32.1: Desenvolvimento e estrutura reprodutiva
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Habilidades para desenvolver
- Descreva os dois estágios do ciclo de vida de uma planta
- Compare e contraste gametófitos masculinos e femininos e explique como eles se formam nas angiospermas
- Descreva as estruturas reprodutivas de uma planta
- Descreva os componentes de uma flor completa
- Descreva o desenvolvimento de microsporângio e megasporângio em gimnospermas
A reprodução sexual ocorre com pequenas variações em diferentes grupos de plantas. As plantas têm dois estágios distintos em seu ciclo de vida: o estágio gametófito e o estágio esporófito. O gametófito haplóide produz os gametas masculino e feminino por mitose em estruturas multicelulares distintas. A fusão dos gametas masculino e feminino forma o zigoto diploide, que se desenvolve no esporófito. Depois de atingir a maturidade, o esporófito diploide produz esporos pela meiose, que por sua vez se dividem pela mitose para produzir o gametófito haplóide. O novo gametófito produz gametas e o ciclo continua. Essa é a alternância de gerações e é típica da reprodução vegetal (Figura\(\PageIndex{1}\)).
O ciclo de vida das plantas superiores é dominado pelo estágio esporófito, com o gametófito suportado pelo esporófito. Nas samambaias, o gametófito vive livremente e tem uma estrutura muito distinta do esporófito diploide. Nas briófitas, como os musgos, o gametófito haplóide é mais desenvolvido do que o esporófito.
Durante a fase vegetativa do crescimento, as plantas aumentam de tamanho e produzem um sistema de brotos e um sistema radicular. À medida que entram na fase reprodutiva, alguns dos galhos começam a dar flores. Muitas flores nascem sozinhas, enquanto outras nascem em cachos. A flor nasce em um caule conhecido como receptáculo. A forma, a cor e o tamanho das flores são exclusivos para cada espécie e são frequentemente usados pelos taxonomistas para classificar as plantas.
Reprodução sexual em angiospermas
O ciclo de vida das angiospermas segue a alternância de gerações explicada anteriormente. O gametófito haplóide se alterna com o esporófito diploide durante o processo de reprodução sexual das angiospermas. As flores contêm as estruturas reprodutivas da planta.
Estrutura da flor
Uma flor típica tem quatro partes principais — ou espirais — conhecidas como cálice, corola, androécio e ginócio (Figura\(\PageIndex{2}\)). A espiral mais externa da flor tem estruturas verdes e frondosas conhecidas como sépalas. As sépalas, chamadas coletivamente de cálice, ajudam a proteger o broto não aberto. A segunda espiral é composta por pétalas, geralmente de cores vivas, chamadas coletivamente de corola. O número de sépalas e pétalas varia dependendo se a planta é monocotiledônea ou dicotiledônea. Em monocotiledôneas, as pétalas geralmente são três ou múltiplos de três; nas dicotiledôneas, o número de pétalas é quatro ou cinco, ou múltiplos de quatro e cinco. Juntos, o cálice e a corola são conhecidos como perianto. A terceira espiral contém as estruturas reprodutivas masculinas e é conhecida como androécio. O androcício tem estames com anteras que contêm a microsporângia. O grupo mais interno de estruturas da flor é o ginécio, ou o (s) componente (s) reprodutor (s) feminino (s). O carpelo é a unidade individual do ginécio e tem estigma, estilo e ovário. Uma flor pode ter um ou vários carpelos.
Conexão artística
Se faltar a antera, que tipo de estrutura reprodutiva a flor não conseguirá produzir? Qual termo é usado para descrever uma flor incompleta sem o androécio? Que termo descreve uma flor incompleta sem ginécio?
Se todas as quatro espirais (cálice, corola, androécio e ginócio) estiverem presentes, a flor será descrita como completa. Se alguma das quatro partes estiver faltando, a flor é conhecida como incompleta. As flores que contêm um androécio e um ginécio são chamadas de perfeitas, andróginas ou hermafroditas. Existem dois tipos de flores incompletas: as flores estaminadas contêm apenas um androécio e as flores carpeladas têm apenas um ginécio (Figura\(\PageIndex{3}\)).
Se flores masculinas e femininas nascem na mesma planta, a espécie é chamada de monóica (que significa “uma casa”): exemplos são milho e ervilha. Espécies com flores masculinas e femininas nascidas em plantas separadas são denominadas dióicas, ou “duas casas”, exemplos dos quais são C. papaya e Cannabis. O ovário, que pode conter um ou vários óvulos, pode ser colocado acima de outras partes da flor, o que é conhecido como superior; ou pode ser colocado abaixo das outras partes da flor, chamadas de inferiores (Figura\(\PageIndex{4}\)).
Gametófito masculino (o grão de pólen)
O gametófito masculino se desenvolve e atinge a maturidade em uma antera imatura. Nos órgãos reprodutores masculinos de uma planta, o desenvolvimento do pólen ocorre em uma estrutura conhecida como microsporângio (Figura\(\PageIndex{5}\)). Os microsporângios, que geralmente são bilobados, são sacos de pólen nos quais os micrósporos se transformam em grãos de pólen. Eles são encontrados na antera, que está na extremidade do estame — o filamento longo que sustenta a antera.
Dentro do microsporângio, a célula-mãe dos microsporos se divide por meiose para dar origem a quatro micrósporos, cada um dos quais acabará por formar um grão de pólen (Figura\(\PageIndex{6}\)). Uma camada interna de células, conhecida como tapetum, fornece nutrição aos micrósporos em desenvolvimento e contribui com componentes-chave para a parede do pólen. Os grãos de pólen maduros contêm duas células: uma célula generativa e uma célula de tubo polínico. A célula generativa está contida dentro da célula maior do tubo polínico. Após a germinação, a célula tubária forma o tubo polínico através do qual a célula generativa migra para entrar no ovário. Durante seu trânsito dentro do tubo polínico, a célula generativa se divide para formar dois gametas masculinos (espermatozoides). Com a maturidade, os microsporângios estouram, liberando os grãos de pólen da antera.
Cada grão de pólen tem duas coberturas: a exina (camada externa mais espessa) e a intina (Figura\(\PageIndex{6}\)). A exina contém esporopolenina, uma substância impermeabilizante complexa fornecida pelas células tapetais. A esporopollenina permite que o pólen sobreviva em condições desfavoráveis e seja transportado pelo vento, água ou agentes biológicos sem sofrer danos.
Gametófito feminino (o saco embrionário)
Embora os detalhes possam variar entre as espécies, o desenvolvimento geral do gametófito feminino tem duas fases distintas. Primeiro, no processo de megasporogênese, uma única célula do megasporângio diploide - uma área de tecido nos óvulos - sofre meiose para produzir quatro megasporos, dos quais apenas um sobrevive. Durante a segunda fase, a megagametogênese, o megasporo haplóide sobrevivente sofre mitose para produzir um gametófito feminino de oito nucleados e sete células, também conhecido como megagametófito ou saco embrionário. Dois dos núcleos - os núcleos polares - se movem para o equador e se fundem, formando uma única célula central diploide. Essa célula central posteriormente se funde com um espermatozóide para formar o endosperma triplóide. Três núcleos se posicionam na extremidade do saco embrionário em frente à micrópila e se transformam nas células antípodas, que posteriormente degeneram. O núcleo mais próximo da micrópila se torna o gameta feminino, ou óvulo, e os dois núcleos adjacentes se transformam em células sinérgicas (Figura\(\PageIndex{7}\)). As sinérgicas ajudam a guiar o tubo polínico para uma fertilização bem-sucedida e, em seguida, elas se desintegram. Quando a fertilização é concluída, o zigoto diploide resultante se desenvolve no embrião e o óvulo fertilizado forma os outros tecidos da semente.
Um tegumento de dupla camada protege o megasporângio e, posteriormente, o saco embrionário. O tegumento se desenvolverá no tegumento após a fertilização e protegerá toda a semente. A parede do óvulo se tornará parte da fruta. Os tegumentos, enquanto protegem o megasporângio, não o envolvem completamente, mas deixam uma abertura chamada micrópila. A micrópila permite que o tubo polínico entre no gametófito feminino para fertilização.
Conexão artística
Um saco embrionário não tem as sinergias. Que impacto específico você esperaria que isso tivesse na fertilização?
- O tubo de pólen não poderá se formar.
- O tubo polínico se formará, mas não será guiado em direção ao ovo.
- A fertilização não ocorrerá porque a sinérgide é o óvulo.
- A fertilização ocorrerá, mas o embrião não poderá crescer.
Reprodução sexual em gimnospermas
Assim como nas angiospermas, o ciclo de vida de uma gimnosperma também é caracterizado pela alternância de gerações. Em coníferas como pinheiros, a parte verde folhosa da planta é o esporófito, e os cones contêm os gametófitos masculinos e femininos (Figura\(\PageIndex{8}\)). Os cones femininos são maiores que os masculinos e estão posicionados no topo da árvore; os pequenos cones masculinos estão localizados na região inferior da árvore. Como o pólen é derramado e soprado pelo vento, esse arranjo dificulta a autopolinização de uma gimnosperma.
Gametófito masculino
Um cone masculino tem um eixo central no qual as brácteas, um tipo de folha modificada, são fixadas. As brácteas são conhecidas como microsporofilas (Figura\(\PageIndex{9}\)) e são os locais onde os micrósporos se desenvolverão. Os micrósporos se desenvolvem dentro do microsporângio. Dentro do microsporângio, as células conhecidas como microsporócitos se dividem pela meiose para produzir quatro micrósporos haplóides. A mitose adicional do microsporo produz dois núcleos: o núcleo generativo e o núcleo do tubo. Na maturidade, o gametófito masculino (pólen) é liberado dos cones masculinos e transportado pelo vento para pousar no cone feminino.
Link para o aprendizado
Assista a este vídeo para ver um cedro liberando seu pólen ao vento.
Gametófito feminino
O cone feminino também tem um eixo central no qual brácteas conhecidas como megasporofilas (Figura\(\PageIndex{9}\)) estão presentes. No cone feminino, as células-mãe dos megasporos estão presentes no megasporângio. A célula-mãe dos megasporos se divide pela meiose para produzir quatro megasporos haplóides. Um dos megasporos se divide para formar o gametófito feminino multicelular, enquanto os outros se dividem para formar o resto da estrutura. O gametófito feminino está contido em uma estrutura chamada archegônio.
Processo reprodutivo
Ao pousar no cone feminino, a célula-tubo do pólen forma o tubo polínico, por meio do qual a célula geradora migra em direção ao gametófito feminino através da micrópila. O tubo polínico demora aproximadamente um ano para crescer e migrar para o gametófito feminino. O gametófito masculino que contém a célula geradora se divide em dois núcleos de espermatozóides, um dos quais se funde com o óvulo, enquanto o outro degenera. Após a fertilização do óvulo, forma-se o zigoto diploide, que se divide pela mitose para formar o embrião. As escamas dos cones são fechadas durante o desenvolvimento da semente. A semente é coberta por uma camada de semente, que é derivada do esporófito feminino. O desenvolvimento da semente leva de um a dois anos. Quando a semente está pronta para ser dispersa, as brácteas dos cones femininos se abrem para permitir a dispersão da semente; nenhuma formação de frutos ocorre porque as sementes de gimnosperma não têm cobertura.
Angiospermas versus gimnospermas
A reprodução das gimnospermas difere da das angiospermas de várias maneiras (Figura\(\PageIndex{10}\)). Nas angiospermas, o gametófito feminino existe em uma estrutura fechada - o óvulo - que está dentro do ovário; nas gimnospermas, o gametófito feminino está presente nas brácteas expostas do cone feminino. A fertilização dupla é um evento fundamental no ciclo de vida das angiospermas, mas está completamente ausente nas gimnospermas. As estruturas gametófitas masculinas e femininas estão presentes em cones masculinos e femininos separados nas gimnospermas, enquanto nas angiospermas, elas fazem parte da flor. Por fim, o vento desempenha um papel importante na polinização das gimnospermas porque o pólen é soprado pelo vento para pousar nos cones femininos. Embora muitas angiospermas também sejam polinizadas pelo vento, a polinização animal é mais comum.
Link para o aprendizado
Visite este site para ver uma animação do processo de dupla fertilização das angiospermas.
Resumo
A flor contém as estruturas reprodutivas de uma planta. Todas as flores completas contêm quatro espirais: cálice, corola, androecium e ginecium. Os estames são compostos por anteras, nas quais são produzidos grãos de pólen, e um fio de suporte chamado filamento. O pólen contém duas células - uma célula generativa e uma célula tubular - e é coberto por duas camadas chamadas intina e exina. Os carpelos, que são as estruturas reprodutivas femininas, consistem no estigma, no estilo e no ovário. O gametófito feminino é formado a partir de divisões mitóticas do megásporo, formando um saco ovular de oito núcleos. Isso é coberto por uma camada conhecida como tegumento. O tegumento contém uma abertura chamada micrópila, através da qual o tubo polínico entra no saco embrionário.
O esporófito diploide das angiospermas e gimnospermas é o estágio conspícuo e duradouro do ciclo de vida. Os esporófitos diferenciam estruturas reprodutivas especializadas chamadas esporângios, que se dedicam à produção de esporos. O microsporângio contém células-mãe de microsporos, que se dividem pela meiose para produzir micrósporos haplóides. Os micrósporos se transformam em gametófitos masculinos que são liberados como pólen. O megasporângio contém células-mãe de megasporos, que se dividem pela meiose para produzir megasporos haplóides. Um megásporo se desenvolve em um gametófito feminino contendo um ovo haplóide. Um novo esporófito diploide é formado quando um gameta masculino de um grão de pólen entra no saco ovular e fertiliza esse óvulo.
Conexões artísticas
Figura\(\PageIndex{2}\): Se faltar a antera, que tipo de estrutura reprodutiva a flor não conseguirá produzir? Qual termo é usado para descrever uma flor que normalmente não tem o androécio? Que termo descreve uma flor sem ginécio?
- Responda
-
Pólen (ou espermatozóide); carpelado; estaminado.
Figura\(\PageIndex{7}\): Um saco embrionário não tem as sinérgides. Que impacto específico você esperaria que isso tivesse na fertilização?
- O tubo de pólen não poderá se formar.
- O tubo polínico se formará, mas não será guiado em direção ao ovo.
- A fertilização não ocorrerá porque a sinérgide é o óvulo.
- A fertilização ocorrerá, mas o embrião não poderá crescer.
- Responda
-
B: O tubo polínico se formará, mas não será guiado em direção ao ovo.
Glossário
- andrócio
- soma de todos os estames em uma flor
- antípodas
- as três células afastadas da micrópila
- exina
- cobertura externa de pólen
- gametófito
- estágio multicelular da planta que dá origem a gametas ou esporos haplóides
- ginécio
- a soma de todos os carpelos em uma flor
- intina
- revestimento interno do pólen
- megagametogênese
- segunda fase do desenvolvimento do gametófito feminino, durante a qual o megasporo haplóide sobrevivente sofre mitose para produzir um gametófito feminino de oito nucleados e sete células, também conhecido como megagametófito ou saco embrionário.
- megasporângio
- tecido encontrado no ovário que dá origem ao gameta feminino ou óvulo
- megasporogênese
- primeira fase do desenvolvimento do gametófito feminino, durante a qual uma única célula do megasporângio diploide sofre meiose para produzir quatro megasporos, dos quais apenas um sobrevive
- megasporofila
- bráctea (um tipo de folha modificada) no eixo central de um gametófito feminino
- micrópila
- abertura no saco ovular através do qual o tubo polínico pode entrar
- microsporângio
- tecido que dá origem aos micrósporos ou ao grão de pólen
- microsporofila
- eixo central de um cone masculino no qual as brácteas (um tipo de folha modificada) são fixadas
- perianto
- (também, pétala ou sépala) parte da flor que consiste no cálice e/ou corola; forma o envelope externo da flor
- núcleos polares
- encontrado no saco do óvulo; a fusão com um espermatozóide forma o endosperma
- esporófito
- estágio diplóide multicelular em plantas que é formado após a fusão dos gametas masculinos e femininos
- sinérgico
- tipo de célula encontrada no saco ovular que secreta substâncias químicas para guiar o tubo polínico em direção ao óvulo