Biologia vegetale - Botanica sistematica (3 parte)

Inizio - Pterophyta felce

Botanica sistematica - Psilotophyta

Embriofite

Alghe 1. Briofite 3. Spermatophyta classificazione MUSCI Ovulo teoria dell’endosimbiosi sporofito Sacche polliniche RHODOPHYTA (alghe ripr sessuata /sporogonia GYMNOSPERMEAE rosse) ciclo ovulo - endosperma HAPTOPHYTA - Bryidae primario (cromophyta) - Sphagnidae sacche polliniche - Phaeophyceae (alghe - Andraeidae fecondazione BRUNE) dispersione spore - Bacillariophyceae ANGIOSPERME (fiore) (DIATOMEE) HEPATOPHYTA (epatiche) gineceo - Pennales / anfigastri ovuli Centrales ripr. vegetativa: coppe androceo propagulifere (rami sacche polliniche ALGHE VERDI anteridiofori e granulo pollinico CHLOROPHYTA archegoniofori) differenze granuli pollinici - Ulvophyceae IMPOLLINAZIONE CHAROPHYTA ANTHOCEROTOPHYTA DOPPIA FECONDAZIONE - Charophyceae (antocerote) SEME per PIANTE TERRESTRI FRUTTO Biodeterioramento 2. PTERIDOFITA - INFIORESCENZE cormo evoluzione STELE FUNGHI evoluzione foglie Eumycota micelio MICROFILLE / riproduzione MACROFILLE ZYGOMICETI gametofito BASIDIOMICETI sporangi ASCOMICETI riconoscimento differenza asco-basidio riproduzione carie del legno CICLO ISOSPOREO CICLO ETEROSPOREO LICHENI - Lycophyta (licopodiale, ripr sessuata selaginella) CORPI FRUTTIFERI - Sphenophyta ripr vegetativa BOTANICA SISTEMATICA

Botanica sistematica

La botanica sistematica studia la diversità degli organismi vegetali; questo studio è legato alla storia evolutiva e lo scopo è quello di costruire un sistema che raggruppa gli individui con caratteristiche comuni. INIZIO

Compiti sistematica

• Distinguere tra loro gruppi di individui simili sulla base delle differenze.
• Unificare in base alle somiglianze e inserire i gruppi di individui simili in un sistema di categorie ordinate gerarchicamente. La categoria base è la specie.

La tassonomia si occupa di studiare i caratteri che descrivono gli individui in modo da identificare somiglianze e diversità.

La classificazione usa un sistema astratto perché è definito da noi, soprattutto nell’identificare il gruppo più piccolo (base) degli organismi. INIZIO

Definizioni di specie

• Approccio sistematico, individui morfologicamente simili, devono essere trasmissibili alla discendenza (può essere determinato dalle condizioni ambientali).
• Approccio biologico, insieme di popolazioni interfertili, ma riproduttivamente isolate da altre popolazioni (es. mulo è sterile).
• Approccio riproduttivo, gli individui condividono lo stesso sistema riproduttivo, legato sia a morfologia che a segnali (es. visivo, olfattivo).
• Approccio ecologico, gli individui devono occupare la stessa nicchia (=insieme di caratteri ambientali e di relazioni).
• Approccio filogenetico, gli organismi ora presenti derivano da altri organismi, gli esseri viventi sono in continua mutazione INIZIO.

Nel mondo vegetale la specie morfologica racchiude un insieme di individui morfologicamente simili per caratteri geneticamente fissati e trasmissibili alla discendenza.

Molte piante di specie diverse sono in grado di creare una progenie feconda, ibridazioni (querce).

L’ibridazione delle piante è possibile perché le piante sono poliploidi (possono avere tante copie del numero base di cromosomi, e questo rende possibile l’appaiamento di cromosomi omologhi anche in specie diverse. Su gli ibridi si fonda l’addomesticamento delle piante (es. frumento).

Riproduzione per apomissia: alcune piante sono in grado di riprodursi facendo un embrione senza che avvenga fecondazione. La formazione dell'embrione può avvenire o grazie a un gamete normale che forma direttamente l’embrione (embrione aploide) o di un gamete anomalo diploide o di una cellula somatica. Deve però avvenire l'impollinazione. Quindi ogni pianta è una specie a sé perché isolata riproduttivamente da tutte le altre (tarassaco). INIZIO

In base a cosa sono definite le categorie?

Classificazione artificiale:

• Fisionomia (arbusti, erbe,...).
• Linneo: caratteri delle strutture riproduttivi.

Questa classificazione si basa sul fatto che le specie siano sempre state come sono ora. La classificazione viene sconvolta quando viene scoperta l’evoluzione.

Classificazione naturale: le specie si evolvono col passare del tempo e possono nascere specie nuove.

Compito della sistematica filogenetica è quello di considerare le caratteristiche morfologiche macro e microscopiche, quelle fisio-ecologiche e i caratteri molecolari (DNA/RNA/proteine). Grazie a ciò è possibile determinare le somiglianze tra le specie attuali e comprendere i rapporti di parentela.

Gruppo monofiletico: i membri discendono dallo stesso antenato. È un taxon naturale.

Gruppo polifiletico: i membri discendono da più di una linea evolutiva. Taxon artificiale.

Gruppo parafiletico: sono esclusi uno o più discendenti di un antenato. Taxon artificiale. INIZIO

Alghe

Sono organismi fotoautotrofi (fanno fotosintesi ossigenica) generalmente vivono in acqua, ma possono trovarsi anche in ambiente aereo se c’è molta umidità.

Si sono evolute in ambiente stabile (acquatico) quindi non hanno avuto bisogno di sviluppare strutture complesse. Sono organismi a tallo = organismi che non hanno evoluto organi e tessuti, hanno corpo poco specializzato.

Le alghe sono un grande taxon artificiale che comprende organismi eucarioti (cianobatteri e alghe azzurre non sono compresi nelle alghe, ma sono batteri) con caratteristiche comuni:

• Vivono in ambienti acquatici o dove c’è molta umidità.
• Autotrofi e fotosintetizzanti (fotosintesi ossigenica).
• Hanno corpi unicellulari o pluricellulari privi di differenziamento: tallofite.
• Per la riproduzione producono gametocisti (ripr. sessuata) e sporocisti (ripr. per sporogonia). INIZIO

Morfologia

Unicellulari: organizzazione flagellata, è la forma più primitiva.

Pluricellulari: filamentose, sono le più importanti dal punto di vista evolutivo. Sono le prime alghe pluricellulari: le cellule si dividono, ma la lamella mediana permette loro di rimanere attaccate. La parete è attraversata da ponti citoplasmatici che consente loro di comunicare.

• Può non esserci specializzazione: la crescita del filamento avviene grazie alla divisione di tutte le cellule del filamento.
• Oppure c’è specializzazione:
• Crescita apicale, solo le cellule all’apice del filamento si dividono. Si distinguono 2 tipi di cellule: quelle del filamento hanno solo funzione vegetativa; quelle apicali servono per l'allungamento del filamento.
• Ramificare, le cellule del filamento fanno una divisione con diverse direzioni.

Tallo pseudoparenchimatico, alga rossa con rami laterali e filamenti intrecciati tra loro.

Tallo tissutale, alghe brune con cellule che si dividono in diversi piani.

In alcune Laminariales il tallo è differenziato in tre parti. INIZIO

Criteri di classificazione

1. Plastidi: nelle alghe sono fotosintetizzanti (sono presenti praticamente solo cloroplasti). Nelle forme più primitive c’è un unico grande cloroplasto per cellula; in alghe più evolute ci sono più cloroplasti più piccoli.

I cloroplasti sono delimitati da 3/4 membrane: la membrana interna si invagina a formare i TILACOIDI. Teoria dell’endosimbiosi: i cloroplasti sono delimitati da diverse membrane: probabilmente i cloroplasti si sono formati da un’endosimbiosi tra organismi eterotrofo che ha mangiato un cianobatterio (struttura con membrane che si invaginano). Nelle alghe i cloroplasti possono essere avvolti da 3/4 membrane, quindi probabilmente ci sono state altre simbiosi.

Carattere che consente di identificare i diversi gruppi di alghe è la disposizione dei tilacoidi:

• Nelle alghe rosse (Rhodophyta) i tilacoidi sono singoli (non raggruppati a formare i grana) e ognuno presenta i ficobilisomi: granuli formati da ficobiline (pigmenti accessori della fotosintesi).
• Nelle alghe brune (Phaeophyceae) i tilacoidi sono associati a 2 o a 3.
• Nelle alghe verdi (Chlorophyta) i tilacoidi sono organizzati in grana e intergrana come si trovano nelle piante superiori.

All’interno del cloroplasto delle alghe c’è una struttura chiamata pirenoide, all'interno del quale viene accumulata la rubisco che serve per la prima fase della fotosintesi. INIZIO

2. Sostanze di riserva.

• Nei plastidi (come nelle piante superiori).
• Nei citoplasma vicino ai plastidi.

3. I pigmenti sono caratteri sistematici:

• Clorofille, clorofilla a è presente in tutti i gruppi perché è centro di reazione (senza non può avvenire la fotosintesi). Clorofille b, c, d sono pigmenti accessori e a seconda della presenza si distinguono i gruppi di alghe.
• Ficobiline, solo nelle Rhodophyta.
• Carotenoidi.

La presenza di pigmenti diversi fa sì che le alghe possano vivere a profondità diverse. I pigmenti accessori servono per aumentare lo spettro di energia utili per il processo fotosintetico. Alghe rosse possono vivere anche a grandi profondità. Le alghe brune hanno più carotenoidi che xantofille. Nelle alghe verdi prevalgono le clorofille quindi sono quelle che vivono più in superficie.

4. Parete: è formata da una parte fibrillare e una parte amorfa. La maggior parte delle alghe è formata perlopiù da matrice:

• Sono sostenute dall’acqua, quindi non hanno bisogno di molta cellulosa che le sostenga.
• Sono sottoposte a sollecitazioni (correnti) che impongono che il corpo dell’alga sia più flessibile di quello delle piante terrestri.

La consistenza della parete può essere aumentata grazie a deposizioni di: carbonato di calcio (alghe coralline, charophyceae), silice (diatomee). INIZIO

Rhodophyta (alghe rosse)

Dette rosse perché il colore prevalente è il rosso a causa dei pigmenti ficobiline (organizzate in ficobilisomi).

Cicli: si alternano due generazioni diploidi (sporofitiche) e una generazione gametofitica (aploide).

Caratteristiche:

• Mancano forme flagellari, si muovono grazie alle correnti d’acqua.
• Ultrastruttura del plastidio (cloroplasto): i tilacoidi singoli, non sono riuniti in gruppi; il cloroplasto è delimitato da doppia membrana (frutto della simbiosi primaria).
• Pigmenti: clorofilla a e d; carotenoidi (alfa, beta e xantofille); ficobiline in ficobilisomi (granuli): ficocianina (azzurra, si trova all’interno dei ficobilisomi); ficoeritrina (rossa, si trova all’esterno dei ficobilisomi).
• Sostanze di riserva: amido delle floridee, accumulano sostanza simile all’amido perché formata da polimero di glucosio. Si trova in granuli all’esterno del plastidio, nel citoplasma.
• Parete, ha molta matrice che contiene polisaccaridi che la rendono molto idrofila (vischiosa) e consente alle alghe di essere flessibili: la componente rigida interna è data da cellulosa; la componente mucillaginosa esterna è data da polimeri del galattosio: agar e carragenina.
• La parete viene prodotta continuamente così che l’alga possa liberarsi dai microorganismi che potrebbero colonizzare gli strati più esterni e ridurre l’esposizione solare.
• Divisione cellulare, la fusione delle vescicole che provengono dall’apparato di Golgi avviene ai lati della cellula; si ha invaginazione della membrana plasmatica e della parete che va a formare il setto (formazione centripeta). Quando si è formato il setto resta un’apertura che viene chiuso da una specie di tappo di natura proteica (struttura tipica delle alghe rosse). INIZIO

Haptophyta (cromophyta)

Presentano diversi gruppi: Phaeophyceae (alghe brune, hanno i talli più complessi); Bacillariophyceae (diatomee, unicellulari).

Caratteri generali:

• Pigmenti: clorofilla a e c; non ci sono le ficobiline; carotenoidi.
• Ultrastruttura del cloroplasto, i tilacoidi sono riuniti in gruppetti di 3-4 senza i grana. Il cloroplasto è delimitato da 4 membrane.

Famiglia Phaeophyceae (alghe brune)

È un gruppo di alghe marine che vive nei mari freddi (poche in acque dolci). Sono considerate le alghe più evolute perché hanno talli complessi e specializzati.

Caratteristiche:

• Parete formata da poche fibrille di cellulosa e da una matrice formata da un sale: alginato (usato in industria alimentare, farmaceutica e tessile).
• Sostanze di riserva: laminarina, polisaccaride contenuto nel vacuolo.
• Pigmenti, clorofilla a e c, carotenoidi INIZIO.

Morfologia

Talli molto complessi: mancano forme unicellulari. Filamentosi, ramificati, laminari fino a talli che diventano alti diversi metri (Macrocystis).

Alcuni generi di Laminaria hanno il tallo diviso in regioni: apteri alla base con funzione di ancoraggio, stipite che funge da sostegno, la lamina è la porzione fotosintetizzante in alto.

Famiglia Bacillariophyceae (diatomee)

Sono alghe molto antiche che si trovano sia in ambienti marini che in acque dolci. Si sono evolute nel giurassico/cretaceo. Sono in grado di impregnare le pareti di silice (fossili). INIZIO

Le diatomee sono caratterizzate dalla parete formata da due valve: una superiore più grande, EPITECA, che si incastra in quella minore più piccola, IPOTECA. In direzione longitudinale si trova una fessura, rafe, dalla quale possono uscire dei prolungamenti della cellula che servono per il movimento.

Questa parete particolare condiziona il ciclo delle alghe (ciclo diplonte):

• C’è RIPR VEGETATIVA, ma sono alghe unicellulari quindi l’organismo deve fare mitosi per riprodursi. Quando l’alga si divide una delle due cellule figlie eredita l’epiteca e riforma ipoteca, l'altra cellula figlia eredita l’ipoteca che diventa epiteca: quindi una cellula figlia ha le dimensioni della cellula madre mentre l’altra sarà più piccola.
• Quando la cellula più piccola raggiunge la dimensione minima non può più riprodursi per mitosi, quindi fa RIPR SESSUATA. Quando una cellula diploide raggiunge la dimensione minima è in grado di fase meiosi e dare origine a 4 cellule aploidi, di cui solitamente 3 degenerano e ne resta 1 sola, quindi per ogni cellula che fa meiosi resta un solo gamete. Vantaggio: il fatto che ci sia un gamete solo aumenta la variabilità della progenie. Il gamete si fonderà con un gamete diverso che proviene da cellule diverse e daranno origine a uno zigote. Questo zigote non ha più la parete, può rimanere nell’ambiente per un po’ di tempo e si ingrandisce, raggiunge la taglia massima e ricostruisce la parete. In questo modo si riforma una cellula in grado di dividersi mitoticamente e fare di nuovo riproduzione vegetativa. INIZIO

Le diatomee sono divise in due gruppi in base alla morfologia:

• Pennales, simmetria bilaterale. Possono costruire colonie. Caratteristica: i gameti maschili perdono i flagelli, si muovono grazie alle correnti.
• Centrales, sono marine, hanno simmetria raggiata. Contribuiscono all'assorbimento di CO2. I gameti maschili sono flagellati.

Alghe verdi 3. Chlorophyta (alghe verdi) / Charophyta

Sia in acque marine che in acque dolci. Anche in cortecce alberi, terreni e superfici umide, neve. Con i cianobatteri creano importanti simbiosi con altri organismi: es. licheni (agenti biodeteriogeni). INIZIO

Caratteri che accomunano i due gruppi:

• Pigmenti: clorofilla a, b (come piante terrestri); carotenoidi.
• Ultrastruttura del cloroplasto, come nelle piante terrestri: tilacoidi organizzati in grana, connessi da tilacoidi intergrana, plastidio delimitato da doppia membrana.
• Sostanze di riserva: amido primario in granuli, si trova nei cloroplasti (non nel citoplasma come negli altri gruppi).
• Parete: ha componente fibrillare cellulosica e matrice formata da pectine ed emicellulose.

Probabilmente le piante terrestri si sono evolute da questo gruppo di alghe.

I cicli sono vari:

• Cicli aplonti.
• Cicli aplodiplonti.
• CHLOROPHYTA

Comprendono forme unicellulari flagellate o no, coloniali o filamentose.

Ciclo: durante la citodieresi, la formazione dei setti trasversali avviene tramite lo sviluppo del FICOPLASTO: nella telofase i microtubuli si dispongono parallelamente al piano equatoriale tenendo distanti i 2 nuclei. Si ha invaginazione della membrana e si forma una piastra centrale. INIZIO

Ulvophyceae

Alghe unicellulari (coccale) coloniali o filamentose con molti nuclei per cellula. Sono quasi tutte aflagellate. La maggior parte vive in acque salmastre.

La parete cellulare si forma in un solco in cui le cellule si dividono con la formazione di un fuso persistente. Le pareti trasversali non hanno plasmodesmi.

Charophyta

Sono alghe aploidi filamentose.

Nelle Charophyta + semplici si trova un fuso persistente che tiene distanti i 2 nuclei e il setto si forma per invaginazione della membrana.

Nelle Charophyta + evolute compare per la prima volta il FRAGMOPLASTO.

Fanno una particolare riproduzione sessuata: coniugazione. Non mandano in giro i gameti, ma quando i filamenti si incontrano, alcune cellule fanno delle espansioni così da connettersi tra loro: 2 cellule di 2 filamenti entrano in contatto. Si forma un tubo, tubo di coniugazione. Quando si è costruita questa connessione citoplasmatica, una delle due cellule migra nell’altra. Queste due cellule si trasformano in gamete. Si forma quindi lo zigote. Lo zigote forma una parete resistente e può fare meiosi solo quando le condizioni ambientali sono favorevoli (ciclo aplonte) e dare origine a 4 cellule aploidi. Solitamente sopravvive 1 sola cellula aploide che darà origine al nuovo filamento aploide. INIZIO

Charophyceae

Hanno un grado di organizzazione molto elevato: formate da un fusto diviso in nodi e internodi.

Solitamente le alghe producono gametocisti e sporocisti, le C. c’è invece presentano spermatogonio e oogonio. All’interno dello spermatogonio c'è uno strato di cellule sterili che contiene il tessuto che darà origine ai gameti maschili. Il gamete femminile è uno solo (cel