REPRODUCEREA REPRODUCEREA SEXUATA LA PLANTESEXUATA LA PLANTE

Clasa a X-a CLiceul Alexandru Ioan Cuza

Generalitati•  Inmultirea sexuata are drept caracteristica esentiala unirea (fecundatia) a doua celule de sex 

contrar (gametul   si ♂ gametul  ), cu formarea unui ♀ zigot, proces prin care se încheie ciclul de dezvoltare parental si începe cel filial. La dezvoltarea din zigot, noul organism repeta (reproduce) toate fazele de dezvoltare individuala prin care au trecut si parintii sai, de aceea înmultirea sexuata se mai numeste reproducere.

• Gametii sunt celule haploide de sex contrar, care iau nastere în gametangi si pot fi identici morfologic,izogameti, ori diferentiati morfologic (cei masculi de obicei comparativ mai mici si mobili), heterogameti.

• La plantele cu înmultire sexuata, în ciclul lor de viata, se disting doua faze (generatii), sporofitul diploid (din celule cu garnitura cromozomiala 2n), producator (dupa meioza) de spori si gametofitul haploid (n), sexuat, producator de gameti. La diferite grupuri sistematice de plante, aceste doua generatii, ce se succed cu regularitate, au durata si organizare diverse. În evolutie, gametofitul plantelor de uscat s-a restrâns progresiv. Asa cum se va vedea, la gimnosperme si angiosperme participarea gametofitului este foarte redusa.

Reproducerea la gimnosperme

• Gimnospermele sunt plante superioare cu flori, a caror samânta este dezvelita (de la gr.gymnos - golas, descoperit si sperma - samânta). Reprezentantii lor actuali sunt arbori si arbusti, mai adesea cu frunze sempervirente. Cele mai multe pot suporta caldura excesiva, seceta, dar si temperaturile scazute. Caile urmate la reproducere exprima de asemenea adaptari în acest sens. Astfel, spre deosebire de ferigi, nu este necesara apa pentru a se realiza fecundatia, întrucât graunciorii de polen sunt transferati de vânt, iar spermatia este condusa pâna la oosfera prin tubul polinic. De asemenea, gametofitul  , format în interiorul ♀ovulului, va fi în acest mod mai bine protejat pe parcursul dezvoltarii lui, ca si  zigotul în formare.

• Florile gimnospermelor sunt unisexuate, dispuse mai adesea monoic (mascule si femele pe acelasi exemplar), mai rar dioic, ca la tisa, ienupar etc., când florile mascule se formeaza pe unii indivizi, iar cele femele pe altii.

• În cele ce urmeaza se va analiza, ca exemplu, reproducerea la pinul silvestru.

Exemplu pentru reproducerea gimnospermelor: pinul silvestruFlorile barbatesti sunt dispuse la extremitatea unor ramuri situate mai jos de vârful arborelui si grupate în inflorescente de tipul amentilor. Fiecare floare, de forma unui con mic, prezinta solzi spiralati cu câte doi saci polinici pe fata lor inferioara. În interiorul sacilor polinici se formeaza la început un tesut diploid reprezentat de celulele mama ale graunciorilor de polen. Fiecare celula mama va forma prin meioza câte patru graunciori de polen (microspori) haploizi. Fiecare grauncior de polen, la maturitate, este constituit dintr-ocelula generativa, o celula vegetativa (celula tub) de dimensiuni mai mari si doua celule protaliene. Între cele doua învelisuri ale graunciorului se delimiteaza doi saci aeriferi.

- a - Axa inflorescentei- br - Bractee- s – sac polinic- nv – nucleul celulei 

vegetative- cg – celula generativa- cp – celule protaliene- sa – saci cu aer

Legenda:A. Inflorescenta masulinaB. Floare masculinaC. Sectiune longitudinalaD. Samanta cu saci polenici deschisiE. Samanta – sectiune trensversalaF. Graunciori de polen

Exemplu pentru reproducerea gimnospermelor: pinul silvestru – continuare 1Florile femeiesti sunt grupate în conuri mai mari, dispuse pe ramurile dinspre vârful arborelui. Fiecare floare consta din câte doi solzi (unul inferior, steril - bracteea si altul superior, fertil - carpela), inserati în spirala pe axul conului. Solzii fertili poarta pe fata interna câte doua ovule, fiecare cu un învelis (integument) întrerupt la partea superioara de o deschidere, sub care se afla camera polinica. Interiorul ovulului consta dintr-un tesut trofic, nucela, în care se vor forma dintr-o celula, prin meioza, patru macrospori haploizi (n). Trei dintre acestia se vor resorbi, iar unul va genera prin diviziuni mitotice endospermul primar (n), în care se vor individualiza douaarhegoane, purtatoare a câte unei oosfere, gametul femel.

Legenda:A. inflorescenta femela (con); B. inflorescenta (sectiune longitudinala); C. solz carpelar cu ovule; D. floare (sectiune transversala); E. ovul; 

sc - solz carpelar; br - bractee (solz steril); ov - ovul; m - micropil; cp - camera polinica; int - integument; arh - arhegon; end. prim. - endosperm primar; nuc - nucela

Exemplu pentru reproducerea gimnospermelor: pinul silvestru – continuare 2

La maturitate graunciorii de polen sunt eliberati si, dusi de vânt, unii nimeresc în camera polinica. Aici germineaza formând, prin aportul celulei vegetative, câte un tub polinic, care înainteaza înspre arhegon. Din celula generativa vor rezulta doua celule spermatice (gameti). Vârful tubului polinic se dezorganizeaza si elibereaza spermatiile, dintre care una se va uni cu oosfera în procesul de fecundatie, rezultând zigotul, iar cealalta se resoarbe, fecundatia fiind simpla. Fecundatia se realizeaza numai dupa maturarea oosferei, interval care în cazul pinului poate fi 1-5 (13) luni de la polenizare. Chiar daca va fi fecundata fiecare din oosferele celor doua arhegoane, mai adesea un singur zigot se va dezvolta în continuare, generând embrionul. 

În timpul formarii embrionului, ovulul evolueaza în samânta. Ea este alcatuita dintr-un tegument si tesut nutritiv al endospermului primar în care s-a constituitembrionul.

La pin, la sfârsitul celui de al doilea an dupa fecundatie, solzii carpelari se lignifica si se îndeparteaza unii de altii, iar semintele se desprind de pe solzi cu câte o mica aripioara.

În ciclul biologic (alternarea de generatii) la pin, sporofitul (generatia 2n) este reprezentat prin însusi arborele, iar gametofitul (generatia n) este diferentiat, mascul si femel, si comparativ foarte redus. Astfel, gametofitul mascul se limiteaza doar la graunciorii de polen (cu celulele lor alcatuitoare), iar gametofitul femel la endospermul primar, generat de macrospor si purtator de arhegoane.

Samanta de pin - Legenda:A. Solz carpelar cu seminte; B. Samanta (sectiune longitudinala); C. Embrion in samanta(sectiune longitudinala);  

a - aripa; s.c. – solz carpelar; sm - samanta; te si ti – parti ale tegumentului; m - micropil; e – endosperm primar; a.h. – ax hipcotil; c - cotiledoane; er – radacinita; v.v – varf vegetativ

Reproducerea la angiospermeAngiospermele sunt plante care în decursul evolutiei au 

câstigat unele caractere adaptative noi fata de gimnosperme: închiderea (includerea) ovulelor într-un învelis ovarian si respectiv a semintelor într-un fruct provenit din ovar (angiosperme de la gr. aggeion - cavitate închisa sisperma - samânta). Partile reproducatoare se constituie într-un organ cu structura particularafloarea.

La angiosperme sporofitul este foarte dezvoltat, ocupa singur aproape întreg ciclul vital, fiind reprezentat prin planta propriu-zisa, iar gametofitul este chiar mai restrâns ca la gimnosperme (cel mascul redus la graunciorul de polen cu cele doua celule ale sale, iar gametofitul femel lasacul embrionar, generat de macrospor).

Organizarea floriiO floare completa prezinta un peduncul, pe a carui 

extremitate mai umflata, numita axa florala sau receptacul, se formeaza, prin activitatea unor meristeme, partile reproducatoare (staminele si carpelele) si învelisurile florale (sepalele si petalele).

Dispunerea partilor florale pe receptacul poate fi în spirala (laflorile spirociclice) si în verticile (la florile ciclice). În raport cu numarul verticilelor (ciclurilor), deosebim flori mono-, di-, tri-, tetra-, ..., policiclice. Numarul elementelor din ciclu are de asemenea valoare diagnostica pentru diferite unitati sistematice si este divers: doua elemente la florile dimere, trei la florile trimere., numeroase elemente la florile polimere.

Organizarea florii la angiosperme - legenda:

r – receptacul; sep – sepale; pet – petale; a – antere; f – filament; ov – ovar; o – ovul; st –stil; sg – stigmat; p – polen; t.p. – tub polinic; 

Reproducerea la angiosperme - continuare

Dispunerea florilor Dupa modul de asociere pe tulpina, florile 

pot fisolitare sau grupate îninflorescente.La inflorescentele monopodiale sau 

racemoase axul principal (rahisul) are crestere teoretic nedefinita, iar lateral apar pediceli cu flori, înflorirea având loc de la baza axului spre vârf, odata cu cresterea lui, si totodata centripet. Aici apartin (fig. 47 A) racemul (pedicelii florilor au aproximativ aceeasi lungime), corimbul (pediceli inegali, astfel ca florile ajung aproape la acelasi nivel), spicul (flori fara pediceli, sesile), amentul (mâtisorul) (un fel de spic cu rahis flexibil si florile unisexuate), spadicele (ax principal lung si gros cu flori unisexuate si sesile, învelite de una sau mai multe frunze), umbela (florile pornesc de la acelasi nivel, iar frunzele sustinatoare -bracteele sunt dispuse într-un verticil denumit involucru), capitulul (pe axul principal scurt si gros se dispun numeroase flori ± sesile), calatidiul (pe axul principal scurt si latit ca un disc se afla flori sesile).

Inflorescente – legenda:

A - monopodiale (1 - racem; 2 - corimb; 3 - spic; 4 - spadice; 5 - umbela; 6 - capitul; 7 - calatidiu; B - simpodiale (a - dicaziu; b1 si b2 - monocaziu; c - pleiocaziu); C - compuse (c1 - umbela compusa; c2 - panicul; c3 - corimb cu cima; c4 - racem cu cima - tirsa)

Morfologia si structura partilor florale

Pedunculul floral. Este alcatuit dintr-un singur internod si se insera pe tulpina în subsuoara unei frunze numita bractee. Florile fara peduncul se numesc sesile. La inflorescente se disting: axul principal (rahisul) al inflorescentei, pe care florile se prind prin pediceli.

Receptaculul (axa florala). Reprezinta partea terminala, mai dezvoltata a pedunculului saupedicelului, pe care se dispun elementele florale.

Învelisul floral (periantul). Este format din sepale si petale sau din elemente de acelasi fel numite tepale, în care caz învelisul este numit perigon sau periant simplu, ce poate fi sepaloid(din elemente asemanatoare sepalelor) sau petaloid. Florile lipsite de periant sunt numite flori nude.

a.Caliciul. Este verticilul periferic, format din sepale, obisnuit de culoare verde. Sepalele pot fi libere între ele, alcatuind un caliciu dialisepal, sau concrescute la caliciul gamosepal.

b. Corola. Este situata mai interior, alcatuita din elemente viu colorate, petalele. Corola cu petale libere este dialipetala, iar cea cu petalele concrescute gamopetala (fig. 48 B), foarte diversa morfologic: tubuloasa, campanulata etc.

-Învelisuri florale - legenda: -A - tipuri de caliciu (a - dialisepal; b - gamosepal; c - caliciu din 

perisori; d - caliciu acrescent) (dupa Grintescu, I., 1928); B - tipuri de corola gamopetala (1, 2 - tubuloasa; 3 - urceolata; 4, 5 - campanulata; 6, 7 - infundibuliforma; 8 - rotata; 9 - hipocrateriforma; 10 - ligulata)

Morfologia si structura partilor florale

stigmat

stil

ovar

petale

Ovul cu sac embrionar

sepale

receptacul

peduncul

antera

filament

Morfologia si structura partilor florale - Partile reproducatoare. Repartitia sexelor în floare - 1c - Partile reproducatoare ale florii sunt staminele a caror 

totalitate formeaza androceul (de la gr.andros - barbat) si carpelele ce alcatuiesc gineceul (de la gr. gyne - femeie).

Florile care au atât androceu cât si gineceu se numesc bisexuate (hermafrodite), iar cele cu organe de un singur sex (fie stamine, fie carpele) sunt unisexuate. Plantele cu flori unisexuate pot fi monoice (de la gr. monos - unic si oikos - locuinta, casa), cu florile mascule ( ) si florile femele ( ) pe acelasi ♂ ♀exemplar, dioice cu florile unisexuate pe exemplare diferite (exemplare mascule si respectiv femele), trioice (unii indivizi sunt masculi, altii femeli si altii cu flori bisexuate) si poligame (pe acelasi exemplar sunt flori mascule, femele si bisexuate).

a.Androceul. Este constituit din stamine, fiecare stamina având filament, conectiv si antera.

Antera este partea fertila a staminei, formata mai adesea din doua loji, fiecare cu câte doi saci polinici. De filament, antera se prinde prin intermediul conectivului, strabatut de un fascicul conducator (C). În sacii polinici ia nastere mai întâi un tesut sporogen din celule diploide (2n), celulele mama ale graunciorilor de polen. Din fiecare celula mama, prin meioza, se formeaza câte patrugraunciori de polen.

- Organizarea unei stamine: A, B - stamina deplin formata 

vazuta din fata si din spate (f - filament; c - conectiv; a – antera); C - Sectiune prin antera cu patru saci polinici deschisi (s - sac polinic cu graunciori de polen) 

Morfologia si structura partilor florale - Partile reproducatoare. Repartitia sexelor în floare - 2

Formarea grăuncioarelor de polen în anteră începe prin diviziunea meiotică

Secţiune prin anteră

Grăuncioare de polen

Morfologia si structura partilor florale - Partile reproducatoare. Repartitia sexelor în floare - 3

Graunciorul de polen matur prezinta doua învelisuri: unul intern, intina, si altul extern, cutinizat si prevazut cu formatiuni sculpturale specifice, denumit exina. În interior se afla doua celule inegale: una mare,celula vegetativa (celula tub), si una mai mica, celula generativa.

Structura graunciorului de polen(A) si germinarea(B):

 ex – exina; int – intina; nv – celula vegetativa cu nucleu; g – celula generativa; v – nucleu vegetativ vazut in doua 

planuri diferite si, respectiv, in tubul polinic; 

sp - spermatie.

Morfologia si structura partilor florale - Partile reproducatoare. Repartitia sexelor în floare - 4b. Gineceul (pistilul). Poate fi alcatuit din una sau mai multe carpele, libere (gineceu apocarp) sau unite 

(gineceu sincarp). Fiecare carpela libera a gineceului apocarp respectiv grupul de carpele unite (ale gineceului sincarp), au diferentiate: o parte inferioara, ovarul, o parte ± alungita, stilul, si o parte superioara, stigmatul, care receptioneaza polenul. Când carpelele sunt unite, concresterea nu se extinde întotdeauna si asupra stilelor si stigmatelor. La gineceul sincarp, ovarul comun al carpelelor unite este adesea împartit în mai multe loji, al caror numar corespunde celui al carpelelor.

Organizarea gineceului: A, B, C - structura unui gineceu 

unicarpelar: A - imagine de ansamblu; B - carpela sectionata la mijloc; C - sectiune transversala la nivelul ovulelor (dupa Troll, W., 1957); D, E, F - grade de concrestere a carpelelor la diferite specii (D - gineceu apocarp tricarpelar; E - gineceu pentacarpelar sincarp cu stile libere; F - gineceu bicarpelar sincarp); 1 - ovar; 2 - stil; 3 - stigmat; k - caliciu

Morfologia si structura partilor florale - Partile reproducatoare. Repartitia sexelor în floare - 5

Un caracter sistematic important îl reprezinta pozitia ovarului fata de celelalte parti florale. Când ovarul se afla deasupra locului de insertie a periantului, adica ovar super, floarea este hipogina, iar când ovarul este înglobat în receptacul, dedesubtul locului de insertie a periantului, ovar infer, floarea este epigina.

În lojile ovarului, pe placente, se formeaza si ramân atasateovulele. Un ovul prezinta  doua învelisuri,integumentele, care lasa o mica întrerupere, micropilul, si delimiteaza un tesut trofic intern, nucela. De placenta ovulul se prinde prin funicul, al carui loc de racordare la corpul ovulului este hilul. Prin funicul patrunde în ovul, pâna în zona numita chalaza, un fascicul libero-lemnos.

În nucela, în urma meiozei, iau nastere dintr-o celula patrumacrospori haploizi (n), dintre care trei se resorb, iar unul se mareste si genereaza dupa diviziuni mitotice sacul embrionar care cuprinde: oosfera(gametul femel) cu doua sinergide, cele trei antipode si celula centrala ce contine doi nuclei polari.

Structura ovulului la angiosperme:

Fun – funicul; h – hil; int.e si int.i – inegumen extern si intern; nuc – cucela; cl – calota; m – microfil; f.ll – fascicul libero-lemnos; ch – chalaza; s.e – sac embrionar; sin – sinergil; an – antipod; o – oosfera; n2 – nucleul celulei centrale

Pozitia ovarului in floare: 1 – ovar super (floare hipogina)2 – ovar infer (floare epigina)

Polenizarea si fecundatiaa. Polenizarea este transferul polenului din antera pe stigmat.Când ajunge pe stigmat polenul aceleasi flori sau al florilor de pe acelasi exemplar 

se realizeaza o polenizare directa, iar când polenul ajuns este provenit din florile altor indivizi (polen strain) are loc polenizarea încrucisata.La polenizarea încrucisata, transportul polenului se poate face prin diferiti agenti: 

vânt, insecte, pasari, apa etc.b. Fecundatia. Pe stigmat polenul gaseste conditii favorabile (secretii de solutii 

zaharoase) si germineaza formând tubul polinic. Acesta creste strabatând stigmatul si tesutul de transmisie("tesutul conducator al stilului"). Înaintarea tubului este favorizata de substantele nutritive si de mucilagiile din acest tesut. În vârful tubului polinic se afla nucleul celulei vegetative (celula tub), iar în urma acestuia celula generativa, care se divide formând cele douaspermatii, gametii masculi. Datorita unei afinitati chimiotropice, tubul polinic ajunge, mai adesea prin micropil, la sacul embrionar si patrunde într-una dintre sinergide. Apoi se opreste din crestere si îsi mareste presiunea interna, descarcându-si continutul printr-un por subterminal. O spermatie se va uni cu oosfera, formând zigotulprincipal diploid, iar cealalta se va uni cu cei doi nuclei polari ai celulei centrale, dând nastere zigotului accesoriu triploid. Este vorba deci despre o fecundatie dubla, proprie angiospermelor.

c. Transformari postfecundative.Din zigotul principal ia nastere, prin diviziuni repetate, embrionul cu partile lui 

componente (radicula, hipocotilul, cotiledoanele si gemula), iar din zigotul accesoriu albumenul (endospermul secundar), care va ocupa sacul embrionar si mare parte din nucela. În urma unor modificari profunde, ovulul se transforma în samânta, iar ovarul înfruct..

Fecundatia la angiosperme - legenda:

ov – ovar; o – ovul; s – stil; st – stigmat; t – tub polinic; 

Formarea sacului embrionar are loc în interiorul ovulului. Sac embrionar

Secţiune prin ovul

Ovul

Dispunerea ovulelor în ovar

Formarea gameţilor

Polenizarea este transportul polenului de la anteră pe stigmat.

Polenizarea directă

Polenizarea indirectă

Polenizarea

Samânta Este constituita din tegument, embrion si rezerve nutritive. La unele plante (stejar, fag etc.) albumenul este 

consumat de embrionul în dezvoltare, substantele de rezerva fiind transferate si depozitate în cotiledoane (seminte exalbuminate), la altele (ca la euforbiacee) rezervele ramân în albumen (seminte albuminate).

Tipuri de seminte:A – samanta albuminata;B – samanta exalbuminata;e – embrion;c – cotiledon;end – endosperm; 

Fructul Îsi are  originea în ovar, dar la unele plante la formarea lui mai pot participa si alte parti florale, cum sunt 

receptaculul, învelisurile florale si stilul. La fruct se disting: învelisul exterior (epicarpul), mezocarpul (carnos sau uscat) si învelisul intern (endocarpul).

Fructele formate dintr-un ovar monocarpelar sau din ovar cu mai multe carpele unite se numesc fructe simple, iar cele rezultate din ovarele carpelelor neunite ale unei flori se numesc fructe multiple.

Fructele compuse sunt cele provenite dintr-o întreaga inflorescenta, iar fructele falseprovin în cea mai mare proportie din alte parti florale decât ovarul.

Dupa consistenta fructele se pot grupa în fructe carnoase si fructe uscate. Dintre fructele carnoase fac parte: baca (fruct în întregime carnos, cu una sau mai multe seminte),drupa (endocarpul fructului este sclerificat, constituit în sâmbure ce protejeaza samânta) etc.

Fructele uscate pot fi indehiscente si dehiscente . Dintre cele indehiscente mai frecvente sunt: achena (fruct membranos sau lemnos neconcrescut cu samânta), cariopsa(învelisul ce reprezinta fructul este subtire, concrescut cu tegumentul semintei): si  samara(învelisul formeaza o aripa pentru diseminare prin vânt). Dintre fructele dehiscente fac partefolicula (fruct provenit dintr-o carpela, cu dehiscenta pe linia de sutura a marginilor acesteia),pastaia (fruct unicarpelar dehiscent dupa linia de sutura si nervura mediana), silicva (fruct alungit, bicarpelar, cu perete fals provenit din proliferari ale marginii carpelelor) si capsula (fruct din doua sau mai multe carpele, cu dehiscenta prin valve sau pori).

Dintre fructele multiple mai frecvente sunt: polifolicula,poliachena si polidrupa, iar dintre cele false poama, caracteristica rosaceelor maloidee (subfamilia marului), maceasa , pseudodrupa si pseudodrupa dehiscenta.

Fructele îndeplinesc un rol important în protejarea, diseminarea si adesea în crearea conditiilor favorabile de germinare a semintelor.

Tipuri de fructe                  ♥ Fructele cărnoase conţin ţesuturi moi,bogate în substanţe minerale şi vitamine

                                                                                       

Bace

Drupe

Tipuri de fructe Există şi unele fructe la a

căror formare nu participă doar ovarul ci şi alte părţi ale florii, de aceea ele sunt numite ,,fructe false”

Astfel de fructe sunt: mărul, căpşuna, măceaşa.

Tipuri de fructe

Fructe uscate al căror înveliş se poate deschide sau nu.

Astfel de fructe sunt: nuca, păstaia, capsula etc.

Capsula de mac