3. Reproducción

En el tema Desarrollo de sistema vascular, semilla y flor quedó de manifiesto que las angiospermas (las plantas con flores) son los vegetales más diversificados y abundantes en la Tierra. Una de las causas del éxito que tienen se debe a su capacidad de reproducción, la cual muchas de ellas pueden hacer de manera asexual y sexual. En la reproducción asexual los descendientes crecen por mitosis de las células de los fragmentos que se desprenden de la planta progenitora y por ello son genéticamente idénticos a ella. En la reproducción sexual hay fusión de dos células especializadas que se llaman gametos. La mayoría de las flores produce dos gametos: el masculino y el femenino; sin embargo, hay otras que producen un solo tipo de gameto, unas el gameto masculino y otras el femenino. La función de la flor es la reproducción sexual de la planta (fig. 3.18). Los colores brillantes y su fragancia no es el con fin de agradarnos, como en un principio se creyó, sino para atraer a insectos y aves que al alimentarse de su néctar participan en forma indirecta en la reproducción de la planta, ya que al buscar su alimento transportan el polen a las proximidades del óvulo de otras plantas.

Reproducción asexual y sexual La reproducción asexual vegetativa se presenta en muchas especies de plantas con flores, sea en forma natural o artificial (fig. 3.19). Consiste en que el nuevo individuo se origina a partir de una parte especial de su progenitor, cuyas células mantienen su capacidad de división por mitosis, como adaptación de resistencia a los cambios climáticos. Las principales formas de reproducción vegetativa son por: • Rizomas y tubérculos. Hay plantas como el lirio, el jengibre, el bambú y gran variedad de pastos que tienen tallos subterráneos dispuestos en forma horizontal, que se llaman rizomas, donde almacenan sus nutrientes y les sirven para reproducirse asexualmente. Los extremos engrosados de los rizomas de algunas plantas como la papa, que se llaman tubérculos, es donde cada una de sus yemas al desarrollarse puede producir una nueva planta. • Estolones. La fresa se propaga por estolones, que son tallos delgados rastreros (porque crecen a ras de tierra), que en sus extremos forman yemas, las cuales producen plántulas (pequeñas plantas) que, al formar raíces y tallos, originan nuevas plantas y se independizan de la planta progenitora. • Bulbos. La cebolla, el ajo, la azucena, los narcisos, los lirios y los tulipanes forman bulbos, que son yemas subterráneas con hojas que almacenan sustancias de reserva. Los bulbos suelen formar yemas laterales que después se convierten en pequeños bulbos hijos y que al morir el bulbo progenitor, cada uno forma una nueva planta.

Figura 3.18 La flor produce las semillas de la planta, básicas para su reproducción.

Figura 3.19 El bambú, la fresa, la cebolla, la piña y la uva, son ejemplos de reproducción asexual vegetativa.

• Estacas. Cuando una parte de la planta se pone en tierra húmeda, forma raíz y desarrolla una nueva planta, este procedimiento se denomina reproducción por estaca; la piña, la caña de azúcar y el plátano se reproducen de esta forma. • Acodos. Mediante este procedimiento se pueden doblar y enterrar en suelo húmedo las ramas de la planta, que después formarán raíces y desarrollarán nuevas plantas. Por acodaje se reproducen las plantas de la frambuesa, la zarzamora y la vid.

LA BIOLOGÍA Y TU COMUNIDAD

Objetivo Promover el desarrollo vegetativo en varias plantas.

Consideraciones teóricas El desarrollo vegetativo es la manera en que muchas especies de plantas angiospermas se reproducen en forma asexual. Consiste en que el nuevo individuo se forma a partir de una parte especial de su progenitor que se regenera por mitosis.

Material • Tallo de distintas especies de plantas que reúnan las características propias para su desarrollo vegetativo. • Una maceta de tamaño regular con tierra y abono húmedos.

Procedimiento • En equipo, corten los tallos en varias partes, procurando que cada fragmento conserve su yema. • Planten los cortes en la maceta.

• Registren sus observaciones durante varios días y discutan los resultados que obtienen. • Elaboren un reporte de la práctica donde se expliquen las causas que propiciaron el desarrollo vegetativo y las ventajas que puede ofrecer este tipo de reproducción en tu entorno inmediato o de tu comunidad.

Figura 3.20 Ciclo alternante en plantas. Por divisiones mitóticas del cigoto se desarrolla el esporofito que es diploide, de cuyas células por división meiótica se forman los gametofitos haploides que producen gametos. Cuando el gameto masculino se fusiona con el femenino se forma el cigoto. Reproducción sexual El ciclo vital de las plantas se caracteriza por presentar alternancia de generaciones que consiste en una etapa diploide llamada generación esporofita, seguida de otra haploide que se denomina generación gametofita. Las células diploides: 2n (las que tienen un juego completo de cromosomas pares homólogos) de la generación esporofita producen por meiosis esporas haploides: n (células que sólo tienen un miembro de cada par de cromosomas homólogos). Las esporas haploides se dividen por mitosis y producen gametofitos multicelulares haploides. Éstos son los que desarrollan por mitosis los gametos. Cuando un gameto masculino se fusiona con uno femenino se forma el cigoto diploide, el cual al dividirse por mitosis produce un esporofito multicelular diploide (fig. 3.20). En las plantas vasculares entre las que se incluyen las angiospermas (las que producen flores), la generación esporofita, que comprende el cuerpo de la planta, tiene supremacía sobre la generación gametofita que es muy pequeña y se encuentra en la flor. Por ejemplo, el grano de polen que da origen al gameto masculino. A diferencia de las plantas inferiores como las hepáticas, en las que la generación dominante en su ciclo vital es el gametofito, se representa por los talos masculino y femenino.

La flor en la reproducción sexual de las angiospermas Los fósiles más antiguos que demuestran la presencia de plantas con flores corresponden al periodo Cretácico de la era Mesozoica. Ejemplos de ellos son los restos de flores descubiertos que tienen antigüedad de 120 millones de años y los granos de polen fosilizados en rocas de hace unos 130 millones de años.

Hay indicios de que las plantas con flores descienden de las gimnospermas, así lo sugieren los fósiles de este grupo con características semejantes a las plantas con flores, con una antigüedad de unos 180 millones de años (en el periodo Jurásico). La flor es la estructura reproductora de las angiospermas. Por lo general se compone de cuatro partes: sépalos, pétalos, estambres y carpelos (también llamado pistilo), los cuales se organizan en círculos, que se llaman verticilos. El verticilo más externo lo forman los sépalos, que casi siempre son en forma de pequeñas hojas de color verde o de la misma coloración de los pétalos, que en conjunto forman el cáliz, el cual se encarga de cubrir y proteger a la flor cuando todavía es un botón. El siguiente verticilo que se localiza arriba de los sépalos es el de los pétalos que son hojas de colores variados y brillantes, casi siempre secretan sustancias aromáticas. Estas características son las que atraen a los animales que favorecen la polinización. En su conjunto, los pétalos forman la corola. El verticilo siguiente lo forman los estambres, cada uno tiene una antera y un filamento. En la antera se forman por meiosis las microsporas que al desarrollarse dan origen a los granos de polen, que es el gametofito masculino. El filamento es un fino pedúnculo que une la antera con el receptáculo. En el centro de la flor se encuentra el carpelo (puede ser uno o varios). Cada carpelo o pistilo tiene tres partes: el estigma, parte superior que recibe los granos de polen; el estilo, que usa un pedúnculo y une el estigma con el ovario a través del cual se forma el tubo polínico. El ovario es la estructura que contiene uno o más óvulos, cada uno alberga un gametofito femenino o saco embrionario que contiene una ovocélula. Después de la fecundación, el óvulo se convierte en semilla y el ovario se desarrolla en fruto. Las flores que contienen las cuatro partes (sépalos, pétalos, estambres y carpelos), se dice que son completas y las incompletas carecen de alguna de esas partes (fig. 3.21). Las flores que sólo producen el gameto masculino se llaman estaminadas, y las que sólo dan gametos femeninos, carpeladas.

La doble fecundación en el ciclo vital de las plantas con flores Cada antera tiene cuatro sacos polínicos, dentro de cada uno se desarrollan las células madre de las microsporas diploides (2n); cada una de estas microsporas produce cuatro microsporas haploides (n) por meiosis y el núcleo de cada una de ellas se divide por mitosis y produce un grano de polen (gametofito masculino) que consta de dos células: una del tubo y una germinativa o espermática, las cuales se rodean de una resistente pared externa. Cuando la antera madura, se rompe y deja escapar el polen. Cada óvulo joven, que se localizan dentro de un ovario, contiene una célula madre de la megaspora diploide (2n), que se divide por meiosis y forma cuatro megasporas haploides, tres de ellas se desintegran. La megaspora que sobrevive se divide por mitosis y origina el saco embrionario, o sea el gametofito femenino, el cual se forma por siete células con ocho núcleos haploides (n), tres acomodados en cada extremo y una célula con dos núcleos en el centro. La ovocélula será una de las células con un solo núcleo haploide. Cuando el polen se deposita en el estigma —por transporte del viento, agua o insectos—, cierta sustancia química de los carpelos estimula a la célula del tubo y hace crecer al tubo polínico a través del estilo hacia el ovario; mientras que la otra célula, la germinativa o espermática, se divide por mitosis para formar dos células espermáticas (dos gametos masculinos), ambas pasan a través del

Figura 3.21 Ejemplo de una flor completa.

Figura 3.22 La doble fecundación de las plantas con flores. Un núcleo espermático fecunda la ovocélula y forma un cigoto diploide. El otro se fusiona con dos núcleos polares y forma la célula triploide que al dividirse dará origen al endospermo. tubo hacia el saco embrionario. El núcleo de una de las células espermáticas fecunda a la ovocélula y se produce el cigoto, que es diploide y la otra se fusiona con los dos núcleos centrales llamados polares y dan origen a una célula triploide (3n), la que al crecer por mitosis forma el endospermo, tejido que nutre al embrión hasta que se convierte en un esporofito diploide (2n) joven. La doble fecundación de las plantas con flores ocurre cuando una de las células espermáticas (gametos masculinos) fecunda la ovocélula (gameto femenino) y forman un cigoto diploide (2n), que al desarrollarse se convierte en el embrión multicelular dentro de la semilla. La otra sucede cuando el otro gameto masculino se fusiona con los dos núcleos polares y forma la célula triploide que al crecer se convierte en el endospermo que alimenta al embrión (fig. 3.22).

Adaptaciones Las adaptaciones que seleccionaron en el desarrollo evolutivo de las angiospermas son muchas, lo que explica el éxito que tienen en su diversificación y abundancia, a pesar de que evolucionaron en etapas geológicas más recientes. Algunas de esas adaptaciones son las siguientes: • Sus órganos de reproducción se encuentran en la flor; esta adaptación propició su independencia del agua como único medio de fecundación; los colores variados y brillantes de los pétalos y en algunos casos aromáticos, atraen a polinizadores animales y en recompensa éstos se nutren del néctar que la propia flor produce. • La producción de semillas —una adaptación compartida con las gimnospermas—, es de vital importancia en la reproducción y dispersión de estas plantas, ya que ella nutre y protege a la nueva planta en sus primeras etapas de desarrollo. • El fruto que se desarrolla a partir del ovario de la flor, envuelve y protege la semilla, de allí el nombre de angiospermas —que tienen las plantas con flores, lo que significa semillas contenidas en recipientes, que es el fruto—. Otra función donde participa el fruto es en la dispersión de la semilla, ésta ocurre de distinta manera: en algunos casos la fruta al madurar deja escapar sus semillas las cuales pueden transportarse con el viento, el agua o por los animales. En este último caso las semillas pueden pegarse en las patas o sobre la piel del animal o bien, pueden expulsarse con el excremento, cuando al comer la fruta las semillas no se digirieron. • Otra adaptación que caracteriza a las angiospermas y que contribuye a su diversificación y abundancia es su sistema vascular, el cual es muy desarrollado y eficiente.

• Asimismo, disponen de hojas anchas con mayor superficie para captar mayor cantidad de energía luminosa del sol en el proceso de la fotosíntesis.

Evaluación formativa

Contesta en forma breve las siguientes preguntas: 1. ¿En qué consiste la reproducción asexual vegetativa? Cita un ejemplo y explica este proceso. 2. Elige la flor de tu preferencia e indica cómo se llama cada una de sus partes, así como su función. 3. ¿Cómo sucede la doble fecundación en las angiospermas y qué ventajas tiene? 4. ¿Cuáles son las principales adaptaciones de las angiospermas y qué ventajas les reportan?

Objetivo

Comparar las estructuras de las flores.

Consideraciones teóricas

Las estructuras reproductoras de las angiospermas están en la flor. La flor consta de las siguientes partes: en el receptáculo, que es la base, se encuentran los sépalos, unas hojas pequeñas casi siempre de color verde y que en su conjunto forman el cáliz. La parte que más apreciamos de una flor son los pétalos, por sus vistosos colores, que forman la corola, en cuyo interior se encuentran: a) los estambres, que son las estructuras reproductoras masculinas y cada uno consta de filamento y antera; en esta última es donde se producen los granos de polen; b) en la parte central se ubica el carpelo o pistilo, estructura reproductora femenina que consta de ovario, estilo y estigma. En el estigma es donde llega el grano de polen durante la polinización, y también donde después de formar el tubo polínico del estigma al ovario un núcleo espermático del polen alcanza y fecunda a la ovocélula en el ovario, la cual forma el cigoto, que da origen al embrión de la nueva planta.

Material

• Dos o tres flores completas. • Portaobjetos. • Microscopio de disección. • Una navaja de rasurar. • Vaso de precipitado con agua y un gotero.

Procedimiento

1. Desprende con cuidado las partes de una flor grande, sencilla pero completa (como las gladiolas) (fig. 3.37). Empieza por los sépalos, continúa con los pétalos y por último desprende los estambres (órgano masculino de la flor). Debe quedar únicamente, en la parte central de la flor, el carpelo o pistilo (órgano femenino). 2. Con una navaja de rasurar corta con cuidado el ovario transversalmente, que es la parte inferior y abultada del gineceo, y observa su interior con la lupa o el microscopio de disección. 3. Realiza el mismo procedimiento con cada una de tus flores.

Conclusiones

Dibuja el corte transversal del ovario y contesta: • ¿Qué estructuras observas? • ¿Qué forma tienen?

Ahora, observa y dibuja el estigma (extremo superior del pistilo): • ¿Qué característica presenta la superficie del estigma? • ¿Qué importancia tiene?

Coloca sobre el portaobjetos una gota de agua y sobre ésta unos granos de polen, obsérvalos al microscopio. • ¿Qué forma tienen? Figura 3.23 • ¿Cuál es el proceso por el que los gametos masculinos alcanzan al óvulo? Gladiola.

Dibuja lo observado.

Elabora un reporte donde además de explicar las funciones de las estructuras reproductoras de las flores que observaste, destaques la importancia que tiene la flor en la adaptación y diversificación de las plantas en el medio terrestre, así como las similitudes y diferencias en las estructuras florales. Argumenta tus respuestas con los elementos teóricos que has revisado durante tus clases; establece bien cuándo se relaciona lo teórico con lo práctico de la vida cotidiana.