Utente:Eleonora Nardi/Le piante

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PIANTE CARATTERI GENERALI

Le piante sono organismi eucarioti pluricellulari fotosintetici che rappresentano il primo anello di tutte le catene alimentari del nostro pianeta. Le piante presentano una parete cellulare contenente cellulosa, i cloroplasti che contengono la clorofilla e l'amido che è il principale carboidrato di riserva;inoltre, si sviluppano da un embrione protetto dai tessuti materni.

Gli antenati delle piante erano le alghe verdi chiamate caroficee, incluse nella divisione delle carofite, che più di 500 milioni di anni fa viveva sulle rive di laghi e paludi salmastre.Sia le piante che le alghe sono eucarioti pluricellulari che producono molecole organiche attraverso la fotosintesi. Tuttavia, le piante terrestri hanno evoluto caratteri esclusivi, risultato dell'adattamento alla vita sulla terraferma.Questi sono ad esempio: radici, fusto, foglie ma soprattutto la comparsa di semi.Il seme è una struttura che protegge l'embrione dall'essiccamento e dalla troppa umidità e gli consente di sopravvivere anche in condizioni sfavorevoli.Le piante che sono dotate di seme (Angiosperme e Gimnosperme) sono state molto avvantaggiate diventando gli organismi più numerosi del nostro pianeta.

Conservazione dell'acqua

Stoma in scala su una foglia di pomodoro

Per ridurre la perdita di acqua le piante terrestri sono ricoperte da una cuticola cerosa. Gli scambi gassosi però, non avvengono direttamente attraverso la cuticola, ma attraverso gli stomi( piccole aperture regolate dalle cellule di guardia), quest'ultime favoriscono l'apertura degli stomi durante le ore di luce per far passare i gas e la loro chiusura durante le ore di buio o quando fa troppo caldo per evitare che l'acqua fuoriesca dalle piante per evaporazione.

Assorbimento delle sostanze nutritive

Radici, fusto e foglie sono organi distinti che servono ad assorbire le sostanze nutritive, che si possono trovare nel suolo (acqua e sali minerali) e nell'aria (luce e CO2). In particolare:

• Radici: ancorano la pianta al suolo e assorbono l'acqua e i sali minerali. L'assorbimento è favorito nei funghi, ad esempio, dalle micorrize (legami molto stretti instaurati con le radici.

• Foglie:assorbono la CO2 e la luce solare per garantire la fotosintesi. Le regioni dove avviene la divisione cellulare si chiamano meristemi apicali, localizzati all'estremità dei fusti e delle radici.Per poi garantire il trasporto delle sostanze e delle distribuzione degli zuccheri, alcune piante hanno sviluppato i tessuti vascolari(rete di cellule unite a formare tubicini che si diramano su tutta la pianta. Questi trasportano i sali minerali verso l'alto e i carboidrati verso il basso.Due esempi di tessuto vascolare sono: lo xilema, costituito da cellule morte e il floema, costituito da cellule vive.

• Fusto:organo della pianta con le pareti cellulari di alcuni tessuti (tra cui lo xilema), queste sono impregnate dalla lignina, che garantisce il sostegno alla pianta.

Riproduzione e dispersione

Granuli pollinici

Nelle piante non vascolari, come muschi e le felci, la produzione di gameti avviene nei gametangi (machili e femminili), questi sono un involucro protettivo dei gameti. La cellula uovo viene quindi fecondata nei gametangi da una cellula spermatica che nuota attraverso una pellicola d'acqua; per questo motivo, i muschi e le felci possono riprodursi in ambienti umidi.Al contrario, nelle conifere e piante con i fiori, i granuli pollinici (contenenti i gameti maschili) sono trasportati verso le cellule uovo dall'aria o dagli animali; perciò, non richiedono un ambiente umido.

Fonti utilizzate:

1. Yumpu "Caratteri e funzioni delle piante"

2.I.I.S Primo Levi "Il regno delle piante"

3. Libro Campell BIOLOGIA Concetti e collegamenti PLUS - Primo biennio

Tipi di piante =

Piante non vascolari

Con la comparsa delle prime piante sulla Terra (circa 475 milioni di anni fa), una prima diversificazione ha dato luogo alle “piante non vascolari” o “briofite”, queste comprendono muschi, epatiche e antocerote. Esse sono prive di radici, foglie, fusto e pareti cellulari lignificate. Per questi motivi si ammassano in densi “tappeti”, che sono spesso ricoperti da una pellicola d’acqua attraverso cui i gameti maschili nuotano verso le cellule uovo.

Muschio

Esse sono inoltre classificate in 3 gruppi:

• i muschi;
• gli Sfagni;
• le epatiche.

I muschi sono molto diffusi li possiamo trovare negli interstizi dei muri, nei vasi dei fiori nei giardini, sui terreni umidi, dove formano morbidi tappeti costituiti da tante piantine una vicino all’altra per trattenere meglio l’acqua.

Gli Sfagni rappresentano il gruppo più ridotto tra le briofite. Sono piante di questo tipo quelle che formano le grandi distese tipiche delle paludi, i cosiddetti sfagneti.

Le Epatiche sono invece le briofite meno conosciute; sono anch’esse delle piantine basse, talvolta fogliformi, che vivono nelle zone umide. 

Le piante vascolari senza semi

licopodi

Esse comparvero circa 425 milioni di anni fa, sono provviste di pareti cellulari indurite dalla lignina e per questo motivo i loro fusti restano eretti e riescono a crescere verticalmente (anche per una decina di metri). Queste piante comprendono:

• pteridofite (felci ed equiseti)

• podiofite (tra cui i licopodi)

Esse hanno inoltre bisogno di umidità per la fecondazione e si riproducono per mezzo di cellule che vengono trasportate dal vento, dette spore.

pistillo papavero con polline

Le piante vascolari con semi

Esse comparvero circa 360 milioni di anni fa, questo gruppo al giorno d’oggi comprende più del 90% delle specie vegetali, il suo grande sviluppo è dovuto dagli adattamenti come:                  

• i semi (formati da un embrione e da una riserva nutritiva, essi facilitano la dispersione degli embrioni)                         
• il polline (porta i precursori dei gameti maschili cellule uovo senza l’aiuto dell’acqua, grazie ad esso può percorrere lunghe distanze) 

Queste piante sono inoltre divise in 2 grandi gruppi ovvero: le Gimnosperme e le Angiosperme.

Le Gimnosperme

Abete

Le gimnosperme sono piante vascolari molto antiche, le prime ad evolvere la riproduzione mediante semi ma caratterizzate dall’essenza di un vero e proprio frutto. Il suo nome deriva dal greco e significa “a seme nudo”, poiché il seme di queste piante non è rivestito dall’ovaio. La riproduzione di esse è principalmente di tipo sessuato. L’impollinazione è di tipo Anemofilo, quindi il polline è affidato al vento, da qui la mancanza di veri e propri fiori. Esse erano presenti nell’era mesozoica, contemporaneamente ai dinosauri; i loro semi non vengono prodotti all’interno di comparti specializzati. Il clade più vasto è quello delle conifere, ovvero piante arboree che producono pigne (pini o abeti); altre gimnosperme meno note sono:   

• Il ginkgo (una pianta particolare con la foglia biloba);             

• Le cicadacee (piante molto antiche simili alle palme).

Le Angiosperme

Con il nome di angiosperme si indicano le piante provviste di fiori e capaci di formare i frutti; costituiscono il gruppo più numeroso delle piante vascolari con semi. Esse comparvero circa 140 milioni di anni fa, presentano dei fiori, che sono delle strutture riproduttive complesse, che producono semi in comparti specializzati. Il fiore delle angiosperme differisce dalle strutture di tipo fiorale possedute da alcune gimnosperme, per la presenza dell'ovario (un organo caratteristico delle angiosperme). La presenza di quest'organo comporta fondamentali modificazioni nei processi di impollinazione e di fecondazione, che possono avvenire grazie a particolari strutture morfologiche che sono assenti nelle gimnosperme. Il carpello, costituisce un organo particolare, la cui parte fondamentale è rappresentata dall'ovario, sormontato dallo stemma che la parte destinata a ricevere il polline. Infine il pistillo o i pistilli, formano l'apparato femminile, che prende il nome di gineceo.

Le principali linee evolutive del regno delle piante

• In tutte le piante sono presenti embrioni dipendenti dalla pianta madre                           
• I tessuti vascolari lignificati caratterizzano la linea evolutiva che ha dato origine a moltissime delle piante d’oggi                                                                    
• I semi sono comparsi nella linea evolutiva delle gimnosperme e delle angiosperme                  
• I fiori sono caratteristiche delle Angiosperme

Fonti

• LIBRO DI TESTO: Campbell Biologia. Concetti e collegamenti plus. Per il primo biennio.
• http://www.treccani.it/enciclopedia/briofite/
• https://www.chimica-online.it/biologia/gimnosperme.htm
• https://www.chimica-online.it/biologia/angiosperme.htm

Ciclo vitale gimnosperme

Le gimnosperme vengono classificate in 4 gruppi:                                                                                                                                       

• Le conifere;                                                                                                                                                                                       
• Le cicadee;                                                                                                                                                                                          
• Ginkgo ( di cui fa parte una sola specie, Ginkgo biloba);                                                                                                                  
• Le gnetofite.

cono femminile

Tutti gli stadi riproduttivi nelle piante con i semi sono contenuti nello sporofito che nelle gimnosperme (dal greco gymnos = nudo, e spermae = seme) viene chiamato cono (simile a un corto fusto con foglie ispessite). Ogni squama (o foglia) del cono contiene gli sporangi che producono le spore per la meiosi che, nelle piante con i semi, non vengono rilasciate ma danno origine ai gametofiti. I gametofiti producono gameti, che si uniscono per dare vita a un nuovo sporofito. Quindi: cono ⟶  squame ⟶  sporangi ⟶  spore ⟶  gametofiti ⟶  gameti ⟶  sporofito.  

Su un albero di pino si sviluppano due tipi di cono diversi:

• Coni maschili (detti pollinici), che producono gametofiti maschili (o granuli pollinici). Contengono molti sporangi in ogni squama, che producono altrettante spore aploidi per meiosi da cui si sviluppano i gametofiti. Una volta diventati maturi, i coni si aprono e liberano il polline contenente le cellule, che danno origine ai gameti maschili.
• Coni femminili (chiamati pigna), che producono gametofiti femminili. Contengono una coppia di ovuli in ogni squama e, ogni ovulo, contiene uno sporangio rivestito dal tegumento.

Impollinazione

L’impollinazione si verifica quando un granulo di polline riesce a penetrare all’interno di un ovulo attraverso una zona chiamata micropilo. Avvenuta l’impollinazione le squame si saldano tra loro per proteggere i gameti. Nell’ovulo una cellula progenitrice si divide per meiosi in quattro spore aploidi, di cui tre degenerano. La spora aploide sopravvissuta si divide per mitosi in otto nuclei e in sette cellule: cioè sei cellule con un nucleo e una cellula con due nuclei. Queste sette cellule formano il sacco embrionale, o gametofito femminile, che produce diverse cellule uovo. Ogni granulo pollinico giunto sul micropilo emette il tubetto pollinico e libera le cellule spermatiche vicino alla cellula uovo.                                                                                                                                      

L'impollinazione può avvenire in diversi modi:  

• Impollinazione anemogama: i granuli pollinici, piccoli e leggeri, sono trasportati in grande quantità dal vento finché raggiungono lo stimma di un fiore della stessa specie.                                                                                            
• Impollinazione idrogama: il polline è trasportato dall'acqua.                                                                                                                  
• Impollinazione zoogama: l'impollinazione è favorita dagli animali (piccoli uccelli, pipistrelli) che   trasportano il polline che rimane loro attaccato;                                                                                                                                                                   

• Impollinazione entomogama avviene per mezzo degli insetti, che, attratti dal profumo e dal nettare presente nel fiore, si ricoprono di polline che portano da un fiore all'altro.   

Nelle gimnosperme l'impollinazione è quasi esclusivamente anemogama, favorita da espansioni alari del granulo pollinico.

Fecondazione

La fecondazione avviene, solitamente, un anno dopo l’impollinazione. Tutte le cellule uovo vengono fecondate ma solo uno zigote si sviluppa originando un embrione di sporofito. L’ovulo matura e diventa un seme (in una pianta di pino, quest’ultimi, vengono liberati due anni dopo l’impollinazione ovvero quando le pigne aprono le squame). Ogni seme contiene al suo interno le 3 componenti: l’embrione di sporofito (2n), il tegumento (endosperma) che servirà da nutrimento per l’embrione, e dei tessuti di rivestimento.

Fonti

https://library.weschool.com/lezione/classificare-gimnosperme-conifere-ginkgo-ciclo-vitale-botanica-5637.html    

http://www.sapere.it/sapere/strumenti/studiafacile/biologia/Organizzazione-e-funzioni-degli-organismi/Le-funzioni-delle-piante-superiori/La-riproduzione.html            

Fiore

Angiosperma ermafrodite

Caratteristiche principali

Il fiore è la struttura delle piante da frutto (angiosperme) che al suo interno ospita gli organi riproduttivi dell’organismo. Ad ogni elemento del fiore corrisponde una precisa funzione. I fiori possono essere ermafroditi (stami e pistilli nello stesso fiore) o unisessuali (maschili o femminili). Nelle piante dioiche i fiori maschili e femminili sono portati su piante diverse, mentre in quelle monoiche sono entrambi presenti sulla stessa pianta.

Elementi esterni del fiore

Primo strato di petali dopo i tepali

Quattro tipologie di foglie trasformate (sporofilli) sono collocate alla base del fiore circolarmente, più precisamente nel ricettacolo. I sepali formano lo strato più esterno del cerchio (chiamato calice), sono in grado di svolgere la fotosintesi e hanno la funzione di proteggere la gemma fiorale. I sepali racchiudono lo strato più interno di petali e hanno funzione vessillare, cioè presentando colori più appariscenti, attirano gli animali impollinatori. Nel loro insieme i petali costituiscono la corolla. Quando non è possibile distinguere i sepali dai petali si parla di tepali. Sepali e petali sono le componenti sterili del fiore, mentre carpelli e stami quelle fertili.

Organi riproduttivi

Stimma/stigma

Gli organi addetti alla riproduzione sono, per la parte maschile, gli stami, chiamati anche androceo, mentre per la parte femminile i carpelli, chiamati anche pistilli o gineceo.

Il gineceo si sviluppa in tre parti: lo stilo si prolunga dall’ovario, che è situato alla base del pistillo e racchiude una cavità contenente gli ovuli dotati di uno sporangio che produce un gametofito femminile addetto allo sviluppo delle cellule uovo. L’apparato poi termina con un’estremità appiccicosa detta stimma, che può catturare il polline per la fecondazione. Ogni ovulo poi subirà una trasformazione per diventare seme e l’ovario diventerà un frutto della pianta.

L’androceo invece è costituito da filamenti che sostengono le antere, contenitori degli sporangi addetti alla produzione dei granuli di polline.

Ciclo vitale delle angiosperme

Ciò che si può osservare quando si guarda una pianta è uno sporofito che rappresenta la generazione dominante nelle angiosperme. Il gametofito si forma all'interno dei fiori, più precisamente quello maschile è costituito dal granulo pollinico mentre quello femminile si riconosce grazie al sacco embrionale che viene prodotto all'interno dell’ovulo.

Impollinazione e fecondazione

Un granulo pollinico è formato da 3 cellule aploidi: due cellule spermatiche e una che formerà il tubetto pollinico. La superficie appiccicosa dello stimma tratterrà poi il gametofito maschile. La germinazione della cellula del tubulo porterà alla formazione di un canale, il tubulo pollinico, capace entrare nell'ovulo e raggiungere la cellula uovo per dare inizio alla fecondazione.

Animale impollinatore preleva granuli di polline

I due nuclei spermatici non si uniranno entrambi alla cellula uovo, ma solo uno di essi porterà avanti il processo di fecondazione. L’altro andrà a unirsi con il gametofito femminile, formando quello che poi, maturando, diventerà l’endosperma. Questa doppia destinazione, che porterà alla duplice fecondazione da parte dei due nuclei spermatici, viene definita doppia fecondazione, ed è tipica del ciclo delle angiosperme.

Nelle antere del fiore avviene la meiosi che produrrà spore aploidi che subiranno la mitosi per formare gametofiti maschili. Nell'ovulo la meiosi invece produrrà una spora aploide che tramite mitosi darà origine ai pochi gametofiti femminili. A questo punto può avere inizio l’impollinazione ed in seguito la fecondazione della cellula uovo grazie all'allungamento del tubetto pollinico che formerà poi uno zigote.

Formazione seme e frutto

frutto

Da ogni ovulo avverrà lo sviluppo in un seme formato dal nuovo sporofito sotto forma di embrione con intorno una riserva nutritiva ed un tegumento protettivo. Durante lo sviluppo dei semi avrà inizio la formazione del frutto che li racchiuderà e ne faciliterà la dispersione. In caso di condizioni favorevoli il seme germinerà e parallelamente crescerà l’embrione fino all’inizio della fotosintesi. Viene così completato il ciclo vitale.

Gli adattamenti fondamentali e caratteristici delle angiosperme sono:

• fiori capaci di attirare gli animali impollinatori
• capacità di riprodursi rapidamente (in poche settimane)

Alternanza di generazioni

Differenza tra esseri umani e piante

A differenza degli esseri umani e degli animali le piante presentano cicli vitali molto diversi.

Il motivo di questa differenza è che gli esseri umani e la maggior parte degli animali sono individui diploidi (2n), cioè individui che ricevono un set cromosomico da entrambi i genitori, e gli unici stadi aploidi (n) sono i gameti, cioè gli spermatozoi e le cellule uovo.

La differenza è che le piante si riproducono alternando una generazione a riproduzione sessuata e una generazione a riproduzione asessuata.

La riproduzione sessuata

La riproduzione sessuata avviene attraverso 2 cellule sessuali, una maschile e una femminile, chiamate gameti; a questo punto dopo la fecondazione di una cellula uovo da parte di uno spermatozoo si forma lo zigote che poi si svilupperà per mitosi.

Riproduzione sessuata

La riproduzione asessuata

A questo punto la nuova pianta si riproduce a sua volta ma attraverso una riproduzione asessuata, cioè che non produce gameti ma spore, la spora è una cellula che può svilupparsi in un nuovo organismo senza fondersi con un'altra cellula.

La spore

Dunque si ha sempre l'alternanza di una generazione di piante che producono gameti, chiamate gametofiti, a riproduzione sessuata e una generazione di piante che producono spore, chiamate sporofiti.

L'alternanza di generazione

L'alternanza di generazione è diversa in ogni gruppo di piante:

• Nelle briofite prevale il gametofito, che rappresenta la vera pianta.
• Nelle felci, a differenza delle briofite, la vera pianta è lo sporofito.
• Nelle spermatofite il gametofito è ridotto a poche cellule, che rimangono incorporate nello sporofito, che è la vera pianta.

Infine nel ciclo vitale delle piante la generazione aploide (cellula con un set cromosomico completo) e quella diploide (cellula con 2 copie di ciascun cromosoma) si alternano dandosi origine a vicenda.

Voci correlate

• Gametofito
  
• Sporofito
• Spore

Il ciclo vitale delle piante

Il ciclo vitale delle piante avviene in 4 'passaggi':

1. Il gametofito produce i gameti aploidi per mitosi.
2. Il gamete maschile e femminile si fondono e lo zigote si divide per mitosi e da 'vita' ad un sporofito pluricellulare.
3. Lo sporofito produce le spore aploidi per meiosi.
4. La spora si divide per mitosi e si sviluppa in un gametofito pluricellulare.

Il ciclo vitale del muschio

Nel muschio e in tutte le piante non vascolare il gametofito è lo stadio principale e dura molto di più.

Il ciclo vitale del muschio avviene in 6 'passaggi':

1. Il gametangio (struttura pluricellulare riproduttiva che protegge e racchiude i gameti di una pianta) maschile (anteridi) produce le cellule spermatiche (spermatozoidi).
2. Il gametangio (archegoni) femminile produce le cellule uovo.
3. Una cellula spermatica feconda una cellula uovo formando lo zigote.
4. Lo zigote si divide per mitosi e si sviluppa nello sporofito pluricellulare.
5. Nello sporangio lo sporofito produce le spore per meiosi.
6. Una spora si divide per mitosi e si sviluppa in un gametofito pluricellulare.

Il muschio

FONTI :

• https://online.scuola.zanichelli.it/barbonescienzeterravita/files/2010/01/APP_SV_C09.pdf
• https://www.chimica-online.it/biologia/cellula-aploide-cellula-diploide.htm
• Campbell Biologia concetti e collegamenti di Reece,Taylor, Simon, Dickey (p. 166)