monóclinas apresentam os dois sexos simultaneamente, ou seja, possuem simultaneamente androceu e gineceu, sen- do, pois, hermafroditas. A maioria das flores se enquadra nessa categoria. Em algumas flores hermafroditas, ocorre o fenômeno de cleistogamia, uma polinização que ocorre antes da flor desabrochar, sendo, pois, uma autofecundação (ou autogamia). Isso pode ser vantajoso em áreas desérticas ou muito frias, por exemplo, em que a pequena quantidade de insetos e aves dificultaria uma polinização zoófila que levaria à fecundação cruzada (ou alogamia). Essa autofecundação, no entanto, tem o inconveniente de não permitir aumento significativo de variabilidade genética. Geralmente, no entanto, as flores hermafroditas possuem mecanismos que impedem a autofecundação, o que garante a fecundação cruzada (ou alogamia) e possibilita uma maior variabilidade genética. Alguns desses mecanismos estão resumidos a seguir: Capítulo. CLASSIFICAÇÃO DAS FLORES QUANTO À ESTRUTURA CLASSIFICAÇÃO DAS FLORES E PLANTAS QUANTO AO SEXO 11 w w w.professor ferretto.com.br PROFESSOR L ANDIM Quanto às flores, as plantas podem ser dioicas, monoicas ou hermafroditas. Plantas dioicas apresentam sexos separados, com flores díclinas, havendo em alguns indivíduos somente flores mas- culinas (estaminadas), e em outros, somente flores femininas (pistiladas). O mamoeiro é um exemplo bastante conheci- do, com apenas o mamoeiro fêmea produzindo frutos. Plantas monoicas possuem flores díclinas, mas as flores masculinas (estaminadas) e as femininas (pistiladas) ocorrendo no mesmo indivíduo. A abóbora possui ao mesmo tempo flores estaminadas e flores pistiladas, correspondendo a um exemplo dessa classificação. Plantas hermafroditas possuem flores monóclinas. A maioria das plantas angiospermas é hermafrodita. Amadurecimento do androceu e do gineceu em épocas diferentes. Fala-se em protandria quando o androceu amadurece primeiro e em protoginia quando ocorre o inverso. Incompatibilidade genética entre pólen e óvulo levando à não germinação do grão de pólen. Barreira física impedindo a queda do pólen no estigma da mesma flor. Em certas plantas, as anteras têm uma disposição tal que um inseto polinizador, por exemplo, só se impregna com o pólen após ter passado pelo estigma, o que impede a autofecundação. Em certas espécies ocorre a heterostilia, em que existem dois tipos de plantas, que diferem quanto à posição de seus estames e estigma (abertura do pistilo). Em um desses tipos, conhecido como “alfinete”, o estilete (cabo do pistilo) é longo e o estigma fica nonível do ápice do tubo da corola; os estames são curtos e as anteras (estru- turas produtoras de pólen no estame) ficam localizadas na região mediana da corola. No outro tipo, conhecido como “franja”, a situação inverte-se: os estames são longos e as anteras localizam-se no nível do ápice do tubo da corola. Essa disposição estratégica de anteras e estigmas favorece a polinização cruzada entre os dois tipos de planta, pois um inseto polinizador que visita uma flor do tipo alfinete se impregnará de pólen na altura do corpo correspondente à posição do estigma das flores das plantas tipo franja, e vice-versa. Dicogamia Hercogamia Autoesterilidade 12 BIOLOGIA w w w.professor ferretto.com.br CLASSIFICAÇÃO DAS FLORES QUANTO À POSIÇÃO DO OVÁRIO PLACENTAÇÃO PLACENTAÇÃO Os botânicos costumam também classificar as flores de acordo com a posição dos diferentes elementos florais em relação ao ovário (ou ovários). No caso de as sépalas, as pétalas e os estames estarem abaixo do ponto de inserção do ovário no receptáculo floral, a flor é denominada hipógina (do grego hypo, abaixo, e gyne, mulher) e o ovário é denominado súpero. Quando o cálice forma um pequeno tubo, com o ovário in- serido no fundo e as pétalas e os estames inseridos na borda, ficando estes em posição intermediária entre a base e o topo do ovário, a flor é denominada perígina (do grego peri, ao re- dor) e o ovário é denominado médio ou intermediário. Quando as sépalas, as pétalas e os estames inserem-se no receptáculo floral perto do topo do ovário, a flor é denominada epígina (do grego epi, acima) e o ovário é denominado ínfero. O ovário (ou ovários) encontrado no gineceu apresenta óvulos. Esses ovários são a parte mais basal do pistilo ou car- pelo, e é formado por folhas modificadas. Para alguns autores, reserva-se o nome carpelos para essas folhas modificadas formadoras de ovários, podendo o ovário ser formado por um carpelo ou por vários deles. Ovários formados pela fusão de dois ou mais carpelos geralmente apresentam compartimen- tos isolados, os lóculos, dentro dos quais se formam os óvulos. O número de lóculos está relacionado ao número de carpelos que formam o pistilo. Os óvulos de angiospermas, como os de gimnospermas, são megasporângios, ou seja, órgãos produtores de esporos femininos. A região do ovário a partir da qual se forma o óvulo e onde ele permanece até a maturidade é chamada de pla- centa. O androceu é constituído por estruturas denominadas estames, formados de folhas modificadas, os microsporófi- los e contendo os microsporângios. Cada estame consiste em uma haste fina denominada filete, em cuja extremidade diferencia-se a antera. Nesta, desenvolvem-se quatro mi- crosporângios, também denominados sacos polínicos. Comparando-se essa estrutura com o que ocorre nas gim- nospermas, verifica-se que o estame corresponde à folha portadora de microsporângios das gimnospermas. Nos sacos polínicos originam-se, por meiose, os micrósporos haploides. Estes, à semelhança do que ocorre nas gimnospermas, iniciam a formação do gametófito masculino no interior da parede do esporo (desenvolvimento endospórico do gametófito), dan- do origem ao grão de pólen, que permanece no interiordos esporângios até a época da reprodução. Flores quanto à posição do ovário. Alguns tipos de placentação: (a) parietal; (b) axial; (c) central-livre. O modo como os óvulos ficam presos no interior do ovário, denominado placentação, varia nas diferentes espécies, po- dendo ser do tipo parietal, axial, central livre, basal ou api- cal. -Na placentação parietal, os óvulos formam-se na parede do ovário ou extensões dela; -Na placentação axial, eles se formam na região central do ovário, no ponto de união entre os vários lóculos; -Na placentação central livre, os óvulos formam-se em uma coluna de tecido central não conectada com as paredes laterais do ovário; -Em certas flores com um único carpelo e um único óvulo, este pode estar preso à base ou ao ápice do ovário, constituin- do as placentações basal ou apical, respectivamente REPRODUÇÃO SEXUADA EM ANGIOSPERMAS 13 w w w.professor ferretto.com.br PROFESSOR L ANDIM O gineceu é formado por uma estrutura normalmente única denominada de pistilo ou carpelo, formada de folhas modifi- cadas, os megasporófilos e contendo os megasporângios. No pistilo, as folhas modificadas se fundem, dando origem a uma porção basal dilatada, denominada ovário, e a uma porção alongada, tubular, denominada estilete, cuja abertura ápice é o estigma. O pistilo corresponde à folha por- tadora de megasporângios das gim- nospermas. Seria possível supor em termos evolutivos, que essas folhas especiais teriam sofrido dobramento sobre si mesmas, fundindo-se e dan- do origem a uma urna que abriga os óvulos. O grão de pólen das angiospermas contém em seu interior o gametófito masculino formado por duas células haploides: a célula do tubo ou vegetativa, e a célula geradora. A parede do grão de pólen é dupla, formada pela exina, mais externa e resistente, e a intina, mais interna, delgada e flexível. A exina apresenta vários poros, projeções e ornamentações que facilitam a aderência do pólen ao gineceu.Os grãos de pólen das angiospermas são semelhantes aos das gimnospermas, diferindo destes por não apresentarem expansões aladas. Comparando-se o óvulo de angiosperma com o de gimnosperma, verificam-se duas diferenças principais. - A primeira diferença é a existência de dois tegumentos ao invés de um, como ocorre em gimnospermas. Esses dois tegumentos dos óvulos de angiospermas são denominados de primina (mais externo) e secundina (mais interno). O óvulo em angiospermas continua sendo dotado de uma abertura denominada micrópila, que ainda conduz a uma massa de células denominada de nucelo. Assim como em gimnospermas, no nucelo de uma angiosperma existe também uma célula mãe do megásporo (2n), que por meiose, origina quatro megásporos, (n) sendo que três deles degeneram e um deles permanece como o megásporo funcional (n), que por sua vez dará origem ao gametófito feminino. - A segunda diferença é o fato do gametófito feminino ou megaprótalo em angiospermas, agora também chamado de saco embrionário (nome que não se utiliza para gimnosper- mas), ser ainda mais reduzido, formado por apenas oito células e sem diferenciação de arquegônios. Na formação do gametófito feminino no interior do óvu- lo, o megásporo funcional (n) inicialmente apresenta grande crescimento, passando a ocupar todo o espaço interno do megasporângio. Em seguida, o núcleo haploide sofre três divisões mitóticas, gerando oito núcleos haploides, ao redor dos quais podem formar-se posteriormente membra- nas delimitando células. Estas se organizam e passam a ocu- par lugares definidos, formando o gametófito feminino ou megaprótalo ou saco embrionário: - Próximo à micrópila ficam duas células laterais, denomi- nadas sinérgides, e uma central, denominada célula central ou oosfera, que é o gameta feminino; - No polo oposto, ficam três células denominadas antípo- das; Os óvulos das angiospermas, assim como os das gim- nospermas, correspondem ao megasporângio delimitado por tegumentos. Pelo amor de Deus de novo, nas plantas, os óvulos não são os gametas femininos. GINECEU NA FLOR: O PISTILO OU CARPELO 14 BIOLOGIA w w w.professor ferretto.com.br - No centro, ficam dois núcleos denominados núcleos po- lares, que podem se fundir, dando origem a um núcleo diploide denominado núcleo secundário do saco embrionário. Em determinadas épocas do ano, ocorre a deiscência, ou seja, a abertura das anteras, com a liberação dos grãos de pólen, que podem então ser transportados pelo vento ou por animais, principalmente pássaros e insetos, e atingir o estigma de uma flor. A esse processo de transporte do grão de pólen das an- teras até o estigma da flor dá-se o nome de polinização. En- quanto nas gimnospermas a polinização se dá quase sempre pelo vento (com exceção de algumas cicadáceas e gnetá- ceas) e corresponde ao transporte de grãos de pólen dos microsporângios até a micrópila do óvulo, nas angiospermas a polinização pode ser pelo vento ou por animais, e o grão de pólen atinge o estigma da flor e não a micrópila, pois o óvulo encontra-se protegido no interior do ovário. O estigma secreta uma substância mucilaginosa pouco concentrada, que auxilia a fixação e a germinação do grão de pólen. Vários grãos de pólen iniciam a germinação, mas só um deles participa da fecundação. No processo de germi- nação, a célula do tubo forma o tubo polínico, que cresce, penetrando no estilete em direção ao ovário. À medida que isto ocorre, há migração para o tubo polínico, do núcleo da célula vegetativa (núcleo vegetativo) e da célula geradora. A célula geradora sofre divisão mitótica e dá origem a dois núcleos espermáticos, que são os gametas masculinos. Como já cita- do antes, a diferenciação do tubo polínico permitiu às plantas independência da água para a reprodução, pois os gametas masculinos são levados até o feminino através dele, o que des- carta a necessidade de um meio líquido para a locomoção dos gametas flagelados das plantas inferiores. O tubo polínico geralmente penetra no óvulo através da micrópila, e entra em uma das sinérgides. O núcleo da célu- la do tubo, ao entrar em contato com o saco embrionário, de- genera-se. Ocorre então a dupla fecundação, um aspecto exclusivo das angiospermas e de gimnospermas gnetófitas. O primeiro núcleo espermático (n) se funde à oos- fera (n), caracterizando sua fecundação e dando origem ao zigoto (2n). O segundo núcleo espermático (n), que em gimnospermas, se degenera, se funde aos dois núcleos po- lares (n + n), dando origem a uma célula triploide (3n), a célula geradora de albume, que origina o tecido de reserva nutritiva do embrião, o endosperma (3n). Como os dois núcleos esper- máticos agem no processo de fecundação, fala-se, nesse caso, POLINIZAÇÃO E DUPLA-FECUNDAÇÃO em dupla fecundação. Tome nota: 15 w w w.professor ferretto.com.br PROFESSOR L ANDIM Após a fecundação, as sinérgides e as antípodas degeneram. O zigoto (2n) sofre várias divisões mitóticas, gerando o embrião (2n). A célula geradora de albume (3n), também por divisões mitóticas, dá origem ao endosperma ou albúmen (3n), tecido que muitas vezes acumula reservas nutritivas utilizadas pelo embrião durante seu desenvolvimento. O embrião maduro (2n) de angiosperma consiste basicamente em epicótilo, uma ou duas folhas, denominadas cotilé- dones, e um eixo abaixo dos cotilédones, denominado hipocótilo, que se estende até uma raiz embrionária denominada radícu- la. Com o desenvolvimento do embrião, os tegumentos do óvulo tornam-se impermeáveis. Nesse ponto, a estrutura toda passa a ser chamada de semente. Assim, a semente nada mais é do que o óvulo fecundado e desenvolvido. Os tegumentos do óvulo dão origem aos envoltórios da semente que contém o endosperma e o embrião, em situação dormente. Comparando-se assementes de angiospermas com as de gimnospermas, verifica-se que ambas apresentam: - cascaou tegumento (2n) da semente, originada da diferenciação dos tegumentos (2n) do óvulo; - nucelo do megasporângio reduzido (2n); - tecido nutritivo denominado endosperma; - embrião (2n), que corresponde ao esporófito jovem (2n). FORMAÇÃO DA SEMENTE Fecundação em angiospermas. 16 BIOLOGIA w w w.professor ferretto.com.br A diferença entre elas está no tecido nutritivo ou endosperma, que nas gimnospermas é um tecido haploide, correspondendo aos restos do gametófito feminino (n) após a fecundação. Nas angiospermas, o endosperma é um tecido nutritivo especial, triploide, que se forma após a fecundação e não corresponde ao gametófito feminino. O endosperma das gimnospermas é também chama- do de endosperma primário (n) e o das angiospermas, de endosperma secundário (3n), pois este se forma após a fecundação. A semente em angiospermas é formada por tegumento e amêndoa. À medida que a semente vai se formando, verifica-se, nas angiospermas, o desenvolvimento da parede do ovário da flor, um processo do qual irá resultar o fruto. Ao germinar, a semente dá origem à planta jovem (plântula), que por sua vez dá origem à planta adulta. ANGYOSPERMAE - Esporófito (2n): planta desenvolvida com raiz, caule, folhas, flores e sementes. - Androceu com estames (2n): parte masculina da flor, com estames que produzem grãos de pólen. - Grãos de pólen (n): esporos masculinos (micrósporos) modificados contendo duas paredes, exina e intina, e o gametófito masculino em seu interior. - Gametófito masculino (n): conjunto formado por célula do tubo e célula geradora (gametófito imaturo) e tubo polínico (gametófito maduro). - Gameta masculino (n): núcleos espermáticos. - Gineceu com pistilo (2n): parte feminina da flor, com ovários contendo óvulos. - Óvulo (2n): megasporângio revestido por dois tegumentos, primina e secundina. - Gametófito feminino (n): megaprótalo ou saco embrionário formado por apenas oito células haploides: uma oosfera, duas sinérgides, dois núcleos polares e trêsantípodas. - Gameta feminino (n): oosfera. - Semente: óvulo fecundado e desenvolvido. - Fruto: ovário desenvolvido. O tegumento é constituído de: - Testa (2n): originada da primina do óvulo; - Tégmen (2n): originado da secundina do óvulo. A amêndoa é formada por: - Embrião (2n): originado da oosfera fecundada; - Endosperma (3n): tecido triploide originado da fusão dos dois núcleos polares com o núcleo espermático. Tome nota: 17 w w w.professor ferretto.com.br PROFESSOR L ANDIM - o pólen de gimnospermas tem sacos aéreos e não possui exina e intina como em angiospermas; - o óvulo de gimnospermas não tem dois tegumentos (primina e secundina em angiospermas), apenas um; - em gimnospermas, com exceção das gnetófitas, não há a dupla-fecundação, uma vez que a célula geradora no grão de pólen também forma dois núcleos espermáticos, mas um deles degenera sem entrar no tubo polínico, de modo que não se forma uma célula geradora de albume ou um endosperma 3n; - neste caso, o endosperma é n, sendo equivalente às sobras do gametófito feminino n após a fecundação; - o gametófito feminino em gimnospermas não possui só 8 células haploides, mas várias células n, que se organizam formando dois ou três arquegônios, gametângios femininos (que não existem no gametófito feminino das angiospermas), que formam cada qual uma oosfera; essas várias oosferas podem ser fecundadas por núcleos espermáticos de diferentes tubos polínicos, formando assim vários embriões (no entanto, apenas um embrião se desenvolve, e os demais se degeneram); - percebe-se então que arquegônio é uma estrutura que só existe em espermatófitas do grupo das gimnospermas; - não há ovários e frutos em gimnospermas. RESUMO DE DIFERENÇAS ENTRE GIMNOSPERMAS E ANGIOSPERMAS EM TERMOS REPRODUTIVOS:
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