La riproduzione nelle piante
PREMESSE:
1.
la capacità di riprodursi e fare una progenie numerosa è
fondamentale per ogni organismo vivente.
2.
Le piante si riproducono per via sessuata con modalità
essenzialmente simili a quelle degli animali superiori
3.
Le piante hanno però più variazioni nel meccanismo di
riproduzione sessuata.
4.
Le piante usano frequentemente anche la clonazione (non utilizzata
dagli animali superiori).
Le piante si riproducono:
1. Per via sessuata: organi sessuali maschili e femminili
(ricombinazione del materiale genetico)
1. Per via asessuata: spore, talea, propaggine,cellula
singola, protoplasto
(patrimonio genetico inalterato)
Ma anche nella riproduzione sessuata vi sono differenze
importanti tra animali e piante:
• Nell’animale superiore la linea germinativa si differenzia
precocemente;
• Nelle piante si differenzia continuamente da tessuti somatici
(nei rami, nelle talee, nei fusti. Anche in piante di mille anni
(es.: olivo)
Inoltre gli organi maschili e
femminili possono essere:
1. Sulla stessa pianta (pianta monoica) o su piante diverse (piante
dioiche. Es.: pioppo, asparago).
2. Se sulla stessa pianta, possono essere: nello stesso fiore (es.:
tabacco, riso, pomodoro) o in fiori diversi (es.: mais).
3. Se gli organi sessuali sono presenti nello stesso fiore, la
fecondazione (impollinazione) può essere: auto-impollinazione
(es.: riso, pomodoro) o etero-impollinazione.
QUINDI:
• ogni specie vegetale (o anche varietà della stessa specie) decide
com’è meglio riprodursi.
• Si riproduce anche con modalità diverse in tempi e condizioni
diverse !
Perché le piante superiori si
riproducono in modi così diversi ?
Perché non sono in grado di spostarsi come gli animali. Non
possono cercare condizioni favorevoli e costanti. Devono
adattarsi alle condizioni dell’ambiente in cui si trovano.
IN PRINCIPIO:
Se le condizioni ambientali sono costanti: per le piante è più
vantaggiosa la clonazione (stesse condizioni —› stesso
genotipo);
Se le condizioni ambientali sono variate (comparsa dio parassiti,
siccità, basse temperature, ecc.): per le piante è più vantaggioso
ricombinare i caratteri ereditari.
Il caso della violetta
•
Le violette si riproducono sia sessualmente
(con ricombinazione dei caratteri) che
vegetativamente (nessuna ricombinazione).
SESSUALMENTE
1.
I fiori più grandi (in alto) vengono
impollinati dagli insetti (impollinazione
incrociata); i semi sono dispersi lontano, dal
vento e dall’acqua.
2.
I fiori più piccoli (in basso) non si aprono
mai e attuano l’auto-impollinazione.I semi,
con corredo genetico simile a quello della
pianta che li origina cadono e germinano
vicino alla pianta madre.
VEGETATIVAMENTE
3.
I fusti striscianti orizzontalmente (rizomi o
stoloni possono dare origine a nuove pian te
geneticamente identiche alla pianta madre.
La fragola, il kalankoe
Dalla aploidia alla diploidia
La diploidia è un’invenzione recente dell’evoluzione
• Gli organismi primitivi (procarioti) erano aploidi (n° di
cromosomi = n).
• Le piante superiori, come gli animali, sono diploidi (numero di
cromosomi = 2n). Anzi, spesso le piante, ma non gli animali,
sono poliploidi (4n, 6n o anche 48n nella Poa lituosa).
• Ma non si ha passaggio esclusivo ad una situazione diploide !
Tutti gli organsmi diploidi passano attraverso una fase aploide. In
effetti, oggi, in tutti gli organismi animali e vegetali si alternano
una generazione aploide ed una diploide
Aploidia/diploidia nell’evoluzione
Dalle prime forme di vita ad oggi si osserva :
Aploide
—› batteri
Diploide (con prevalenza della generazione aploide) —› funghi, protisti,
briofite
Diploide (con aploide ridotto a poche cellule)
—› piante superiori
Diploide (con aploide ridotto ad una cellula)
—› animali
La riproduzione
nel batterio
La
riproduzione
nella cellula
eucariote
Il ruolo del
centromero nella
riproduzione del
cromosoma
La riproduzione nella cellula
eucariote
La
riproduzione
cellulare in
un apice
radicale
La divisione cellulare
Da una a due cellule vegetali
Perché la diploidia ?
Quali vantaggi ?
La diploidia permette la ricombinazione degli alleli.
Ciò accelera il “flusso genico”, ossia il movimento di geni tra
organismi sessualmente compatibili.
Ciò rende possibile l’adattamento a nuovi ambienti o a mutate
condizioni nello stesso ambiente.
Il DNA dei batteri non è in duplice copia. Tuttavia, anche se non
esiste un mezzo così efficiente come la meiosi, i batteri
posseggono parecchi mezzi per effettuare la ricombinazione
genetica: una porzione del materiale genetico dei batteri può
essere trasferita da una cellula all’altra.
Poliploidia
nelle piante
Si ha naturalmente o
per induzione con
colchicina
La
meiosi:
da una cellula
diploide (2n)
a
4 cellule
aploidi
(n)
La distribuzione dei nuovi cromosomi
nellle cellule figlie
La fecondazione
Il ciclo aploidediploide
Gametofito
(n)
Sporofito
(2n)
Sporofito e Gametofito
1. La generazione aploide è detta gametofito
2. La generazione diploide è detta sporofito
1. Il gametofito dà origine ai gameti
2. Lo sporofito dà origine alle spore
I diversi cicli vitali oggi riscontrati
nel mondo vivente
Meiosi zigotica
Meiosi gametica
I questi schemi, la fase aploide
del ciclo è al di sopra della linea
orizzontale, l’aploide al di sotto.
Le 4 frecce bianche indicano il
prodotto della meiosi. La singola
freccia bianca è la cellula uovo
Meiosi fecondata
sporica
Meiosi zigotica
(in alcune alghe)
1.
Lo zigote (2n) si divide meioticamente,
2.
Forma 4 cellule aploidi (n),
3.
Queste si dividono mitoticamente e
formano 4 cellule aploidi,
4.
Le cellule aploidi si dividono e formano
individui aploidi (gametofiti),
5.
I gametofiti originano gameti,
6.
I gameti si fondono nello zigote (2n)
Quindi, nella meiosi
zigotica è visivamente
preponderante la
generazione aploide
(n)
(2n)
Meiosi gametica
(in animali superiori, alcuni protisti, alga bruna Fucus)
1.
Lo zigote (2n) si divide mitoticamente
e forma un individuo diploide (o
maschio e femmina) (sporofito),
2.
Lo sporofito produce gameti aploidi
(n),
3.
Gameti maschili e femminili (o + e –
negli organismi inferiori), si fondono
subito e danno origine allo sporofito
(2n).
E’ il metodo di
riproduzione usato
dall’uomo
Meiosi sporica
(in piante e in alcune alghe)
1. Lo sporofito (2n) produce 4
spore aploidi,
2. Le spore vanno incontro a
divisioni mitotiche producendo
individui pluricellulari aploidi
(gametifiti),
3. I gametofiti producono gameti
che si fondon a due per due per
produrre zigoti (2n).
4. Per mitosi, gli zigoti si
differenziano in individui (2n)
• In questo ciclo si
ha alternanza di
generazioni.
• Le dimensioni dello
sporifito e del
gametofito variano.
L’evoluzione dell’alternanza di generazioni (1)
I primi organismi eucarioti furono probabilmente aploidi e asessuati.
Successivamente, l’evoluzione “inventò” la diploidia
Eventi nell’evoluzione (?):
• Due cellule eucarioti aploidi si fusero e misero in comune i loro cromosomi.
Presumibilmente lo zigote si divise subito, ricostituendo l’aploide. Negli
organismi che oggi hanno mantenuto questo ciclo vitale, lo zigote è l’unica
cellula diploide.
• Per un caso, verificatosi in alcune linee evolutive, questi zigoti si divisero
mitoticamente e non per meiosi. Risultato: organismi costituiti da cellule
diploidi. La meiosi venne rimandata nel ciclo. E’ il caso degli animali e delle
piante superiori.
• Negli animali, la meiosi ritardata porta alla formazione di gameti (detti oociti e
spermatozoi) che subito si fondono e riformano il diploide. Pertanto negli
animali i gameti rappresentano le unche cellule aploidi.
• Nelle piante superiori la meiosi produce individui che si dividono per mitosi
dando origine a individui pluricellulari aploidi.
L’evoluzione dell’alternanza di generazioni
• Inizialmente i gameti dovevano essere identici (isogamia). Poi, in seguito
a mutazioni, si differenziarono. Oggi, negli animali, si riconosco gameti
differenziato maschili e femminili (anisogamia) prodotti da sporofiti
maschili e femminili). Quando il gamete femminile non è flagellato, si parla
di Oogamia. Ciò è vero anche per le piante superiori, ma non per tutte.
Glossario
Gameti: sono cellule (n) il cui unico destino è
l’unione con un altro gamete (fecondazione)
per sviluppare un individuo 2n.
Spore: sono cellule che si dividono per mitosi
dando luogo a individui pluricellulari (n)
La riproduzione nelle piante superiori
1. In definitiva: nelle piante superiori la riproduzione è
prevalentemente sessuale, con cicli vitali in cui si alternano
generazioni aploidi (gametofito) e diploidi (sporofito).
2. La generazione aploide si è ridotta in dimensioni (rispetto alla
diploide) dalle Briophyta alle piante più moderne.