Reproducerea la plantele cu flori

Plantele cu flori formează semințe prin reproducere sexuată. O floare completă are caliciu din sepale, corolă din petale, androceu din stamine și gineceu reprezentat de pistil. Stamina are filament și anteră, unde se formează polenul; pistilul are stigmat, stil și ovar, care conține ovulele. Polenizarea înseamnă transferul polenului pe stigmat; ea poate fi realizată de vânt, apă sau animale, în funcție de specie. După polenizare, tubul polinic duce gameții masculini la ovul. Ovulul devine sămânță, iar ovarul se transformă în fruct; la unele specii, ca mărul sau căpșunul, la formarea fructului participă și alte părți ale florii.

Polenizarea și fecundația sunt etape diferite. O albină care duce polen de la o floare la alta poate contribui la prima etapă, dar nu produce ea însăși embrionul. Nu toate florile au exact aceeași formă și nu toate depind de insecte. Pentru a înțelege ciclul, urmărește în ordine floarea, polenul, stigmatul, ovulul, sămânța și fructul. La germinare, embrionul începe să crească atunci când are apă, oxigen și temperatură potrivită; apoi planta tânără se dezvoltă și poate forma, la maturitate, flori noi. Planta provine din embrionul protejat în sămânță, nu din pulpa fructului. Lecția Înmulțirea asexuată compară un alt mod de obținere a plantelor noi, fără unirea gameților.

Creșterea și dezvoltarea plantei. Creșterea înseamnă mărirea ireversibilă a dimensiunilor plantei: celulele se înmulțesc în vârful rădăcinii și al tulpinii, apoi se alungesc. Dezvoltarea înseamnă schimbarea plantei în timp: celulele se diferențiază în țesuturi, apar frunzele, florile și fructele. Etapele sunt germinația, creșterea plantei tinere, înflorirea, fructificarea și îmbătrânirea. Ele depind de lumină, apă, căldură, aer și săruri minerale.

Exemplu pe pași: de la floarea de fasole la păstaie.

1. Floarea de fasole are caliciu, corolă cu cinci petale, zece stamine și un pistil cu ovar care conține mai multe ovule.
2. Polenul ajunge pe stigmat, la fasole adesea chiar din aceeași floare, ajutat uneori de insecte. Aceasta este polenizarea.
3. Polenul germinează pe stigmat și formează un tub polinic, care crește prin stil până la ovul și duce acolo gameții masculini. Aici are loc fecundația.
4. După fecundație, ovulele se transformă în semințe (fiecare cu embrionul în ea), iar ovarul crește și devine fructul, adică păstaia. Petalele și staminele se ofilesc și cad.
5. Dacă semințele din păstaie se pun la germinat în sol umed și cald, embrionul crește, apar rădăcina și tulpina, iar planta tânără poate înflori după câteva săptămâni.

Compară cu ordinea corectă: floare, polenizare, fecundație, sămânță și fruct, germinare, plantă tânără.

Exemplu pe pași: influența luminii asupra creșterii.

1. Pune semințe de fasole la germinat în două pahare cu vată umedă, unul la lumină și unul într-o cutie închisă. Temperatura și apa sunt aceleași.
2. După două săptămâni, plantele de la lumină au tulpina groasă și verde și frunze întinse.
3. Plantele din cutie au tulpina lungă, subțire și palidă, iar frunzele mici și galbene: sunt etiolate, pentru că fără lumină nu se formează clorofila.
4. Concluzie: lumina influențează creșterea, pentru că ea a fost singura condiție diferită.

La angiosperme, tubul polinic conduce doi gameți masculini. În dubla fecundație, unul se unește cu oosfera și formează zigotul principal diploid ($2n$); celălalt se unește cu nucleul secundar al sacului embrionar și formează zigotul accesoriu triploid ($3n$), din care se dezvoltă endospermul. Sămânța are tegument, embrion și substanțe de rezervă, aflate în endosperm sau în cotiledoane. Peretele ovarului formează pericarpul fructului. La fructele false participă și alte părți ale florii: la măr și la pară partea cărnoasă provine din receptaculul florii, iar ovarul formează doar cotorul cu semințele; la căpșun, fructele propriu-zise sunt achenele de pe receptaculul mărit și cărnos. Fructele pot fi cărnoase, ca pruna, sau uscate, ca păstaia; unele se deschid la maturitate, altele nu. Sporofitul diploid este dominant, iar gametofiții sunt reduși.

În antera staminei, celulele-mamă ale microsporilor ($2n$) se divid prin meioză și formează microspori haploizi ($n$); fiecare devine un grăunte de polen cu două celule: una vegetativă și una generativă, care dă doi gameți masculini. În ovul, o celulă-mamă a macrosporului ($2n$) se divide prin meioză și formează patru celule haploide, dintre care trei degenerează; cea rămasă se divide mitotic de trei ori și formează sacul embrionar cu 8 nuclei: oosfera (gametul feminin), două sinergide, trei antipode și două nuclee polare, care se unesc într-un nucleu secundar diploid. Dubla fecundație a fost descrisă de Navașin (1898): un gamet masculin fecundează oosfera, rezultând zigotul principal ($2n$), iar celălalt fecundează nucleul secundar, rezultând zigotul accesoriu ($3n$), din care se dezvoltă endospermul, țesutul de rezervă. Germinația necesită apă (hidratarea semințelor), oxigen și temperatură potrivită. Poate fi epigee, când cotiledoanele ies deasupra solului (fasole), sau hipogee, când rămân în sol (mazăre, porumb).

Exemplu rezolvat 1: numărul de cromozomi la porumb ($2n=20$).

1. Microsporii și macrosporii au $n=10$; sacul embrionar are 8 nuclei cu $n=10$ fiecare.
2. Zigotul principal: $10+10=20$ cromozomi ($2n$). Din el se dezvoltă embrionul.
3. Zigotul accesoriu: $10+10+10=30$ cromozomi ($3n$), deoarece nucleul secundar are $2n=20$ și se unește cu un gamet masculin ($n=10$). Din el se dezvoltă endospermul.
4. Concluzie: embrionul și endospermul au același material genetic patern, dar numere diferite de seturi de cromozomi.

Exemplu rezolvat 2: puterea de germinare. Dintr-un lot se pun la germinat 100 de semințe de fasole în aceleași condiții.

1. După 7 zile au germinat 84 de semințe, deci puterea de germinare este $\frac{84}{100}\cdot 100=84\%$.
2. Dacă un fermier seamănă 500 de semințe din același lot, se așteaptă $500\cdot 0,84=420$ de plante.
3. Dacă lotul ar fi păstrat în condiții de umezeală, puterea de germinare ar scădea, fiindcă embrionul ar începe să respire și să se degradeze.

Polenizarea poate fi directă (autopolenizare, în aceeași floare) sau încrucișată (între flori diferite). Plantele polenizate de vânt (porumb, alun, graminee) produc polen mult, ușor, iar florile lor au perigon redus; cele polenizate de insecte au flori colorate, parfumate și cu nectar.

Greșeli frecvente

• Greșit: Polenizarea este fecundația.
  Corect: Polenizarea transferă polenul; fecundația unește gameții.
• Greșit: Sămânța se formează din ovarul florii, iar fructul din ovul.
  Corect: Sămânța se formează din ovul, iar fructul din ovar.
• Greșit: Endospermul semințelor are același număr de cromozomi ca embrionul.
  Corect: Endospermul rezultă din fuziunea a trei nuclei haploizi, deci este triploid, iar embrionul este diploid.

Înainte și după