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AULA 11 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA - UFBA INSTITUTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE - ICS DEPARTAMENTO DE BIOFUNÇÃO - BIOQUÍMICA MORFOLOGIA E HISTOLOGIA VEGETAL Renato Delmondez de Castro - 2011 Órgãos Reprodutivos Plantas-cadáver das florestas de Indonésia, Malásia..., sul asiático. Reprodução em Angiospermas …Plantas que florescem Flor, 20 a 100cm, até 10kg Inflorescência, 3m, 75Kg Jarro-titã, flor-cadáver: Raflésia: • Quais os órgãos sexuais das flores de Angiospermas? • Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? • Como as Angiospermas reproduzem assexuadamente? Em Angiospermas, as flores contêm órgãos sexuais. • Quase todas se reproduzem sexuadamente, mas muitas reproduzem assexuadamente. • Reprodução sexuada novas combinações de genes e diversos fenótipos. • Reprodução assexuada clones de indivíduos geneticamente idênticos. Desenvolvimento de mudas por via assexuada pode ser um mecanismo eficiente de reprodução vegetativa em muitas plantas Importância da reprodução vegetal Na agricultura, os dois modos são importantes • Muitas culturas anuais são cultivadas a partir de sementes, cereais (gramíneas), soja, feijão, café, etc. • Outras culturas, tais como morangos, batatas e bananas, são produzidos assexuadamente. • Laranjas de umbigo não tem sementes, devem ser propagadas assexuadamente, descendem de uma árvore mutante. Morango com estolhão Laranja de umbigo Quais os órgãos sexuais das flores de Angiospermas? Uma flor completa têm 4 grupos de órgãos (folhas modificadas): – Carpelo – Estame – Pétalas – Sépalas Órgãos Reprodutores Angiospermas FLOR: Carpelos e Estames Órgãos Reprodutores Angiospermas: Carpelos e Estames Flores monóicas e dióicas Flores Monóicas: flor contém órgão masculino e feminino (hermafrodita) Flores Dióicas: planta contém flor masculina e flor feminina Órgãos Reprodutores Angiospermas: Carpelos e Estames Flores monóicas e dióicas Plantas Monóicas: sexos na mesma plantas contém flor monóica ou flores dióicas masculinas e femininas. Plantas Dióicas: sexos em plantas distintas planta com só com flor masculina e planta com só com flor feminina Órgãos Reprodutores Angiospermas: Carpelos (estigma estilete ovário óvulos) Carpélos órgão sexual feminino (gineceu) – Pistilo composto de um ou mais carpelos • Estilete talo do pistilo, com o estigma no final. Órgãos Reprodutores Angiospermas: Carpelos (estigma estilete ovário óvulos) – Ovário base do pistilo • Formados por um ou mais megasporângios. • Onde são produzidos os megásporos Gâmetas femininos - os óvulos. Órgãos Reprodutores Angiospermas: Estames (filete anteras grãos de pólem) Estames são órgãos sexuais masculinos (androceu). – Cada um tem um filamento com 2 anteras bipartidas, contendo 4 microsporângios fundidos. – Gametófito masculino ou grão de pólem se desenvolve no microsporângio. Órgãos Reprodutores Angiospermas: Estames (filete anteras grãos de pólem) Órgãos Reprodutores Angiospermas: Estames (filete anteras grãos de pólem) Estames Anteras Reino Plantae Plantas com SEMENTES (espermatófitas) Gimnospermas (não produzem flores verdadeiras) Coníferas (Pinheiros e Cicadáceas) Microsporângios desenvolvem-se nas escamas (folhas modificadas) dos chamados cones. Microstróbilos. Araucaria angustifolia Cycas revoluta Cycas circinalis Gimnospermas Os cones femininos ou estróbilo Pinhas (flores modificadas - falso fruto) Megastróbilos Sementes NUAS (Gimno = nuas; Spermas = semente) Araucaria angustifolia (pinhão) (pinhas) Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Pétalas formam a corola. • Muitas vezes coloridas para atrair agentes polinizadores. Sépalas formam o cálice. • Todas as peças da flor que conectam na base ou receptáculo floral. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Alternância de gerações (ciclo de vida): . • Geração diplóide multicelular (vegetativa - esporófito) alterna com uma geração haplóide multicelular (reprodutiva - gametófito). • O esporófito 2n normalmente é a geração maior e de destaque nas Angiospermas. • Esporófito produz flores: • Gametófitos 1n (feminino e masculino) desenvolvem a partir de esporos 1n nos esporângios dentro da flor (megasporângio e microsporângio). Caliandra-vermelha (Calliandra twedii) Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Microgametófitos 1n (pólem masculino) desenvolvem em microsporângios chamados grãos de pólem. Megagametófitos 1n (óvulo feminino) desenvolvem em megasporângios chamados sacos embrionários (parte do ovário) Desenvolvimento de gametófitos e Fusão Nuclear (Parte 1) Desenvolvimento de gametófitos e Fusão Nuclear (Parte 2) Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Dentro do óvulo, o megasporócito 2n sofre meiose para produzir 4 megaspócitos 1n todos degeneram, com excessão de um! Megásporo que sobrevive passa por 3 divisões mitóticas para produzir 8 núcleos haplóides. A formação de parede celular leva a um gametófito feminino com 7 células. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Em uma extremidade do gametófito são 3 células: 1 ovo + 2 sinérgides. Sinérgides atraem tubo polínico e recebem os núcleos espermáticos. 3 células antípodas na extremidade oposta normalmente degeneram. Célula central tem 2 núcleos polares n, juntos eles combinam com 1 núcleo espermático endosperma 3n. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Na antera, o microsporócito 2n sofre meiose 4 micrósporos 1n (grãos de pólem) . Cada um desenvolve parede de esporo e se divide por mitose para formar 2 células 1n em cada grão de pólen (microgametófito). As 2 células são: 1 célula do tubo polínico 1 célula generativa Grão de pólem de Lilium As 2 células haplóides do grão de pólem: (mitose 2 células espermáticas) Célula generativa Célula do tubo polínico O desenvolvimento é adiado até que o pólen chegue a um estigma. Reprodução sexuada em plantas Diversidade de grãos de pólem Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Polinização: – Transferência do pólem da antera para o estigma. Stigma de Hibiscus sp. Grãos de pólem aderindo ao estigma; SEM. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Muitos mecanismos evolutivos para o transporte de pólen. – Em alguns casos (ex. ervilhas), auto-polinização ocorre antes que as flores se abram, resultando em auto-fecundação. – Quando o pólem é transferido para outro indivíduo, diz-se polinização cruzada. Auto-polinização em flores de amendoimzeiro ocorre em uma haste delgada (pedicelo) próximas à base da planta. Seguindo-sea polinização e fertilização, o caule curva para baixo e empurra para o solo. Abaixo do solo, o ovário se desenvolve em uma vagem com duas ou mais sementes. Em muitas espécies vento transporta o pólem. – Flores têm estigmas pegajosos ou plumosos grãos de pólen são produzidos em grande número. Polinização pelo vento Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? – Em algumas plantas aquáticas pólem carregado pela água. – Na maioria das espécies são polinizadas por insetos, pássaros, morcegos, e outros animais. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Algumas plantas rejeitam o pólen de suas próprias flores auto-incompatibilidade. – Promove o cruzamento entre diferentes genótipos – O gene S responsável pela auto-incompatibilidade. • Tem muitos alelos. • Se o alelo S do pólem encontrar o alelo S no pistilo, o grão de pólem falha e não cresce. Auto-incompatibilidade... Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Estigmas da maioria das plantas são expostos ao pólen de muitas espécies. – Forte sinalização célula-célula, entre o pólen e o estigma da mesma espécie à adesão do pólen ao estigma. – Pólens estranhos caem e não germinam. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Germinação de grãos de pólen envolve o crescimento do tubo polínico. – Tubo polínico cresce através do estilo para alcançar o óvulo. – O crescimento é guiado por sinais químicos liberados pelas sinérgides. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Germinação do pólem e crescimento do tubo polínico em, Ranunculus adoneus Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? – Tubo polínico cresce através megasporângio e atinge saco embrionário. – Célula generativa sofre uma divisão mitótica para produzir 2 células de esperma 1n. – Ambas as células de espermáticas entram na sinérgide, que degenera e libera as células espermáticas. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Dupla fertilização: – Uma célula espermática funde-se com a célula ovo, formando o zigoto 2n • Esta divide mitóticamente para produzir o embrião esporófito. – A outra célula espermática funde-se com os dois núcleos polares na célula central, formando núcleo triplóide. • Que se divide por mitose endosperma nutritivo. Dupla fertilização... Núcleos espermáticos e Dupla fertilização (Parte 2) Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Após a dupla fecundação... – Primeira divisão mitótica do zigoto resulta na divisão assimétrica do citoplasma. – Uma célula filha torna-se o embrião. – A outra torna-se uma estrutura de suporte suspensor. – Divisão assimétrica estabelece a polaridade e o eixo longitudinal da nova planta. Capsella – célula basal dividiu-se para formar o suspensor Capsella – célula basal dividiu-se para formar o suspensor Desenvolvimento inicial de uma Dicotiledônea (Parte 1) Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Nas dicotiledôneas embrião desenvolve-se para o estádio coração iniciando a formação dos cotilédones. Capsella Embrião – coração (estrutura em roxo) com suspensor . Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? • O avanço do alongamento / crescimento da origem ao estádio torpedo. – Broto apical é formado entre os cotilédones. – Broto radicular formado na outra extremidade. – Ambos contêm células meristemáticas. Desenvolvimento inicial de uma Dicotiledônea (Parte 2) Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Endosperma acumula amido, lipídeos, e proteínas. – Em algumas espécies, os cotilédones absorvem os nutrientes do endosperma, tornando-se maior que embrião, e assumindo a função alternativa de tecido de reserva. – Noutras, os cotilédones permanecem finos, e utilizam nutrientes do endosperma durante a germinação. Sementes maduras de milho. Trata-se de uma semente tipo ‘fruto’ (grão), caracterizado pela parede do ovário que é fundida ao tegumento. Sementes de monocotiledôneas geralmente têm muito amido preenchendo o endosperma. Variabilidade em Sementes de Angiospermas Feijão Mamona Milho Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Nos estádios mais tardios do desenvolvimento, sementes perdem água e se tornam quiescêntes e/ou dormentes. – Integumentos – tecidos que circundam o megasporângio e se desenvolve no revestimento da semente para proteger o embrião. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Frutos – Desenvolve da parede dos ovário carpelo se torna a parede do fruto que envolve as sementes. – Pode consistir apenas do ovário maduro e sementes, ou incluir outras estruturas. Maçã. A parte carnosa que se come é o receptáculo. O ovário maduro é realmente apenas parte central do fruto. Como que as Angiospermas reproduzem sexuadamente? Frutos facilitam a dispersão de sementes – Alguns frutos (Dandelion) dispõem “para- quedas” para dispersão pelo vento. – Alguns frutos flutuam sobre a água (côco). – Alguns agarram-se aos animais (carrapicho). Dispersão de frutos... Dispersão de frutos... – Outras sementes são consumidas pelos animais, passando através do trato digestivo antes de germinar. – Algumas espécies produzem frutos carnosos comestíveis tais como tomate. Estolhos O morangueiro é um exemplo de reprodução deste tipo. Propaga-se a partir de prolongamentos rastejantes, estolhos,que partem do caule principal. Os estolhos acabam por adquirir raízes adventícias e folhas, originando novas plantas. Como que as Angiospermas reproduzem Assexuadamente? Morango com estolhão Estolhos ou estolões Ex: Gramineas Como que as Angiospermas reproduzem Assexuadamente? Estolhos ou estolões Ex: Plantas de restingas Como que as Angiospermas reproduzem Assexuadamente? As plantas que se reproduzem assexuadamente comumente vivem muitas vezes em ambientes instáveis – Plantas com estolões e rizomassão comumente pioneiras em dunas. – Reprodução rápida permitem sobreviver em areais instáveis, raizes ajudam a estabilizar as dunas. Estolhos ou estolões Ex: Plantas de restingas Como que as Angiospermas reproduzem Assexuadamente? As plantas que se reproduzem assexuadamente comumente vivem muitas vezes em ambientes instáveis – Plantas com estolões e rizomassão comumente pioneiras em dunas. – Reprodução rápida permitem sobreviver em areais instáveis, raizes ajudam a estabilizar as dunas. Rizomas • São caules subterrâneos alongados, cobertos por escamas donde partem raízes adventícias. • São ricos em substâncias de reserva, podendo permanecer de um ano para o outro. Como que as Angiospermas reproduzem Assexuadamente? • Quando as condições são favoráveis, o rizoma alonga-se originando gémulas ou gemas, que se diferenciam em novas plantas. • Como exemplo de plantas com rizomas, citamos os bananeira, a cana-do- açúcar, o bambu e o lírio. Polipódio (Fetos) Tubérculos • São caules subterrâneos volumosos, ricos em substâncias de reserva, principalmente amido. • Apresentam gomos que germinam e dão origem a novas plantas. • Os agricultores aproveitam esta particularidade para dividir a batataem várias partes, de modo a conter pelo menos um gomo. Como que as Angiospermas reproduzem Assexuadamente? Como que as Angiospermas reproduzem Assexuadamente? Polipódio (Fetos) Como que as Angiospermas reproduzem Assexuadamente? Bulbos Ex: Cebola, alho, ornamentais, etc Órgãos vegetativos modificados para Reprodução Assexuada. Reprodução assexuada de sementes apomixia (dandelions, citrus). Dandelions com sementes apomíticas prontas para disseminação pelo vento. Órgãos vegetativos modificados para Reprodução Assexuada. – Sementes são geneticamente indênticas aos parentais. – Algumas vezes requer polinazação. – Em algumas espécies, núcleo espermático combina com núcleo polar para produzir o endosperma. – Noutros, pólem provê sinais o desenvolvimento do embrião e endosperma. Órgãos vegetativos modificados para Reprodução Assexuada. Enxertia – Processo de fixação de gemas ou um pedaço de caule de uma planta para raiz ou caule (com raízes) de uma outra planta. – Plantas com raíz é o cavalo, enquanto a parte enxertada é o cavaleiro. – Câmbio vascular de cada devem crescer juntos de modo que água e minerais possa ser transportado para o cavaleiro. – Normalmente usado espécies afins. – Maioria das frutas comercializadas em alguns países são de plantas enxertadas. Enxertia Cavaleiro Cavalo Cultura de tecidos. – Muitas células vegetais são totipotentes - células indiferenciadas podem dar origem a plantas inteiras. – Cultivo in vitro de minúsculos pedaços de meristemas apicais podem eliminar vírus de plantas. – Multiplicação em massa – bioreatores. Órgãos vegetativos modificados para Reprodução Assexuada. Cultura de tecidos. – O tratamento com hormônios pode induzir meristemas apicais a produzir milhões de plantas em um ano. – Usado para cultivo de morangos e batatas sementes para produção de plantas livres de vírus. Órgãos vegetativos modificados para Reprodução Assexuada. Cultura de tecidos de morangos comerciais DNA recombinante. – Processado por meio de cultura de tecidos para produzir plantas com resistência a doenças, aumento do valor nutritivo, etc. Órgãos vegetativos modificados para Reprodução Assexuada. Arroz dourado (direita) foi biotransformado para produzir e acumular pró- vitamina A (β-caroteno) nas sementes, cuja deficiência é comum em países subdesenvolvidos da Ásia e África.
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