Riproduzione delle Piante e Cicli Vitali Vegetali

La riproduzione sessuale nelle piante

Le piante sono caratterizzate da un ciclo di alternanza diploaplonte con due generazioni: lo sporofito (diploide, produttore di spore asessuali) e il gametofito (aploide, produttore di gameti per la riproduzione sessuale).

Ciclo delle Briofite

Sono piante come muschi ed epatiche che vivono sulla terra, ma hanno bisogno di ambienti con elevata umidità per completare il loro ciclo di vita. Sono piante semplici, sia nella morfologia che nell'anatomia e nella funzione.

Delle due fasi, la più evidente è il gametofito (n), che consiste in una piantina formata da rizoidi, cauloidi e filloidi. Al termine dei cauloidi si differenziano gli organi sessuali che formano i gameti per mitosi, i quali possono essere:

• Archegoni: sono i gametangi femminili. Contengono il gamete femminile chiamato oosfera.
• Anteridi: sono i gametangi maschili. I gameti maschili sono mobili, dotati di flagelli e sono conosciuti come anterozoidi.

L'acqua dell'ambiente permette l'arrivo degli anterozoidi all'archegonio, dove avviene la fecondazione. Lo zigote diploide, derivante dalla fecondazione, germina e sviluppa lo sporofito (2n). Questo è attaccato al gametofito e consiste in un sottile piede che termina con una capsula (lo sporangio), dove si formano le spore aploidi per meiosi. Le spore germinano formando una struttura filamentosa chiamata protonema, composta da poche cellule, che si fissa al substrato e sviluppa il gametofito. In questo ciclo, la fase del gametofito domina su quella dello sporofito, che è più piccolo e vive a spese del gametofito.

Ciclo delle Pteridofite

Le Pteridofite sono piante più evolute delle briofite; hanno radici, steli e foglie, oltre a tessuti conduttori, ma necessitano di vivere in luoghi umidi. Le felci sono piante Pteridofite. Hanno un ciclo diploaplonte in cui la fase aploide o gametofito è notevolmente ridotta, mentre lo sporofito è la fase dominante.

Lo sporofito diploide è la pianta di felce che vediamo in natura, con radici, fusto e foglie chiamate fronde. Nella parte inferiore delle fronde sono disposti gli sporangi, raggruppati in strutture chiamate sori. All'interno degli sporangi si formano le spore per meiosi. Le spore aploidi, cadendo a terra in condizioni ideali, germinano in un piccolo gametofito aploide chiamato protallo. Nella parte inferiore del protallo si formano i gametangi. Gli anteridi producono anterozoidi con numerosi flagelli, mentre gli archegoni contengono un'oosfera.

Grazie all'umidità e all'acqua, gli anterozoidi possono raggiungere l'archegonio e l'oosfera per la fecondazione. Dalla fusione dei gameti si forma uno zigote diploide e, dopo successive mitosi, si sviluppa un piccolo embrione. Nelle fasi iniziali, l'embrione vive a spese del protallo finché non si sviluppa in uno sporofito giovane. Lo sporofito cresce e dà origine a una felce adulta, dove avverrà nuovamente la meiosi delle spore.

Riproduzione delle Spermatofite

Gli adattamenti hanno permesso alle Spermatofite di colonizzare tutti gli habitat terrestri. Questi adattamenti includono la fecondazione indipendente dall'acqua, la formazione dei semi e le strutture di dispersione.

Le Spermatofite hanno un ciclo diploaplonte con un gametofito molto piccolo che si sviluppa a spese dello sporofito. All'interno di questo gruppo si trovano le Gimnosperme e le Angiosperme.

Ciclo di vita delle Gimnosperme

I pini sono Gimnosperme. In queste piante, l'albero rappresenta lo sporofito, che possiede strutture riproduttive chiamate coni o strobili, i quali producono spore.

I coni sono fatti di foglie modificate chiamate squame o brattee, disposte intorno a un asse. Alcune Gimnosperme possono essere unisessuali o dioiche. I coni maschili hanno squame alla base con due sacche polliniche dove vengono prodotte, per meiosi, le microspore che si trasformano in granuli di polline (gametofito maschile). Una delle cellule del polline si divide per mitosi producendo i gameti maschili.

I coni femminili sono costituiti da brattee su una squama seminifera. All'interno si forma il gametofito femminile, che contiene due o tre archegoni, ognuno con una cellula uovo o oosfera. La fecondazione inizia quando il granulo di polline forma un tubetto pollinico che raggiunge l'archegonio, permettendo l'unione dello spermatozoo con l'oosfera e dando origine a uno zigote diploide. Dallo zigote si forma l'embrione, circondato dall'endosperma. Durante il processo, i coni femminili diventano legnosi e sono chiamati pigne. Quando i semi sono maturi, la pigna si apre e li libera; cadendo a terra, germinano dando origine allo sporofito adulto.

Ciclo di vita delle Gimnosperme (Approfondimento)

I pini sono Gimnosperme. In queste piante, l'albero rappresenta lo sporofito, che ha strutture riproduttive chiamate coni o strobili, che producono spore. I coni sono fatti di foglie modificate chiamate squame o brattee, disposti intorno ad un asse. Alcune gimnosperme potrebbero essere unisessuali o dioiche, avendo un solo tipo di coni nello stesso individuo.

I coni maschili hanno squame alla base di due sacche polliniche, prodotte per meiosi, che trasformano le microspore in granuli di polline o gametofito maschile. Una delle cellule che compongono i granelli di polline si divide per mitosi e produce i gameti maschili. I coni femminili sono costituiti da brattee su una squama seminifera. All'interno si trova il punto in cui si forma il gametofito femminile, che contiene due o tre archegoni, ognuno con una cellula uovo o oosfera.

La fecondazione ha inizio quando il granulo di polline forma un tubetto pollinico che raggiunge l'archegonio, producendo l'unione di uno spermatozoo con l'oosfera, dando origine a uno zigote diploide. Lo zigote forma l'embrione, circondato da endosperma. Durante la fecondazione, i coni femminili diventano legnosi e sono chiamati pigne. Quando i semi maturano, la pigna si apre e li libera, permettendo loro di cadere a terra e germinare per dare luogo allo sporofito adulto.

Angiosperme: Morfologia del fiore

I fiori sono completi e possiedono il perianzio. Il fiore è composto da foglie modificate disposte in verticilli sul ricettacolo floreale. Dall'esterno verso l'interno troviamo:

• Calice: formato dai sepali, foglie verdi leggermente modificate.
• Corolla: composta dai petali, foglie dai vari colori. L'insieme di calice e corolla è chiamato perianzio.
• Androceo: composto dagli stami. Ogni stame è costituito da un filamento e un'antera, che contiene le sacche polliniche produttrici di polline.
• Gineceo: situato al centro, è composto dai carpelli. Ogni carpello ha un ovario sormontato dallo stigma.

Formazione del gametofito nelle Angiosperme

• Gametofito maschile: il granulo pollinico germinato. Al suo interno ci sono due nuclei: il nucleo vegetativo e il nucleo generativo. Quest'ultimo si divide per formare due nuclei spermatici.
• Gametofito femminile: il sacco embrionale. Le cellule staminali delle megaspore si dividono per meiosi dando luogo a 4 cellule; 3 degenerano e solo una rimane come megaspora aploide, da cui si formerà il sacco embrionale.

Doppia fecondazione nelle Angiosperme

La fecondazione avviene quando il tubetto pollinico raggiunge l'ovario e penetra nel gametofito femminile, rilasciando due gameti maschili: uno si unisce all'oosfera per formare lo zigote diploide (da cui l'embrione), l'altro si unisce ai due nuclei polari formando un nucleo triploide da cui deriva l'endosperma.

Seme e frutto nelle Angiosperme

I semi rappresentano la principale forma di dispersione delle Spermatofite. Il loro successo rispetto alle spore è dovuto a tre motivi:

• Il seme contiene un embrione multicellulare, mentre le spore sono unicellulari.
• Il seme contiene endosperma (tessuto nutritivo), mentre le spore hanno scarse riserve.
• I semi sono protetti da tegumenti, mentre le spore hanno poca protezione.

Morfologia del frutto

Deriva dal tessuto del carpello che si sviluppa dopo la fecondazione. Consiste in uno o più semi circondati dal pericarpo (parete dell'ovario sviluppata). Il pericarpo ha tre strati: epicarpo (esterno), mesocarpo (intermedio) ed endocarpo (interno).

Tipi di germinazione

• Epigea: i cotiledoni e l'apice del fusto emergono sopra il suolo.
• Ipogea: i cotiledoni rimangono sotto terra all'interno dei tegumenti.

I fattori che influenzano la germinazione sono: disponibilità di acqua, gas, temperatura e vitalità del seme.