La reproducción vegetal es la producción de nuevos descendientes en las plantas, que puede lograrse mediante reproducción sexual o asexual . La reproducción sexual produce descendencia mediante la fusión de gametos , lo que da como resultado una descendencia genéticamente diferente de cualquiera de los progenitores. La reproducción asexual produce nuevos individuos sin la fusión de gametos, lo que da como resultado plantas clonales que son genéticamente idénticas a la planta progenitora y entre sí, a menos que se produzcan mutaciones .
La reproducción asexual no implica la producción y fusión de gametos masculinos y femeninos. La reproducción asexual puede ocurrir por gemación , fragmentación , formación de esporas , regeneración y propagación vegetativa .
La reproducción asexual es un tipo de reproducción en el que la descendencia proviene de un solo progenitor, heredando así las características del progenitor. La reproducción asexual en las plantas se da en dos formas fundamentales, la reproducción vegetativa y la agamospermia . [1] La reproducción vegetativa implica que una pieza vegetativa de la planta original produzca nuevos individuos por gemación, macollamiento , etc. y se distingue de la apomixis , que es un reemplazo de la reproducción sexual, y en algunos casos implica semillas. La apomixis se da en muchas especies de plantas como los dientes de león ( especie Taraxacum ) y también en algunos organismos no vegetales. Para la apomixis y procesos similares en organismos no vegetales, véase partenogénesis .
La reproducción vegetativa natural es un proceso que se encuentra principalmente en plantas perennes y que generalmente implica modificaciones estructurales del tallo o las raíces y, en algunas especies, de las hojas . La mayoría de las especies de plantas que emplean la reproducción vegetativa lo hacen como un medio para perennizar las plantas, lo que les permite sobrevivir de una estación a la siguiente y, a menudo, facilita su expansión en tamaño. Una planta que persiste en un lugar a través de la reproducción vegetativa de individuos da lugar a una colonia clonal . Un solo ramet , o individuo aparente, de una colonia clonal es genéticamente idéntico a todos los demás en la misma colonia. La distancia que una planta puede moverse durante la reproducción vegetativa es limitada, aunque algunas plantas pueden producir ramets a partir de rizomas ramificados o estolones que cubren un área amplia, a menudo en solo unas pocas temporadas de crecimiento. En cierto sentido, este proceso no es uno de reproducción, sino uno de supervivencia y expansión de la biomasa del individuo. Cuando un organismo individual aumenta de tamaño a través de la multiplicación celular y permanece intacto, el proceso se llama crecimiento vegetativo. Sin embargo, en la reproducción vegetativa, las nuevas plantas resultantes son nuevos individuos en casi todos los aspectos, excepto en el genético. Una desventaja importante de la reproducción vegetativa es la transmisión de patógenos de los progenitores a los descendientes. Es poco común que los patógenos se transmitan de la planta a sus semillas (en la reproducción sexual o en la apomixis), aunque hay ocasiones en que ocurre. [2] [ página necesaria ]
Las semillas generadas por apomixis son un medio de reproducción asexual, que implica la formación y dispersión de semillas que no se originan de la fertilización de los embriones. Las Hieracium , los dientes de león , algunas especies de Citrus y la hierba azul de Kentucky ( Poa pratensis ) utilizan esta forma de reproducción asexual. La pseudogamia ocurre en algunas plantas que tienen semillas apomícticas, donde a menudo se necesita la polinización para iniciar el crecimiento del embrión, aunque el polen no aporta material genético a la descendencia en desarrollo. [3] También ocurren otras formas de apomixis en las plantas, incluida la generación de una plántula en reemplazo de una semilla o la generación de bulbillos en lugar de flores, donde se producen nuevos individuos clonados.
Un rizoma es un tallo subterráneo modificado que sirve como órgano de reproducción vegetativa; las puntas en crecimiento del rizoma pueden separarse y formar nuevas plantas, por ejemplo, polipodio , iris , pasto frondoso y ortigas .
Los tallos aéreos postrados, llamados estolones o estolones , son órganos importantes de reproducción vegetativa en algunas especies, como la fresa , numerosas gramíneas y algunos helechos .
Las yemas adventicias se forman en raíces cerca de la superficie del suelo, en tallos dañados (como en los tocones de árboles cortados) o en raíces viejas. Estas se desarrollan en tallos y hojas sobre el suelo. Una forma de brotación llamada chupón es la reproducción o regeneración de una planta por brotes que surgen de un sistema de raíces existente . Las especies que producen chupones de manera característica incluyen el olmo ( Ulmus ) [4] : 299 y muchos miembros de la familia de las rosas como Rosa , [4] : 285–296 Kerria [4] : 206 y Rubus . [4] : 258
Las plantas bulbosas como la cebolla ( Allium cepa ), los jacintos , los narcisos y los tulipanes se reproducen vegetativamente dividiendo sus bulbos subterráneos en más bulbos. Otras plantas como las patatas ( Solanum tuberosum ) y las dalias se reproducen vegetativamente a partir de tubérculos subterráneos . Los gladiolos y los azafranes se reproducen vegetativamente de forma similar con cormos .
Las yemas son células individuales o masas de células que se desprenden de las plantas para formar nuevos individuos clonales. Son comunes en hepáticas y musgos y en la generación de gametofitos de algunos helechos peliculares . También están presentes en algunos licopodios como Huperzia lucidula . [5] También se encuentran en algunas plantas superiores como especies de Drosera .
La forma más común de reproducción de plantas utilizada por las personas son las semillas, pero se utilizan varios métodos asexuales que generalmente son mejoras de los procesos naturales, incluyendo: corte, injerto, gemación, acodo , división, seccionamiento de rizomas, raíces, tubérculos, bulbos, estolones, macollos, etc., y propagación artificial por clonación de tejidos de laboratorio . Los métodos asexuales se utilizan con mayor frecuencia para propagar cultivares con características deseables individuales que no se obtienen a partir de semillas. [6] La propagación de árboles frutales se realiza con frecuencia mediante gemación o injerto de cultivares deseables ( clones ), sobre portainjertos que también son clones, propagados por enraizamiento .
En horticultura, un esqueje es una rama que se ha cortado de una planta madre por debajo de un entrenudo y luego se ha enraizado, a menudo con la ayuda de un líquido o polvo de enraizamiento que contiene hormonas . Cuando se ha formado una raíz completa y las hojas comienzan a brotar de nuevo, el clon es una planta autosuficiente, [7] genéticamente idéntica.
Los ejemplos incluyen esquejes de los tallos de moras ( Rubus occidentalis ), violetas africanas ( Saintpaulia ), verbenas ( Verbena ) para producir nuevas plantas. Un uso relacionado de los esquejes es el injerto , donde un tallo o brote se une a un tallo diferente. Los viveros ofrecen a la venta árboles con tallos injertados que pueden producir cuatro o más variedades de frutas relacionadas, incluidas las manzanas . El uso más común del injerto es la propagación de cultivares en plantas ya enraizadas, a veces el portainjerto se usa para empequeñecer las plantas o protegerlas de patógenos que dañan las raíces . [8]
Dado que las plantas propagadas vegetativamente son clones, son herramientas importantes en la investigación vegetal. Cuando un clon se cultiva en diversas condiciones, las diferencias en el crecimiento pueden atribuirse a efectos ambientales en lugar de a diferencias genéticas. [7]
La reproducción sexual implica dos procesos fundamentales: la meiosis , que reordena los genes y reduce el número de cromosomas , y la fecundación , que restaura el cromosoma a un número diploide completo . Entre estos dos procesos, varían los distintos tipos de plantas y algas , pero muchas de ellas, incluidas todas las plantas terrestres , experimentan una alternancia de generaciones , con dos estructuras multicelulares (fases) diferentes, un gametofito y un esporofito . El origen evolutivo y el significado adaptativo de la reproducción sexual se analizan en las páginas Evolución de la reproducción sexual y Origen y función de la meiosis .
El gametofito es la estructura multicelular (planta) que es haploide , conteniendo un solo juego de cromosomas en cada célula. El gametofito produce gametos masculinos o femeninos (o ambos), mediante un proceso de división celular, llamado mitosis . En las plantas vasculares con gametofitos separados, los gametofitos femeninos se conocen como megagametofitos (mega=grandes, producen los óvulos grandes) y los gametofitos masculinos se denominan microgametofitos (micro=pequeños, producen los espermatozoides pequeños).
La fusión de los gametos masculinos y femeninos (fertilización) produce un cigoto diploide , que se desarrolla por divisiones celulares mitóticas en un esporofito multicelular.
El esporofito maduro produce esporas por meiosis, a veces denominada división de reducción porque los pares de cromosomas se separan una vez más para formar conjuntos individuales.
En los musgos y las hepáticas, el gametofito es relativamente grande y el esporofito es una estructura mucho más pequeña que nunca se separa del gametofito. En los helechos , las gimnospermas y las plantas con flores (angiospermas), los gametofitos son relativamente pequeños y el esporofito es mucho más grande. En las gimnospermas y las plantas con flores, el megagametofito está contenido dentro del óvulo (que puede convertirse en una semilla) y el microgametofito está contenido dentro de un grano de polen .
A diferencia de los animales, las plantas son inmóviles y no pueden buscar parejas sexuales para reproducirse. En la evolución de las primeras plantas, los medios abióticos, incluido el agua y mucho más tarde, el viento, transportaron los espermatozoides para la reproducción. Las primeras plantas eran acuáticas , como se describe en la página Historia evolutiva de las plantas , y liberaban espermatozoides libremente en el agua para que las corrientes los llevaran. Las plantas terrestres primitivas, como las hepáticas y los musgos, tenían espermatozoides móviles que nadaban en una fina película de agua o se salpicaban en gotas de agua desde los órganos reproductores masculinos hasta los femeninos. A medida que evolucionaron plantas más altas y complejas, se produjeron modificaciones en la alternancia de generaciones. En la era Paleozoica , las progimnospermas se reproducían utilizando esporas dispersadas por el viento. Las plantas con semillas, incluidos los helechos con semillas , las coníferas y las cordaítas , que eran todas gimnospermas , evolucionaron hace 350 millones de años. Tenían granos de polen que contenían los gametos masculinos para la protección del esperma durante el proceso de transferencia de las partes masculinas a las femeninas.
Se cree que los insectos se alimentaban del polen, y las plantas evolucionaron para utilizar a los insectos para transportar activamente el polen de una planta a la siguiente. Las plantas productoras de semillas, que incluyen las angiospermas y las gimnospermas, tienen una alternancia heteromórfica de generaciones con grandes esporofitos que contienen gametofitos muy reducidos. Las angiospermas tienen órganos reproductores distintivos llamados flores, con carpelos , y el gametofito femenino se reduce en gran medida a un saco embrionario femenino, con tan solo ocho células. Cada grano de polen contiene un gametofito masculino muy reducido que consta de tres o cuatro células. Los espermatozoides de las plantas con semillas no son móviles, a excepción de dos grupos de plantas más antiguos, las Cycadophyta y las Ginkgophyta , que tienen flagelos.
Las plantas con flores , el grupo de plantas dominante, [9] : 168 se reproducen tanto por medios sexuales como asexuales. Su característica distintiva es que sus órganos reproductores están contenidos en flores . La reproducción sexual en plantas con flores implica la producción de gametofitos masculinos y femeninos separados que producen gametos .
La antera produce granos de polen que contienen gametofitos masculinos . Los granos de polen se adhieren al estigma en la parte superior de un carpelo , en el que se encuentran los gametofitos femeninos (dentro de los óvulos). Las plantas pueden autopolinizarse o polinizarse de forma cruzada . La transferencia de polen (los gametofitos masculinos) a los estigmas femeninos se llama polinización . Después de que ocurre la polinización, el grano de polen germina para formar un tubo polínico que crece a través del estilo del carpelo y transporta núcleos masculinos al óvulo para fertilizar el óvulo y la célula central dentro del gametofito femenino en un proceso denominado doble fertilización . El cigoto resultante se desarrolla en un embrión, mientras que el endospermo triploide (un espermatozoide más una célula femenina binucleada) y los tejidos femeninos del óvulo dan lugar a los tejidos circundantes en la semilla en desarrollo. Los óvulos fertilizados se convierten en semillas dentro de un fruto formado a partir del ovario. Cuando las semillas están maduras, pueden dispersarse junto con el fruto o liberarse de él por diversos medios para que germinen y crezcan hasta la siguiente generación.
Las plantas que utilizan insectos u otros animales para trasladar el polen de una flor a la siguiente han desarrollado partes de la flor muy modificadas para atraer a los polinizadores y facilitar el traslado del polen de una flor al insecto y del insecto a la siguiente flor. Las flores de las plantas polinizadas por el viento tienden a carecer de pétalos y/o sépalos; normalmente se producen grandes cantidades de polen y la polinización suele producirse a principios de la temporada de crecimiento, antes de que las hojas puedan interferir con la dispersión del polen. Muchos árboles y todas las hierbas y juncos son polinizados por el viento.
Las plantas tienen distintos medios para atraer a los polinizadores, entre ellos el color, el aroma, el calor, las glándulas de néctar, el polen comestible y la forma de las flores. Además de las modificaciones que afectan a las estructuras mencionadas, hay otras dos condiciones que desempeñan un papel muy importante en la reproducción sexual de las plantas con flores: la primera es el momento de la floración y la otra es el tamaño o la cantidad de flores producidas. A menudo, las especies de plantas tienen unas pocas flores grandes y muy vistosas, mientras que otras producen muchas flores pequeñas; a menudo, las flores se agrupan en grandes inflorescencias para maximizar su efecto visual y hacerse más visibles para los polinizadores que pasan por allí. Las flores son estrategias de atracción y las expresiones sexuales son estrategias funcionales que se utilizan para producir la siguiente generación de plantas, y los polinizadores y las plantas han coevolucionado, a menudo en grados extraordinarios, y muy a menudo se han beneficiado mutuamente.
La familia más grande de plantas con flores es la de las orquídeas ( Orchidaceae ), que algunos especialistas estiman que incluye hasta 35.000 especies [10] , que a menudo tienen flores altamente especializadas que atraen a determinados insectos para la polinización. Los estambres están modificados para producir polen en racimos llamados polinias , que se adhieren a los insectos que se arrastran hacia la flor. Las formas de las flores pueden obligar a los insectos a pasar por el polen, que está "pegado" al insecto. Algunas orquídeas son incluso más especializadas, con formas de flores que imitan la forma de los insectos para atraerlos a intentar "aparearse" con las flores, algunas incluso tienen aromas que imitan las feromonas de los insectos .
Otro gran grupo de plantas con flores es la familia de las Asteraceae o girasol con cerca de 22.000 especies, [11] que también tienen inflorescencias muy modificadas compuestas de muchas flores individuales llamadas floretes. Las cabezuelas con floretes de un sexo, cuando las flores son pistiladas o funcionalmente estaminadas o formadas por floretes bisexuales, se denominan homógamas y pueden incluir cabezuelas de tipo discoide y ligulifloro. Algunas cabezuelas radiadas también pueden ser homógamas. Las plantas con cabezuelas que tienen floretes de dos o más formas sexuales se denominan heterógamas e incluyen formas de cabezuela radiadas y disciformes.
Los helechos suelen producir grandes diploides con tallo, raíces y hojas. En las hojas fértiles se producen esporangios , agrupados en soros y a menudo protegidos por un indusio . Si las esporas se depositan sobre un sustrato húmedo adecuado, germinan para producir gametofitos cortos, delgados y de vida libre llamados prótalos que suelen tener forma de corazón, son pequeños y de color verde. Los gametofitos producen tanto espermatozoides móviles en los anteridios como óvulos en arquegonios separados . Después de las lluvias o cuando el rocío deposita una película de agua, los espermatozoides móviles se alejan de los anteridios, que normalmente se producen en la parte superior del talo, y nadan en la película de agua hasta los anteridios, donde fecundan el óvulo. Para promover el cruce o la fecundación cruzada, el esperma se libera antes de que los óvulos sean receptivos al esperma, lo que aumenta la probabilidad de que el esperma fertilice los óvulos de los diferentes talos. Después de la fecundación se forma un cigoto , que crece hasta convertirse en una nueva planta esporófita. La condición de tener plantas esporófitas y gametófitas separadas se llama alternancia de generaciones . Otras plantas con estrategias reproductivas similares incluyen Psilotum , Lycopodium , Selaginella y Equisetum .
Las briofitas , que incluyen hepáticas , antoceros y musgos , pueden reproducirse tanto sexual como vegetativamente . Los ciclos de vida de estas plantas comienzan con esporas haploides que crecen hasta la forma dominante, que es un gametofito haploide multicelular, con estructuras taloides o similares a hojas que realizan la fotosíntesis . El gametofito es la fase más conocida de la planta. Las briofitas son típicamente plantas pequeñas que crecen en lugares húmedos y, como los helechos, tienen espermatozoides móviles que nadan hasta el óvulo utilizando flagelos y, por lo tanto, necesitan agua para facilitar la reproducción sexual. Las briofitas muestran una variación considerable en sus estructuras reproductivas, y un esquema básico es el siguiente: Los gametos haploides se producen en anteridios y arquegonios por mitosis. Los espermatozoides liberados de los anteridios responden a las sustancias químicas liberadas por los arquegonios maduros y nadan hacia ellos en una película de agua y fertilizan los óvulos, produciendo así cigotos que son diploides. El cigoto se divide repetidamente por división mitótica y crece hasta convertirse en un esporofito diploide. El esporofito diploide multicelular resultante produce cápsulas de esporas llamadas esporangios . Las esporas se producen por meiosis y, cuando maduran, las cápsulas se abren para liberar las esporas. En algunas especies, cada gametofito es de un sexo , mientras que otras especies pueden ser monótonas y producir anteridios y arquegonios en el mismo gametofito, que, por lo tanto, es hermafrodita . [12]
Uno de los resultados de la reproducción de las plantas es la generación de semillas, esporas y frutos [13] que permiten a las plantas trasladarse a nuevas ubicaciones o nuevos hábitats. [14]
Las plantas no tienen sistemas nerviosos ni voluntad para actuar. Aun así, los científicos pueden observar mecanismos que ayudan a sus descendientes a prosperar a medida que crecen. Todos los organismos tienen mecanismos para aumentar la supervivencia de sus descendientes. [15]
El cuidado de las crías se observa en la Mammillaria hernandezii , un pequeño cactus que se encuentra en México. Un cactus es un tipo de suculenta, lo que significa que retiene agua cuando está disponible para futuras sequías. M. hernandezii también almacena una parte de sus semillas en su tallo y libera el resto para crecer. [16] Esto puede ser ventajoso por muchas razones. Al retrasar la liberación de algunas de sus semillas, el cactus puede protegerlas de posibles amenazas de insectos, herbívoros o moho causado por microorganismos. Un estudio encontró que la presencia de agua adecuada en el medio ambiente hace que M. Hernandezii libere más semillas para permitir la germinación. La planta pudo percibir un gradiente de potencial hídrico en los alrededores y actuar dando a sus semillas una mejor oportunidad en este entorno preferible. [17] Esta estrategia evolutiva da un mejor resultado potencial para la germinación de las semillas.
Medios relacionados con Reproducción de plantas en Wikimedia Commons