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Taxonomia e Sistemática Vegetal Profa. Dra. Amanda Cristina Esteves Amaro Origem e evolução das Angiospermas Plano de aula 1. Introdução; 2. Características; 3. Evolução e diversificação das Angiospermas; 4. Fórmula floral; 5. Referências bibliográficas. 1. Introdução • Angiospermas = plantas com flores; • Plantas dominantes na terra: ≅ 257.400 espécies 13.678 gêneros 462 famílias. o Ampla gama de habitats; o Surpreendente diversidade morfológica, anatômica, bioquímica e fisiológica. • Origem das Angiospermas: Registro fóssil≅ 135 milhões de anos atrás (Cretáceo inferior) (S m it h so n ia n , 2 0 1 3 ) A m b o re lla Cladograma dos principais grupos de angiospermas (Judd et al, 2009) 1.1 Relações filogenéticas: • “Dicotiledôneas”: Amborella, Nymphaeales, Austrobaileyales, Magnolídeas, Chloranthaceae, Cerathophyllum, Eudicotiledôneas; Compartilham caracteres plesiomórficos para Angiospermas: o 2 cotilédones; o Sistema radicular pivotante (axial); o Crescimento secundário; o Caules com feixes vasculares dispostos em anéis; o Folhas com nervura reticulada. • Aparecimento dos carpelos plicados a aparência de folha dobrada ao meio e selada em suas extremidades. • Monocotiledôneas: Pólen monossulcado; 1 cotilédone; Folhas com venação paralela; Flores trímeras; Caules com feixes vasculares esparsos; Sistema radicular adventício; Sequências de DNA nuclear e cloroplasto. • Eudicotiledôneas: Pólen tricolpado (triaperturado); Sequências de DNA nuclear, mitocondrial e cloroplasto. (V it al e t al , 2 0 0 8 ) (w w w .u c. p t) Grão de pólen monossulcado (uniaperturado) Grão de pólen tricolpado (triaperturado) Cladograma dos principais grupos de angiospermas (Judd et al, 2009) Características para todo o grupo: • Presença de flores; • Óvulos recobertos por carpelos fechados sementes formadas no interior do carpelo; • Tubo polínico cresce através do tecido carpelar; • Gametófito feminino muito reduzido; • Dupla fecundação produzindo um endosperma 3n (tecido nutritivo). Características frequentes: • Elementos de vaso no xilema; • Células companheiras no floema. 2. Características 2.1 Flor: • Órgão de reprodução sexuada das Angiospermas eixo reprodutivo. • Flor completa: cálice, corola, gineceu e androceu. (Nabors, 2012) o Pedúnculo: haste da inflorescência ou de uma flor isolada. Eixo de sustentação da flor. Pedunculadas; Ausente flor séssil. o Pedicelo: haste de uma flor individual em uma inflorescência. o Receptáculo: porção dilatada terminal do pedúnculo, na qual os verticilos florais estão inseridos. o Bractéolas (brácteas): folhas modificadas, localizadas próximas aos verticilos florais. Verticilos florais estéreis sépalas e pétalas: • Proteção e atração; • Semelhantes às folhas. o Sépalas • Do latim sepalum cobertura; • Conjunto = cálice; • Formam-se na parte mais externa do receptáculo proteção do botão floral; • Frequentemente verdes e espessas; • Quando≅ corola petaloides. o Pétalas • Do latim petalum que se espalha; • Conjunto = corola; • Formam-se internamente às sépalas; • Frequentemente coloridas atração de polinizadores. Classificação: • Homogeneidade dos verticilos estéreis: Heteroclamídea: sépalas e pétalas diferentes entre si (conjunto = perianto); Homoclamídea: sépalas e pétalas semelhantes tépalas (conjunto = perigônio). Lírio homoclamídea http://www.rosavecina.net;http://www.recantodasletras.com.br Rosa heteroclamídea Classificação • Simetria: Radial ou actinomorfa: com vários planos de simetria (A); Bilateral ou zigomorfa: um só plano de simetria (B); Assimétrica: sem plano de simetria. Radial Bilateral Assimétrica (Judd et al, 2009) Flor radial ou actinomórfica Carica papaya L. (mamão) Flor bilatreral ou zigomorfa Zygopetalum maculatum (Kunth) Garay (orquídea) Flor assimétrica Chamaecrista ramosa (Vog.) H.S. Irwin and Barneby (empanada) (Souza et al., 2013) Verticilos florais férteis ou de reprodução androceu e gineceu: o Estames: • Órgão de reprodução masculino; • Conjunto = androceu (do grego “casa do homem”); • Formados por: Filete: haste que sustenta a antera; Conectivo: tecido estéril, separa os esporângios; Antera: porção dilatada onde são formados os grãos de pólen. http://www.biologados.com.br/botanica Estame de Passiflora edulis Sims. (maracujá-azedo) (Souza et al., 2013) Antera: porção dilatada onde são formados os grãos de pólen. • 2 tecas (diteca); • 4 esporângios (microsporângio saco polínico); • Simetria bilateral; http://www.ufrgs.br/napead/repositorio/objetos/embriologia-vegetal/micro4.php Microsporogênese formação do micrósporo • Em cada microsporângio: 1 Célula arquesporial (2n) 1 Célula-mãe dos grãos de pólen (2n) 4 tétrades (n) 4 grãos de pólen (n) com 1 núcleo micrósporo Meiose Microgametogênese formação do microgametófito (grão de pólen) • Núcleo do grão de pólenmeiose: • 1 grão de pólen 3 núcleosmicrogametófito. 1 núcleo do grão de pólen (n) 1 núcleo generativo (n) menor Gameta (n) Gameta (n) 1 núcleo vegetativo (n) maior Mitose Mitose G1 G2 NV exina intina Núcleos germinativos Núcleos vegetativo (Raven et al., 2001) o Tubo polínico • Transporte dos gametas masculinos até o óvulo; • Germinação após a hidratação sobre o estigma; Verticilos florais férteis ou de reprodução: Carpelo: • Órgão de reprodução feminino; • Conjunto = gineceu (do grego “casa da mulher”); • Contém os óvulos; • Formam-se na parte central da flor; • Carpelo estrutura foliar dobrada longitudinalmente. http://www.biologados.com.br/botanica Carpelo de Citrus limon Burn (limão-tahiti) Carpelo de Lilium pumilum DC. (lírio) (Souza et al., 2013) o Carpelo: Estigma: recebe o grão de pólen: Secreta substâncias que reconhecem e seguram o grão de pólen. Assegura a hidratação do grão de pólen. Estilete: prolongamento do carpelo: • Condução do tubo polínico. Ovário: porção basal dilatada do carpelo: • Precursor do fruto. Classificação: • Posição do ovário: Súpero: ovário livre, inserido na parte mais alta do receptáculo. o Demais verticilos inseridos abaixo do gineceu flor hipógina. Ínfero: ovário aderido ao receptáculo. o Demais verticilos inseridos em ponto acima do gineceu flor epígina. Semi-ínfero: ovário semiaderido ao receptáculo. o Demais verticilos inseridos em torno do gineceu flor perígina. (N ab o rs , 2 0 1 2 ) Ovário súpero Ovário ínfero Ovário semi-ínfero Ovário súpero Flor hipógena Capsicum annuum L. (pimentão) (Souza et al., 2013) Ovário semi-ínfero Flor perígena Prunus persica (L.) Batsch (pêssego) (Souza et al., 2013) Ovário ínfero Flor epígena Cucumis sativus L. (pepino) (Souza et al., 2013) Óvulo: • Precursor das sementes; • Formado por tegumento, funículo, calaza, rafe, nucelo e saco embrionário. • Tegumentos: 2 tegumentos; Protegem o nucelo e, na semente madura, auxilia na formação do envoltório da semente; Micrópila: abertura formada pelos tegumentos. Orienta a passagem do tubo polínico. Calaza Tegumento externo Tegumento interno Antípodas Nucelo Célula média 2 núcleos polares Oosfera Sinérgides MicrópilaFunículo Feixe vascular rafeal Saco embrionário Rafe (S o u za , 2 0 0 6 ) Funículo: • Conecta o óvulo à placenta. Calaza: • Região onde o nucelo encontra os tegumentos a que chegam os feixes vasculares. Rafe: • Parte do funículo que se desenvolve paralelamente ao nucelo. Nucelo: • Megasporângio; • Desenvolve-se a partir da parte apical do óvulo. Megasporogênese formação do megásporo 1 Célula arquesporial (2n) 1 Célula-mãe do megásporo (2n) 4 células (n) 1 célula diferenciada megásporo (n) Outras 3 degeneram Meiose Megagametogênese formação do megagametófito (saco embrionário) 1 megásporo (n) 1 célula c/ 8 núcleos(n) Saco embrionário megagametófito 7 células c/ 8 núcleos (n) 3 mitoses consecutivas 1 mitose 2 mitose 3 mitose Classificação da flor: • Presença dos verticilos reprodutores: Hermafrodita ou andrógina: dois sexos na mesma flor (gineceu e androceu). Unissexual feminina: ausência de androceu e presença de gineceu. Unissexual masculina: ausência de gineceu e presença de androceu. Estéril ou neutra: androceu e gineceu ausentes somente para atração de polinizadores Flor hermafrodita de brinco-de-princesa (Fuchsia) h tt p s: // u n iv er so d as fl o re s. w o rd p re ss .c o m /2 0 1 2 /1 0 /p ag e/ 5 / Flor masculina Flor feminina Flores unissexuais de Ricinus communis L. (mamona) 2.2 Dupla fecundação: • Fecundação: encontro do gameta masculino com o feminino. • Fertilização: é o ato de tornar o óvulo capaz de gerar uma vida resulta na formação da semente: Fecundação gera a fertilização. • Singamia: Fusão dos gametas no saco embrionário; Dupla fecundação: https://djalmasantos.wordpress.com/2010/11/2 8/polinizacao-e-fecundacao-nas-espermatofitas/ (J u d d e t al , 2 0 0 9 ) 1 gameta ♂ (n) + oosfera ♀ (n) zigoto embrionário (2n) embrião 1 gameta ♂ (n) + célula média ♀ (2n) zigoto endospérmico (3n) endosperma • Polinização por animais desencadeou o início da evolução das Angiospermas; • Características que atraem polinizadores; • 4 tendências evolutivas: 1) Flores: muitas peças florais, com número indefinido número pequeno e definido de peças florais; 2) Redução do número de verticilos florais: reduziu-se de 4 3, 2 ou 1. Peças florais fundiram-se (conação). 3. Evolução e diversificação das Angiospermas 3) Ovário tornou-se ínfero. Perianto diferenciado cálice e corola: 4) Simetria radial ou actinomorfa (A) simetria bilateral ou zigomorfa (B). (N ab o rs , 2 0 1 2 ) 3.1 Polinização: • Transferência do grão-de-pólen da antera para o estigma. • 2 tipos: Autopolinização (A) plantas autógamas; Polinização cruzada (B) plantas alógamas. h tt p :/ /w w w .b o ti ca sp ar q u e. p t/ d ad o s. p h p ?r ef =a b el h as 3.2 Co-evolução entre flores e insetos: • Características que atraem polinizadores: Mais acurada; Flores mais atraentes Flores mais visitadas; Produção de alimentos para os visitantes: peças floras comestíveis, pólen, secreções e nectários. • Evolução: carpelo fechado e ovário ínfero evitar perda de óvulos. Flores polinizadas pelo vento ou água: • Flores pouco vistosas e sem odor; • Não produzem néctar. (R av en et a l., 2 0 0 1 ) Flores polinizadas por besouros: • Cores pouco vistosas ou brancas; • Odor forte; • Grandes e solitárias (ex. lírios e magnólias); • Pequenas e agregadas em inflorescências (ex. cenoura e erva-doce). Besouro (Cerambycidae) visitando flor (Liliaceae). (R av en et a l., 2 0 0 1 ) Flor (Asclepiadaceae) com odor forte e malcheirosa. Flores polinizadas por mariposas e borboletas: • Flores coloridas; • Flores brancas ou cores pálidasmariposas noturnas; • Nectários na base do tubo da corola longo e delgado. Flores polinizadas por aves: • Flores frequentemente vermelhas e sem odor; • Produzem grande quantidade de néctar; • Flores tipicamente grandes ou grandes inflorescências. (Raven et al., 2001) Flores polinizadas por morcegos: • Flores: cores pouco vistosas ou brancas, com odor forte; • Produzem grande quantidade de néctar; • Flores tipicamente grandes ou grandes inflorescências; • Muitas flores abrem somente à noite. 3.3. Coevolução entre frutos e sementes com seus dispersores: Frutos e sementes transportados pelo vento: Sementes pequenas. Ex.: orquídeas Frutos formam asas. Ex.: Acer Frutos e sementes transportados pelo vento: Aquênios com pappus (cálice) plumoso. Ex.: dente-de-leão Sementes aladas Ex.: Linaria vulgaris Mill. Sementes plumosas Ex.: Asclepias Valvas da cápsula separam-se repentinamente. Ex.: Impatiens Frutos e sementes transportados pela água: • Frutos e sementes adaptados para flutuar. Ex.: coco Frutos e sementes dispersão por animais: Frutos carnosos, doces e muito coloridos Frutos e sementes dispersão por animais: • Frutos verdes gosto desagradável sementes imaturas; • Frutos amadurecem mudança de cor, ↑[açúcares], amolecimento fruto e aroma. http://coisasdealimentos.blogspot.com.br/2013/04/frutos.html • Frutos e sementes com ganchos, farpas, espinhos ou cascas adesivas prender ao corpo dos animais: Fruto Harpagophytum (unha-do-diabo) Fruto Xanthium (R av en et a l., 2 0 0 1 ) • Indica a estrutura genérica de uma flor, sem a necessidade de um desenho; • Esquema que permite a reconstrução da estrutura da flor à partir de uma notação alfanumérica padronizada; • Fórmula consiste em 5 símbolos: 4. Fórmula floral • 1° símbolo simetria da flor: * = simetria radial ou actinomorfa; X = simetria bilateral ou zigomorfa; $ = simetria assimétrica. • 2° símbolo K = cálice: N° de sépalas. • 3° símbolo C = corola: N° de pétalas. • 4° símbolo A = androceu: N° de estames∞ número > 12 • 5° símbolo G = gineceu: N° de carpelos. Linha abaixo do n° ovário súpero Linha acima do n° ovário ínfero • Linha contínua ao redor de cada valor (círculo) indica conação: • O símbolo de adição (+) indica diferenciação entre os membros de um mesmo verticilo: Corola dialipétala Viola x wittrockiana (amor-perfeito) “diali” = livres entre si; “gamo” = unidos entre si Cálice dialissépalo Allamanda catartica L. (alamanda) Cálice gamossépalo Nicotiniana tabacum L. (tabaco) Corola gamopétala Solanum melongena L. (berinjela) (S o u za e t al ., 2 0 1 3 ) Androceu dialistêmone Prunus persica (L.) Batsch (pêssego) Androceu gamostêmone Solanum lycopersicum L. (tomate) Gineceu dialicarpelar Drimys brasiliensis Miers (casca-d’anta) Gineceu gamocarpelar Nothoscordum gracile (Aiton) Stearn. (alho-bravo) (S o u za e t al ., 2 0 1 3 ) • A adnação é indicada por uma linha conectando os números representando diferentes verticilos florais: Corola gamopétala; estames dialistêmone; 2 estames adnatos às 4 pétalas. Flor com estames adnatos às pétalas Carica papaya L. (mamão) (Souza et al., 2013) • Estames estéreis (estaminódios) ou carpelos estéreis (carpelódios) são indicados pela colocação de um ponto junto ao numero indicando o número total de estruturas estéreis: • A variação no número de partes florais dentro de um táxon é indicada pelo uso de um traço (-) para separar os números mínimo e máximo de peças de um mesmo verticilo: Estaminódio Lundia obliqua Sond. (Souza et al., 2013) • Variações dentro de um táxon quanto à conação ou adnação de partes florais são indicadas pelo uso de linha pontilhada: • A falta de uma parte específica é indicada pela colocação de um zero (0): • Flores nas quais as partes do perianto não são diferenciadas em cálice e corola tépalas uso da letra T. Um hífen é colocado antes e depois indicando que K e C foram combinados: • O tipo de fruto pode ser listado no final da fórmula floral: Referências Bibliográficas - SOUZA, V.C; LORENZI, H. Botânica sistemática: guia ilustrado para identificação das famílias de fanerógamas nativas e exóticas do Brasil baseado em APG III. 3ed. Nova Odessa: Instituto Plantarum, 2012. - JUDD, W. S.; CAMPBELL, C.S.; KELLOG, E.A.; STEVENS, P.F.; DONOGHUE, M.J. Sistemática Vegetal: Um enfoque filogenético. 3ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. - JOLY, A.B. Botânica: introdução à taxonomia. 13 ed. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2002. - RAVEN, P.H.; EVERT, R.F.; EICHHORN, S.E. Biologia Vegetal. 7ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara, Koogan S.A., 2007
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