La reproducción vegetal es la producción de nuevas crías en las plantas, que puede realizarse 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 padres. 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 madre 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 mediante gemación , fragmentación , formación de esporas , regeneración y propagación vegetativa .
La reproducción asexual es un tipo de reproducción donde la descendencia proviene de un solo progenitor, heredando así las características de éste. La reproducción asexual en las plantas se da en dos formas fundamentales, la reproducción vegetativa y la agamospermia . [1] La reproducción vegetativa implica una pieza vegetativa de la planta original que produce nuevos individuos mediante gemación, macollamiento , etc. y se distingue de la apomixis , que es un reemplazo de la reproducción sexual, y en algunos casos involucra semillas. La apomixis ocurre en muchas especies de plantas como los dientes de león ( especies de 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, por lo general, 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 perenneizar las plantas, permitiéndoles sobrevivir de una temporada a la siguiente y, a menudo, facilitando su expansión de tamaño. Una planta que persiste en un lugar mediante la reproducción vegetativa de individuos da origen 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 recorrer durante la reproducción vegetativa es limitada, aunque algunas plantas pueden producir ramets a partir de rizomas o estolones ramificados que cubren un área amplia, a menudo en solo unas pocas temporadas de crecimiento. En cierto sentido, este proceso no es de reproducción sino de supervivencia y expansión de la biomasa del individuo. Cuando un organismo individual aumenta de tamaño mediante la multiplicación celular y permanece intacto, el proceso se denomina crecimiento vegetativo. Sin embargo, en la reproducción vegetativa, las nuevas plantas que resultan 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 padres a hijos. Es poco común que los patógenos se transmitan desde la planta a sus semillas (en reproducción sexual o en apomixis), aunque hay ocasiones en las que ocurre. [2] [ página necesaria ]
Las semillas generadas por apomixis son un medio de reproducción asexual, implicando la formación y dispersión de semillas que no se originan a partir de la fertilización de los embriones . Hawkweeds ( Hieracium ), dientes de león ( Taraxacum ), algunas especies de cítricos y pasto 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] Otras formas de apomixis también ocurren 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 como nuevas plantas, por ejemplo, polipodia , iris , grama y ortigas .
Los tallos aéreos postrados, llamados estolones o estolones , son importantes órganos de reproducción vegetativa en algunas especies, como la fresa , numerosas gramíneas y algunos helechos .
Las yemas adventicias se forman en raíces cercanas a la superficie del suelo, en tallos dañados (como en los tocones de árboles cortados) o en raíces viejas. Estos se convierten en tallos y hojas aéreas. Una forma de brotación llamada retoño es la reproducción o regeneración de una planta mediante brotes que surgen de un sistema de raíces existente . Las especies que característicamente producen retoños 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 a los bulbos .
Las gemas son células individuales o masas de células que se desprenden de las plantas para formar nuevos individuos clonales. Estos son comunes en hepáticas y musgos y en la generación de gametofitos de algunos helechos vaporosos . También están presentes en algunos musgos Club como Huperzia lucidula . [5] También se encuentran en algunas plantas superiores como las 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, que incluyen: corte, injerto, brotación, acodo, división , seccionamiento de rizomas, raíces, tubérculos, bulbos. , estolones, macollos, etc., y la propagación artificial mediante clonación de tejidos en laboratorio . Los métodos asexuales se utilizan con mayor frecuencia para propagar cultivares con características individuales deseables que no se obtienen a partir de la semilla. [6] La propagación de árboles frutales se realiza frecuentemente mediante gemación o injerto de cultivares deseables ( clones ), en portainjertos que también son clones, propagados por defecación .
En horticultura, un esqueje es una rama que se ha cortado de una planta madre 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 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 yema 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 que ya tienen raíces; a veces, el patrón se utiliza para hacer enanas 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 de plantas. Cuando un clon se cultiva en diversas condiciones, las diferencias en el crecimiento pueden atribuirse a efectos ambientales en lugar de diferencias genéticas. [7]
La reproducción sexual implica dos procesos fundamentales: la meiosis , que reordena los genes y reduce el número de cromosomas , y la fertilización , que restablece el cromosoma a un número diploide completo . Entre estos dos procesos, varían diferentes tipos de plantas y algas , pero muchas de ellas, incluidas todas las plantas terrestres , sufren alternancia de generaciones , con dos estructuras (fases) multicelulares 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 único 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 mega gametofitos (mega = grandes, producen óvulos grandes) y los gametofitos masculinos se llaman micro gametofitos (micro = pequeños, producen espermatozoides pequeños).
La fusión de gametos masculinos y femeninos (fertilización) produce un cigoto diploide , que se desarrolla mediante divisiones celulares mitóticas hasta convertirse en un esporofito multicelular.
El esporofito maduro produce esporas por meiosis, a veces denominada división reductora porque los pares de cromosomas se separan una vez más para formar conjuntos únicos.
En musgos y hepáticas, el gametofito es relativamente grande y el esporofito es una estructura mucho más pequeña que nunca se separa del gametofito. En los helechos , gimnospermas y plantas con flores (angiospermas), los gametofitos son relativamente pequeños y el esporofito es mucho más grande. En las gimnospermas y 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 plantas primitivas, los medios abióticos, incluido el agua y mucho más tarde el viento, transportaban el esperma para su reproducción. Las primeras plantas eran acuáticas , como se describe en la página Historia evolutiva de las plantas , y liberaban esperma libremente en el agua para ser transportado por las corrientes. Las plantas terrestres primitivas, como las hepáticas y los musgos, tenían espermatozoides móviles que nadaban en una fina película de agua o salpicaban gotas de agua desde los órganos reproductores masculinos hasta los órganos 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 mediante esporas dispersadas por el viento. Las plantas con semillas, incluidas las semillas de helechos , coníferas y cordaítas , que eran todas gimnospermas , evolucionaron hace 350 millones de años. Tenían granos de polen que contenían gametos masculinos para proteger los espermatozoides durante el proceso de transferencia de las partes masculinas a las femeninas.
Se cree que los insectos se alimentaban del polen y, por lo tanto, las plantas evolucionaron para utilizar insectos para transportar activamente el polen de una planta a otra. Las plantas productoras de semillas, que incluyen las angiospermas y las gimnospermas, tienen una alternancia heteromórfica de generaciones con esporofitos grandes que contienen gametofitos muy reducidos. Las angiospermas tienen órganos reproductivos 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, Cycadophyta y 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 encima de un carpelo , en el que se ubican los gametofitos femeninos (dentro de los óvulos). Las plantas pueden autopolinizarse o polinizarse de forma cruzada . La transferencia del polen (los gametofitos masculinos) a los estigmas femeninos se denomina 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 los 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 convierte en un embrión, mientras que el endospermo triploide (un espermatozoide más una célula femenina binucleada) y los tejidos femeninos del óvulo dan origen 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 germinar y crecer hasta la siguiente generación.
Las plantas que utilizan insectos u otros animales para mover el polen de una flor a la siguiente han desarrollado partes florales muy modificadas para atraer a los polinizadores y facilitar el movimiento 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 o sépalos; normalmente se producen grandes cantidades de polen y la polinización a menudo ocurre temprano en la temporada de crecimiento antes de que las hojas puedan interferir con la dispersión del polen. Muchos árboles y todos los pastos y juncos son polinizados por el viento.
Las plantas tienen varios medios diferentes para atraer a los polinizadores, incluidos el color, el aroma, el calor, las glándulas de néctar, el polen comestible y la forma de la flor. Junto con las modificaciones que involucran las estructuras anteriores, otras dos condiciones juegan 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 número de flores producidas. A menudo, las especies de plantas tienen algunas flores grandes y muy llamativas, mientras que otras producen muchas flores pequeñas; a menudo las flores se agrupan en grandes inflorescencias para maximizar su efecto visual, haciéndose más visibles para los polinizadores que pasan. Las flores son estrategias de atracción y las expresiones sexuales son estrategias funcionales utilizadas para producir la próxima generación de plantas, y los polinizadores y las plantas han coevolucionado, a menudo en grados extraordinarios, y muy a menudo se benefician 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 insectos particulares para la polinización. Los estambres se modifican para producir polen en racimos llamados polinias , que se adhieren a los insectos que se arrastran hacia el interior de 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 aún más especializadas, con formas de flores que imitan la forma de los insectos para atraerlos e intentar "acoplarse" con las flores; algunas incluso tienen aromas que imitan las feromonas de los insectos .
Otro gran grupo de plantas con flores es la familia Asteraceae o girasol con cerca de 22.000 especies, [11] que también tienen inflorescencias altamente modificadas compuestas de muchas flores individuales llamadas floretes. Las cabezas con floretes de un sexo, cuando las flores son pistiladas o funcionalmente estaminadas o constituidas por floretes bisexuales, se denominan homógamas y pueden incluir cabezas de tipo discoide y liguliflora. Algunas cabezas irradiadas también pueden ser homógamas. Las plantas con cabezas que tienen floretes de dos o más formas sexuales se denominan heterógamas e incluyen formas de cabeza 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 muchas veces protegidos por un indusio . Si las esporas se depositan en un sustrato húmedo adecuado, germinan para producir gametofitos cortos, delgados y de vida libre llamados protalos que suelen tener forma de corazón, pequeños y de color verde. Los gametofitos producen espermatozoides móviles en los anteridios y 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 fertilizan el óvulo. Para promover el cruce o la fertilización cruzada, los espermatozoides se liberan antes de que los óvulos sean receptivos de los espermatozoides, lo que hace que sea más probable que los espermatozoides fertilicen los óvulos de los diferentes talo. Después de la fertilización se forma un cigoto , que crece hasta convertirse en una nueva planta esporofítica. A la condición de tener plantas esporofitas y gametofitas separadas se le llama alternancia de generaciones . Otras plantas con estrategias reproductivas similares incluyen Psilotum , Lycopodium , Selaginella y Equisetum .
Las briofitas , que incluyen hepáticas , hornworts y musgos , pueden reproducirse tanto sexual como vegetativamente . Los ciclos de vida de estas plantas comienzan con esporas haploides que crecen hasta convertirse en 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 comúnmente conocida de la planta. Los briófitos suelen ser 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. Los briófitos 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 por 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 de golpe para liberar las esporas. En algunas especies, cada gametofito es de un sexo , mientras que otras especies pueden ser monoicas , produciendo tanto anteridios como arquegonios en el mismo gametofito, que por tanto es hermafrodita . [12]
Uno de los resultados de la reproducción de las plantas es la generación de semillas, esporas, gemas y otros órganos vegetativos que permiten a las plantas trasladarse a nuevos lugares o hábitats. [ cita necesaria ]
Las plantas no tienen sistema nervioso ni voluntad para sus acciones. 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 la descendencia. [ cita necesaria ]
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 que crezca. [13] Esto puede resultar 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 el entorno y actuar dando a sus semillas una mejor oportunidad en este entorno preferible. [14] Esta estrategia evolutiva ofrece un mejor resultado potencial para la germinación de semillas.
Existen estrategias reproductivas similares que se encuentran tanto en mamíferos como en plantas. Una divergencia entre los dos es que en condiciones ambientales duras, los mamíferos producen menos y más grandes descendientes, [ cita necesaria ] mientras que las plantas producen más semillas. [15]
Medios relacionados con la reproducción de plantas en Wikimedia Commons