Michele Rismondo
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Insegnamento di
STRUTTURA E FUNZIONI
DEGLI ORGANISMI VEGETALI
Argomento 08: RIPRODUZIONE NEI VEGETALI
CONCETTI BASE
La RIPRODUZIONE è quel processo mediante il quale un individuo da
origine a più discendenti a lui simili, di norma capaci di riprodursi.
GENOMA
L’informazione per costruire un organismo è contenuta nel genoma, che
rappresenta la quantità di DNA presente in una cellula ed è organizzato in
cromosomi.
CORREDO CROMOSOMICO
È costituito da coppie di cromosomi ed ogni
cromosoma forma una copia con un suo
omologo. Il numero di cromosomi in un
corredo varia da specie a specie; quello della
specie umana è costituito da 23 cromosomi,
mentre in una pianta di cotone (Gossypium
hirsutum) il numero è pari a 10.
CONCETTI BASE
CELLULA APLOIDE (n): Cellula con un solo corredo cromosomico.
CELLULA DIPLOIDE (2n): Cellula con duplice corredo cromosomico.
Le cellule sessuali (GAMETI) hanno un numero di cromosomi che è la
metà del numero di cromosomi delle CELLULE SOMATICHE
dell’organismo
CONCETTI BASE
MITOSI: Meccanismo di divisione cellulare attraverso il quale a due
cellule figlie viene consegnata la stessa quantità di informazione
genetica e lo stesso numero di cromosomi
Cellula diploide
(2n)
_______ MITOSI _______
2 Cellule diploidi (2n)
Replicazione del DNA
CONCETTI BASE
CONCETTI BASE
MEIOSI: Meccanismo composto da divisioni cellulari successive attraverso il quale
viene dimezzata la quantità di informazione genetica e del numero di cromosomi,
mediante la separazione dei cromosomi omologhi
CONCETTI BASE
CONCETTI BASE
RIPRODUZIONE
Facendo riferimento al mondo vegetale è possibile distinguere due
differenti tipi di riproduzione:
VEGETATIVA (o AGAMICA)
SESSUALE (o GAMICA)
RIPRODUZIONE VEGETATIVA
Caratteristiche
Formazione di nuovi individui per suddivisione in parti del corpo vegetativo di
un individuo, o per distacco di una sua parte.
Le cellule da cui si sviluppa il nuovo individuo vengono generate attraverso la
mitosi (cloni).
Vantaggi-Svantaggi
Velocità di diffusione specie in ambienti caratterizzati da stabilità (specie
adattate all’ambiente).
In condizioni ambientali instabili la diffusione della specie verrà affidata, con
l’evoluzione, a meccanismi legati alla produzione di genomi nuovi che grazie alla
selezione svilupperanno forme di adattamento all’ambiente.
RIPRODUZIONE VEGETATIVA
Modalità
SCISSIONE (procarioti ed eucarioti unicellulari): formazione per mitosi di due nuclei,
ognuno dei quali si dislocherà in una delle due cellule figlie originatesi dalla formazione di
una parete divisoria nella “cellula madre”.
GEMMAZIONE (Lieviti): una delle due cellule è più piccole e costituisce una protuberanza
della cellula madre e può continuare a dividersi mentre è ancora attaccata alla cellula
madre.
FRAMMENTAZIONE: distacco di una parte del corpo dell’individuo (propagulo vegetativo),
capace di accrescersi e ripristinare un nuovo individuo. Nelle piante superiori: bulbilli
(cellule con sostanze di riserva all’ascella delle foglie o al posto dei fiori); bulbi (fusti
raccorciati circondati da foglie ricche di riserve); tuberi (rami sotterranei ingrossati e ricchi
di sostanze di riserva); stoloni e rizomi.
RIPRODUZIONE VEGETATIVA
SPORULAZIONE (alghe e funghi): Caso di frammentazione. Produzione per mitosi di
spore capaci di dare origine ciascuna direttamente ad un nuovo individuo, in
condizioni ambientali favorevoli.
Sporulazione
Spore vegetative (MITOSPORE)
Zoospore: negli organismi acquatici
Aplanospore: negli organismi terrestri
RIPRODUZIONE SESSUALE
Da origine a nuovi individui che differiscono geneticamente tra loro e da
entrambi i genitori.
Consiste nell’unione di due cellule (GAMIA) durante la quale avviene la fusione del
loro contenuto. Dalla fecondazione del gamete femminile da parte del gamete
maschile si ottiene lo ZIGOTE
RIPRODUZIONE SESSUALE
Si distinguono due fasi:
1. produzione di 4 cellule aploidi (n) a partire da una cellula diploide
(2n) per meiosi
2. fecondazione o gamia per fusione di due cellule aploidi (gameti).
L’unione dei gameti porta alla formazione di uno zigote diploide (2n).
Plasmogamia: mescolanza dei due citoplasmi
Cariogamia: fusione dei due nuclei con formazione di un unico nucleo (sincarion).
Se la cariogamia non avviene subito dopo la plasmogamia allora si forma un
dicarion (contenente due nuclei appaiati).
n + n
2n
Dicarion
Sincarion
E’ avvenuta la plasmogamia
ma non la cariogamia
E’ avvenuta anche la
cariogamia
RIPRODUZIONE SESSUALE
Nel ciclo vitale di un organismo che si riproduce sessualmente il numero diploide
“2n” deve essere ridotto ad “n” prima della fecondazione.
Quando un gamete maschile feconda un gamete femminile, i due nuclei aploidi si
fondono (n+n=2n) e viene ripristinato il numero diploide.
Nel nucleo della cellula
diploide (ZIGOTE) sono
presenti
coppie
di
cromosomi omologhi: i
due omologhi sono simili
per dimensione, per
forma e per tipo di
informazione ereditaria;
un omologo deriva da un
genitore e uno dall’altro.
RIPRODUZIONE SESSUALE
Modalità di riproduzione sessuale
La riproduzione sessuale si attua mediante la formazione di cellule (gameti) ed organi
particolari (gametangi) per la riproduzione sessuale.
A seconda del tipo di cellule che si uniscono si avrà:
Gametogamia: unione di gameti che vengono formati all’interno di gametangi. I gameti
sono cellule aploidi che hanno perso la capacità di dividersi se prima non si fondono tra
loro a formare lo zigote.
Gametangiogamia: unione di gametangi.
L’evoluzione conduce verso l’unione di gameti sempre più diversi. Nei funghi, l’emersione
dall’acqua ha favorito la gametangiogamia, in modo che la riproduzione sessuale venga
facilitata dall’unione fra gametangi portati da strutture adatte a far avvicinare le cellule
specializzate per la riproduzione anche senza la presenza dell’acqua.
RIPRODUZIONE SESSUALE
I gameti ed i gametangi che portano caratteri sessuali opposti possono essere
identici, oppure diversi dal punto di vista fisiologico o morfologico. In quest’ultimo
caso si considera maschile il gamete o gametangio più piccolo.
Nelle piante terrestri la modalità di fecondazione prevede gameti o gametangi di
dimensioni molto diverse (gametogamia o gametangiogamia oogama): le cellule
maschili sono piccole, mobili (anterozoidi o spermatozoidi) o immobili (spermàzi e
cellule spermatiche); le cellule femminili sono immobili e molto grandi per
l’accumulo di sostanze di riserva (oosfere o cellule uovo).
Ambiente acquatico : diverse modalità di gamia
Ambiente terrestre: soprattutto la gametogamia oogama nei vegetali superiori, la
gametangiogamia nei funghi.
RIPRODUZIONE SESSUALE
ALTERNANZA DI FASE NUCLEARE
Prevede una regolare alternanza di Meiosi e Fecondazione
Meiosi: particolare tipo di divisione nucleare
Fecondazione: mezzo mediante il quale le differenti combinazioni dei corredi genetici dei 2
genitori sono messe insieme per formare (gamia) l’identità genetica della prole.
Nel ciclo vitale di un organismo che si riproduce sessualmente la gamia e la meiosi
rappresentano due momenti estremamente importanti: la gamia determina il passaggio da
cellule con numero n di cromosomi (fase nucleare aploide) a cellule con numero 2n di
cromosomi (fase nucleare diploide); la meiosi determina il passaggio dalla fase nucleare
diploide a quella aploide.
Gamia: fase nucleare aploide
fase nucleare diploide
Meiosi: fase nucleare diploide
fase nucleare aploide
Tre tipi di Meiosi
ZIGOTICA -> Ciclo aplonte
GAMETICA -> Ciclo diplonte
SPORICA -> Ciclo aplo-diplonte
RIPRODUZIONE SESSUALE
Si definisce CICLO BIOLOGICO la sequenza ordinata con cui si alternano le due fasi
nucleari (meiosi e gamia) nel corso della vita di un organismo.
Negli animali le cellule aploidi non si dividono per mitosi, ma sono costituite semplicemente
dai gameti. Le cellule diploidi (zigote-cellule somatiche) si dividono per mitosi per formare
gli organismo maturi.
Le piante riproducono sia le cellule aploidi che quelle diploidi per mitosi, producendo due
tipi di organismi pluricellulari.
SPOROFITO
Un organismo vegetale diploide è detto SPOROFITO perché genera unità riproduttive dette
spore. Le spore sono unità riproduttive unicellulari dalle quali può svilupparsi una pianta
senza il bisogno di unirsi ad un altro organismo
GAMETOFITO
Un organismo vegetale aploide è detto GAMETOFITO perché produce gameti che dovranno
unirsi con altri gameti per costituire lo zigote. L’individuo maturo dovrà dunque sviluppare
organi atti alla produzione di gameti ed alla fecondazione (es. fiori).
RIPRODUZIONE SESSUALE
Vantaggi della riproduzione sessuale:
Sopravvivenza della specie in condizioni ambientali mutevoli (per maggiore
variabilità genetica).
Occupazione di nuovi ambienti.
Questa possibilità di adattamento manca negli individui originatisi per semplice
riproduzione vegetativa (tutti i cloni sono destinati a perire se l’ambiente diventa
sfavorevole). La possibilità di evoluzione nel tempo di tutte le specie è dipesa dalla
produzione di individui diversi tra loro (variabilità genetica), in conseguenza del
processo di gamia e di meiosi.
Svantaggi
È indispensabile l’incontro di due gameti provenienti da due individui diversi.
Richiede il differenziamento di organi particolari per lo sviluppo dei gameti.
Richiede meccanismi specifici che favoriscano l’incontro dei gameti.
CICLO SESSUALE APLONTE
Dominanza della fase aploide (agamica)
MEIOSI ZIGOTICA
Lo zigote si divide per meiosi dando origine a 4
cellule aploidi le quali a loro volta si dividono
per mitosi, dando origine ad un individuo
aploide (solo generazione aploide).
Es. alcune alghe verdi, alcuni funghi e protisti
CICLO SESSUALE DIPLONTE
Dominanza della fase diploide (gamica)
MEIOSI GAMETICA
Da un individuo diploide si originano per meiosi,
gameti aploidi. Questi si fondono formando uno
zigote diploide che a sua volta si divide per mitosi
formando un individuo diploide (solo generazione
diploide). Es. diatomee, alcune alghe brune e verdi,
alcuni funghi e negli animali.
CICLO SESSUALE APLODIPLONTE
Alternanza delle fasi aploide (agamica) e diploide (gamica)
MEIOSI SPORICA
Un individuo diploide produce per meiosi spore aploidi.
Le spore, prodotte dentro gli sporangi, si dividono per
mitosi dando origine a individui aploidi (gametofiti):
questi producono gameti che si fondono due a due per
formare zigoti diploidi che si differenziano in individui
diploidi. Es. alghe, piante superiori
CICLO SESSUALE APLODIPLONTE
Nell’evoluzione delle piante la fase gametofitica tende a ridursi a favore della
fase sporofitica
Nelle briofite il gametofito è la generazione dominante: è autonoma per quanto riguarda il
nutrimento e di solito è più grande dello sporofito.
Nelle piante vascolari lo sporofito (la pianta di conifera o la pianta a fiore) è la generazione
dominante; è più grande e più complesso del gametofito che nutrizionalmente dipende
dallo sporofito in tutti i gruppi di piante.
