La struttura e le funzioni dei fiori

L’organo riproduttivo femminile: il carpello

Le parti femminili di un fiore consistono in un ovario, che contiene uno o più ovuli, uno stilo e lo stigma. L’ovario si trova alla base del fiore.

Dall’ovario, si estende una struttura tubolare chiamata stilo e sulla cima dello stilo è una superficie ricettiva al polline chiamata stigma.

Lo stigma può assumere molte forme diverse, la maggior parte delle quali progettate per aiutare ad intrappolare il polline. Ci sono molte variazioni su questo tema strutturale di base.

Dopo la fecondazione l’ovulo diventa il seme e l’ovario diventa il frutto.

L’organo riproduttivo maschile: lo stame

La parte maschile di un fiore consiste in uno o più stami. Ogni stame è composto da antere accoppiate (sacche contenenti polline) su un filamento o gambo.

Le antere sono le strutture arancioni/gialle che spesso si vedono al centro di un fiore.

Il polline dalle antere di un fiore viene trasferito allo stigma di un altro fiore di solito o dal vento, o da animali, specialmente insetti.

Petali, Corolla, Sepali, Calice

Le strutture riproduttive nelle piante superiori sono contenute nei fiori. I fiori hanno più di un petalo, e i petali del fiore sono chiamati collettivamente corolla. Un bocciolo di fiore è protetto da strutture a foglia verde chiamate sepali. Collettivamente, tutti i sepali formano il calice.

La corolla o i petali sono spesso colorati vivacemente con marcature attraenti per gli insetti. I fiori possono anche essere profumati. Per esempio, Honeysuckle ha fiori vistosi e attraenti che attraggono gli insetti di giorno. Tuttavia, al buio, il loro spettacolo colorato non è molto utile, e il loro profumo inebriante aiuta ad attirare le falene che volano di notte.

Nelle piante impollinate dagli insetti, ci sono di solito anche nettari che secernono nettare zuccherino, situati all’interno del fiore. Questi forniscono un incentivo agli insetti per visitare i fiori. Nella ricerca del nettare, gli insetti spesso ottengono grani di polline catturati sui loro corpi. Questo può poi spazzolare via sullo stigma del prossimo fiore visitato e in questo modo i fiori vengono impollinati.
Il ricettacolo è il luogo sullo stelo dove gli organi floreali hanno origine e si attaccano.

Formazione delle cellule sessuali

Le cellule sessuali della pianta da fiore sono chiamate gameti. Ci sono sia gameti maschili che femminili, quindi il fiore si riproduce sessualmente.

Formazione del polline: Sviluppo di un granello di polline all’interno della sacca pollinica di un’antera:

Una sezione trasversale dell’antera in sviluppo mostra quattro camere. Queste camere sono chiamate sacche polliniche (vedi illustrazione superiore). Ogni sacco pollinico è pieno di cellule contenenti grandi nuclei. Mentre l’antera cresce, ciascuna di queste cellule passa attraverso due divisioni meiotiche, formando una tetrade. Queste cellule sono chiamate microspore. Ognuna di queste microspore alla fine diventa un granello di polline. Ogni sacco pollinico è racchiuso da un’epidermide protettiva e da uno strato fibroso. All’interno dello strato fibroso c’è il tapetum. Questo è una riserva di cibo e fornirà energia per le future divisioni cellulari.

Ogni granello di polline è circondato da una dura parete protettiva chiamata esina. Questo è un rivestimento resistente che permette al granello di polline di sopravvivere a condizioni difficili per lunghi periodi di tempo. L’intine è un altro sottile rivestimento protettivo.

Prima, ogni nucleo si divide per mitosi per diventare due nuclei. Uno è il nucleo tubolare. L’altro è un nucleo generativo. La parete della cellula si ispessisce per proteggere il granello di polline in via di sviluppo. Quando l’antera matura, la parete tra i sacchi pollinici accoppiati scompare. I sacchi pollinici si aprono e i grani pollinici maturi sono pronti per la dispersione.

Sviluppo del sacco embrionale

Ogni ovario contiene uno o più ovuli. La struttura verde in cima al diagramma è l’ovulo. I tegumenti sono le 2 pareti dell’ovulo. C’è una piccola apertura nelle pareti chiamata micropilo. È qui che entrerà il tubo di polline. (Il nucello è costituito da cellule che forniscono il nutrimento per la crescita dell’ovulo. Il sacco embrionale, noto anche come megaspora, si divide per meiosi per formare 4 cellule aploidi. Tre di queste cellule degenerano e una rimane. Solo una megaspora sopravvive in ogni ovulo. Questa diventa il sacco embrionale. Il nucleo aploide della megaspora superstite subisce tre divisioni mitotiche. Ora sono presenti otto nuclei aploidi. All’interno della megaspora rigonfia, si formano sei cellule aploidi e due nuclei polari. L’intera struttura è chiamata sacco embrionale. Una delle cellule vicino all’estremità del micropilo dell’ovulo è il gamete femminile aploide (cellula uovo).

Il carpello con un sacco embrionale maturo apparirà come mostrato sotto:

Pollinazione

L’impollinazione è il trasferimento del polline (gamete maschile) dall’antera ad uno stigma. Impollinazione incrociata: il polline viene trasferito allo stigma di un’altra pianta. Aumenta la variazione genetica, popolazione più resistente ai cambiamenti ambientali.

Autoimpollinazione: polline trasferito allo stigma dello stesso fiore o di un fiore della stessa pianta. Garantisce la riproduzione se l’agente impollinatore è assente o non efficiente.

L’impollinazione può essere effettuata dal vento o da animali. Gli insetti sono gli animali più comuni che impollineranno un carpello.

Le relazioni più sofisticate tra piante e insetti sono generalmente quelle che coinvolgono le api. Le api raccolgono polline e nettare non solo per se stesse ma anche per nutrire i loro piccoli. Per questo motivo le api hanno sviluppato una serie di adattamenti che le rendono particolarmente buone portatrici di polline. Le api hanno peli speciali che sono disposti in modo da formare dei “cesti” di polline sulle loro zampe posteriori e sulla parte inferiore del loro addome. Questi adattamenti permettono loro di raccogliere e trasportare grandi volumi di polline. Le api sono impollinatori ideali perché visitano molti fiori trasportando molto polline, prima di tornare al loro nido. Quindi la possibilità che un’ape trasferisca il polline tra fiori della stessa specie è molto alta.

Molti insetti mangiano il polline. Nel processo di mangiare si ricoprono di esso. L’impollinazione avviene quando l’alimentatore di polline trasferisce il polline ai ricevitori di polline della stessa pianta, o di un’altra pianta della stessa specie, mentre l’insetto cerca più polline da mangiare.

Fecondazione

La fecondazione è l’unione dei gameti maschile e femminile per formare uno zigote. Poiché i gameti maschili e femminili sono aploidi (n) quando i due si uniscono lo zigote è diploide (2n).

La fecondazione inizia quando un granello di polline atterra sullo stigma. Il granello di polline poi germina formando un tubo di polline. Il nucleo del tubo controlla la crescita del tubo pollinico. Il tubo pollinico è un esempio di chemotropismo poiché sta crescendo verso le sostanze chimiche prodotte dall’ovulo. Il nucleo generativo viaggia lungo il tubo pollinico. Subisce la mitosi formando due nuclei di gameti maschili aploidi. Il tubo pollinico entra nell’ovulo attraverso il micropilo. I due nuclei del gamete maschile vengono rilasciati nel sacco embrionale. Il nucleo del tubo si disintegra.

Doppia fecondazione

Siccome ci sono 2 nuclei di spermatozoi che hanno raggiunto il sacco embrionale entrambi i nuclei si fonderanno con i gameti femminili. Un nucleo di spermatozoo si fonderà con la cellula uovo per formare lo zigote (2n) mentre l’altro nucleo di spermatozoo si fonde con i 2 nuclei polari nel sacco embrionale per formare un nucleo di endosperma (3n).

Formazione del seme

Il fertilizzato diventa il seme. I tegumenti diventano la parete del seme chiamata testa. Il micropilo si chiude. Il nucleo dell’endosperma porta alla formazione dell’endosperma triploide, un tessuto alimentare. Lo zigote diploide, per mitosi, si sviluppa in un embrione vegetale. L’embrione in via di sviluppo trae nutrimento dall’endosperma. L’embrione cessa il suo sviluppo e diventa dormiente. L’ovulo diventa un seme, che contiene un embrione vegetale dormiente, una riserva di cibo e il mantello protettivo chiamato testa.

L’embrione

L’embrione è composto dalla radichetta o futura radice e dal plumulo o futuro germoglio. Le cellule dell’endosperma si dividono molte volte e assorbono il nucello. Questo è il nutrimento (principalmente grassi, oli e amido) per l’embrione.

Ci sono 2 tipi di semi. Alcuni sono endospermici mentre altri sono non endospermici. Nei semi endospermici la riserva alimentare è l’endosperma, che si trova al di fuori dell’embrione della pianta. Esempi di questo tipo di semi sono il mais e il grano. I semi non endospermici hanno una riserva alimentare all’interno del cotiledone (o dei cotiledoni) dell’embrione della pianta. Questo si verifica nelle fave.

Monocot e Dicot

Le Monocot hanno un cotiledone nel seme mentre le dicot hanno due cotiledoni. I cotiledoni sono riserve di cibo per la giovane pianta dopo la germinazione dal suolo. Essa utilizza queste riserve alimentari fino a quando non è in grado di produrre il proprio cibo. Nelle monocotiledoni il cibo è assorbito dall’endosperma mentre nelle dicotiledoni il cibo è immagazzinato nei cotiledoni.

Monocot:

Dicot:

Sviluppo dei frutti

L’ovario diventa un frutto. La parete dell’ovario diventa la parete del frutto chiamato pericarpo. Il frutto protegge i semi in via di sviluppo e gioca un ruolo importante nella dispersione dei semi. Questo processo è controllato dalle auxine prodotte dai semi. Una volta che il frutto si forma, il resto delle parti del fiore muoiono e cadono.

Frutto e dispersione dei semi

La dispersione dei semi è la dispersione della prole lontano da ogni altro e dalla pianta madre. Come risultato della dispersione c’è una migliore possibilità di successo, riducendo la competizione e il sovraffollamento. La dispersione permette anche la colonizzazione di nuovi habitat adatti e quindi c’è una maggiore possibilità di sopravvivenza della specie.

Metodi di dispersione dei semi:

Vento: I semi delle piante disperse dal vento sono semi leggeri. Hanno un’alta resistenza all’aria, quindi possono essere trasportati lontano dalla pianta madre.

Dispersione in acqua:

I frutti che galleggiano come quelli della ninfea e della palma da cocco sono trasportati dall’acqua. Le noci di cocco possono viaggiare per migliaia di chilometri attraverso i mari e gli oceani.

Le palme da cocco originarie delle isole dei mari del sud sono cresciute da frutti che sono stati portati lì dalla terraferma dalle correnti oceaniche.

Dispersione animale:

Alcune piante hanno frutti succosi che gli animali amano mangiare.

L’animale mangia il frutto ma solo la parte succosa viene digerita.
I noccioli e i semi passano attraverso il sistema digestivo dell’animale e vengono escreti per formare nuove piante. Questo può essere molto lontano dalla pianta madre. I semi di mora, ciliegia e mela sono dispersi in questo modo.

Anche agli uccelli piace mangiare la frutta e aiutano a disperdere i semi in altre aree attraverso i loro escrementi.

Il vischio ha frutti appiccicosi che sono attraenti per gli uccelli. I semi appiccicosi si attaccano al becco degli uccelli. Essi poi strofinano il becco sulla corteccia degli alberi. I semi appiccicosi vengono lasciati sulla corteccia per crescere in nuove piante di vischio – il vischio è una pianta parassita.

Gli scoiattoli raccolgono noci come le ghiande e le seppelliscono per il cibo invernale, ma spesso dimenticano dove le hanno seppellite e queste crescono in nuovi alberi.

Alcuni frutti come quello della bardana hanno semi con uncini. Questi si impigliano nella pelliccia degli animali e vengono portati via.

Autodisseminazione: Alcune piante hanno baccelli che esplodono quando sono maturi e sparano fuori i semi. Lupini, ginestre e ginestre spargono i loro semi in questo modo. Anche le piante di piselli e fagioli tengono i loro semi in un baccello. Quando i semi sono maturi e il baccello si è seccato, il baccello scoppia e i piselli e i fagioli vengono sparsi.

Dormienza

La dormienza è un periodo di inattività. C’è pochissima attività cellulare e nessuna crescita. Una o molte delle seguenti ragioni portano alla dormienza:

Auxine che inibiscono la crescita- Inibitori della crescita

Il testa è impermeabile all’acqua e all’ossigeno- Il testa alla fine si romperà e permetterà all’acqua e all’ossigeno di entrare nel seme.

Il tegumento può essere troppo duro perché l’embrione possa germinare.

Un’auxina (regolatore della crescita) può essere assente finché non si sviluppano condizioni ambientali adatte.

Germinazione

L’embrione germinerà dal seme se sono presenti le condizioni ambientali adeguate. Quando ciò avviene, l’embrione riprende la sua crescita.

Perché la germinazione avvenga devono essere presenti le seguenti condizioni:
Deve essere presente l’acqua. Questo permette al seme di gonfiarsi e agli enzimi di funzionare.
L’ossigeno deve essere presente nel suolo.
La temperatura deve essere adatta alla specie di pianta. Le temperature adatte sono di solito tra i 5-30 gradi Celsius a seconda della specie.
Il periodo di dormienza deve essere completo.
Alcuni semi hanno bisogno di luce e altri di oscurità.

Eventi della germinazione

Quando la germinazione inizia, la prima cosa che accade è che l’acqua viene assorbita dal seme attraverso il micropilo e attraverso il testa.

Gli enzimi nel terreno ora digeriscono gli alimenti immagazzinati nei semi:
Gli oli diventano acidi grassi e glicerolo
L’amido diventa glucosio
Le proteine diventano aminoacidi
Questi alimenti vengono ora assorbiti dall’embrione.
Il glucosio e gli aminoacidi creano nuove strutture come le pareti cellulari e gli enzimi.
I grassi e il glucosio sono usati nella respirazione cellulare per produrre energia.
Il cibo immagazzinato nel seme viene consumato mentre l’embrione si ingrandisce.
La radichetta si ingrandisce e sfonda il testa. Diventa la radice della nuova pianta.
Il plumulo diventa più grande ed emerge dal terreno.
Si formano le foglie.

La germinazione avviene in modo diverso nelle diverse piante. In alcune piante il cotiledone rimane sottoterra mentre in altre piante il cotiledone emerge in superficie. I diagrammi qui sotto mostrano questi 2 metodi di germinazione.