Biología Vegetal, Universidad Veracruzana, Otoño 2015. Fátima A. Rasgado Bonilla




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Biología Vegetal, Universidad Veracruzana, Otoño 2015. Fátima A. Rasgado Bonilla

UNIDAD 1. LOS VEGETALES


UNIDAD 1. LOS VEGETALES

    1. Introducción a la diversidad de las plantas.

Las plantas son organismos vivos autótrofos, que han desarrollado diferentes formas biológicas y estructuras anatómicas. Esta variedad de formas existentes es resultado de acontecimientos o causas de diversa índole; eventos geológicos como la deriva continental, la recombinación genética, la dispersión, el aislamiento por las barreras geográficas (océanos) y los graduales procesos de adaptación a los diferentes tipos de ambiente a través de un largo proceso evolutivo que incluyó eventos de selección natural, dieron lugar a la especiación en los organismos vegetales.

Al ser organismos sésiles (no se trasladan de un lugar a otro como los animales) han tenido que desarrollar diversas formas y estrategias que les permitan obtener la energía del sol para realizar la fotosíntesis. Así mismo, han perfeccionado estructuras anatómicas determinadas, para la absorción de agua y de los nutrientes minerales disponibles en el suelo.

En los diferentes ecosistemas que existen en la tierra podemos observar una variedad de plantas, con formas y colores variados. A esta multiplicidad en la forma y color podemos llamarla diversidad.plant-diversity

¿Qué es la diversidad biológica?

La diversidad biológica se refiere a la variedad de formas de vida que pueden existir en la Tierra. Así podemos encontrar variedad de genes, especies, ecosistemas y etnias entre otros. Cada ecosistema en el planeta cuenta con una gama de diferentes plantas, hongos, líquenes, virus, bacterias y animales con características propias, las cuales surgieron del largo proceso evolutivo que ha tenido cada organismo, alrededor 3000 millones de años.

Diversidad vegetal

Cuando hablamos de diversidad vegetal nos referimos a los tipos de vegetación terrestre que existen.

Las plantas son organismos muy complejos y hay millones de plantas de diferentes especies, algunas de las cuales no han sido descubiertas aún y mucho menos estudiadas todavía.

¿Y qué es una especie?

Existen varias definiciones y conceptos para definir una especie, ya que se toman en cuenta muchos factores para delimitar este concepto. Algunos de ellos definen a las especies desde el punto de vista biológico, morfológico, fenético y paleontológico. Para tener una idea de lo complicado que ha sido para los biólogos y en particular para los que se dedican a los aspectos evolutivos, para 1997 ya existían 22 conceptos diferentes de especie.

El concepto biológico de especie por ejemplo, define a una especie como:

“Aquellos miembros de poblaciones naturales que se reproducen entre ellas y están reproductivamente aisladas de otros grupos similares. Es una colección reproductivamente cohesiva de poblaciones” (Mayr, 2000).

Este concepto sin embargo, trae consigo varias dificultades, ya que únicamente toma en cuenta a los organismos que se reproducen de manera sexual, dejando de lado la reproducción asexual. Así mismo, no toma en cuenta la hibridación ocasional entre los miembros de la misma población. Por otro lado, suele ocurrir que algunos organismos que tienen apariencia similar no sean de la misma especie.

Especies vegetales

Para 1992 (Groombridge) se tenía un estimado de 262, 600 especies vegetales entre pteridofitas, gimnospermas y angiospermas. Sin embargo, el estimado actual del número de especies vegetales varía mucho de una fuente a otra.

GRUPO VEGETAL

NÚMERO DE ESPECIES ESTIMADAS

Pteridofitas

12 000

Gimnospermas

600

Angiospermas

250 000

Tomado de Groombridge, 1992.

La BGCI (Botanic Gardens Conservation International) o Asociación Internacional de Jardines Botánicos para la Conservación, estimó un total de 400,000 especies vegetales en 2008 (http://www.bgci.org/policy/1521/?sec=ourwork&id=1521). En “The Plant List” un sitio donde se incluye la lista de todas las especies vegetales conocidas hasta ahora (creado por el Royal Botanical Garden, el Missouri Botanical Garden, el Kew Botanical Garden y otros sitios internacionales de información sobre algunas familias botánicas y otros jardines botánicos en el mundo), se tiene aceptadas a 350, 699 especies vegetales (http://www.theplantlist.org/).

En una publicación de “Nature” de 2011 (http://www.nature.com/news/2011/110823/full/news.2011.498.html), en la cual se refiere a un nuevo método para cuantificar el número de especies a nivel mundial, entre los diferentes organismos, se estima un total de 298, 000 especies vegetales.

Cada día se descubren nuevas especies vegetales y cada día se extinguen otras más, el número de estudios y listados florales en las diversas regiones del mundo es limitado, pues los recursos económicos son insuficientes para cubrir este tipo de investigaciones. La extinción es parte del proceso evolutivo natural de las especies, sin embargo la fuerte actividad antropocéntrica ha llevado a las mayores tasas de extinción en la actualidad. En el caso de las plantas las pérdidas mayores ocurren en las selvas tropicales donde se encuentran el mayor número de especies identificadas.

Pérdida de la diversidad

La mayor parte de la pérdida de especies vegetales se debe a las actividades humanas, algunas de ellas como el aumento de la población repercuten en el deterioro o la fragmentación de los ecosistemas. Así mismo, el incremento de las áreas agrícolas y pecuarias, la industria, el cambio climático, la introducción de especies forasteras y las actividades forestales, son de los mayores problemas que ocasionan la extinción de las especies.

¿De qué manera podemos conservar la diversidad vegetal?

Existen algunos lugares en los cuales podemos almacenar diferentes especies vegetales, como los bancos de germoplasma, jardines botánicos, herbarios, parques nacionales, parques forestales, áreas naturales protegidas, reservas ecológicas, reservas de la biósfera, cuencas hidrográficas, entre otras . En estos sitios se resguardan, mantienen y conservan especies vegetales que incluyen a las especies silvestres, cultivadas, malas hierbas, variedades de cultivares nuevos y antiguos. A continuación se describen brevemente algunos de estos sitios de conservación de la diversidad vegetal.

Bancos de germoplasma:

Son centros de investigación donde se conservan especies vegetales ex situ en forma de colecciones vivas, el material vegetal conservado pueden ser semillas o cultivos in vitro.

Jardines Botánicos:

Son sitios con determinada extensión de terreno, en los cuales se cultivan diferentes especies de plantas de la región o de otras regiones. Son de relevante importancia ya que permiten el desarrollo de investigación, la mayoría de ellos están asociados a instituciones educativas que realizan investigación botánica y tienen interacción con los herbarios. Así mismo, tienen la importante misión de servir como lugares de aprendizaje, debido a que en ellos se realizan actividades educativas a nivel básico, medio y superior. La belleza de muchos jardines botánicos provoca el interés por el conocimiento y cuidado de las plantas.

Herbarios:

Están formados por colecciones de plantas que previamente fueron prensadas, secadas, preservadas y montadas en cartulina, y que cuentan con su clasificación taxonómica correspondiente algunas hasta llegar a la determinación de género y epíteto específico (especie).

El fin común en los herbarios es el conocimiento de la flora a nivel local, regional o mundial, dándose principal atención a la flora nacional de cada país. Dentro de sus funciones está el de ser referencia para identificación, determinación y reconocimiento de especies de plantas, especialmente por los investigadores especializados en este campo de la botánica, los taxónomos. Sirven además como centros de enseñanza didáctica de las diferentes especies vegetales, como centros de depósito de nuevas colecciones botánicas, proveen de material genético para análisis moleculares, proveen de información para revisiones y monografías, proveen de modelos para ilustración botánica, proporcionan material para exploraciones nuevas, así como la información de la distribución geográfica de las especies y sus hábitats.

Algunos herbarios se especializan en determinado grupo de plantas, ya sea en plantas con interés económico, plantas medicinales, cultivadas, malezas, hospederas de plagas y enfermedades o de interés ecológico.

Parques Nacionales:

Áreas de gran extensión donde de manera natural podemos encontrar diversas especies vegetales y animales (entre otras). Cuentan con características únicas como la existencia de diversos ecosistemas dentro de la misma extensión, algunos de los cuales no han sido afectados por las actividades humanas. En ellos podemos observar variantes genéticas de plantas silvestres y compararlas con aquellos parientes vegetales que han sido domesticadas.

La denominación de parque nacional es designada por las autoridades correspondientes de cada país, con el fin de formar parte del patrimonio nacional.

Áreas naturales protegidas:

De acuerdo a la definición de la CONAMP (Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas), “son las zonas del territorio nacional y aquellas sobre las que la nación ejerce su soberanía y jurisdicción en donde los ambientes originales no han sido significativamente alterados por la actividad del ser humano o que requieren ser preservadas o restauradas” (http://www.conanp.gob.mx/regionales/).

Reservas de la biosfera:

Son sitios ecológicos de gran importancia para la conservación de las especies, algunos están incluidos dentro de los programas de conservación de las áreas naturales protegidas de México y de algunos organismos internacionales dedicados a la conservación biológica. Estos sitios tienen especial protección por los gobiernos nacionales debido a la relevancia biológica, ecológica y geográfica por las formas de vida silvestre que alberga. Otra importante labor que cumplen es servir como sitios de estudio en los trabajos de investigación, que realizan diversos centros e instituciones. Algunos ejemplos de reservas en México son:

  • Calakmul (Campeche)

  • El Pinacate y Gran Desierto de Altar (inmerso en el desierto de Sonora)

  • El Triunfo (Chiapas)

  • Isla Guadalupe (Complejo insular de Baja California)

  • Isla San Pedro Mártir (Complejo insular de Baja California)

  • Los Tuxtlas (Veracruz)

  • Mariposa Monarca (entre los estados de México y Michoacán)

  • Pantanos de Centla (Tabasco)

  • Sierra de Manantlán (Jalisco)

  • Sierra Gorda (Querétaro)

  • Tehuacán-Cuicatlán (entre los estados de Puebla y Oaxaca)

  • Tiburón Ballena (Quintana Roo)

  • Zona marina Bahía de los Ángeles, canales de ballenas y de Salsipuedes (Baja California y Golfo de California)

Sistemas de clasificación vegetal

Los vegetales están formados por estructuras básicas que los distinguen como tales y que les han proporcionado su permanencia en la tierra. Estas estructuras son las raíces, el tallo, y las hojas principalmente, las cuales varían entre especies vegetales. En la clasificación de los diferentes organismos vegetales, se tomaron en cuenta las características morfológicas similares y de esta manera surgieron los primeros sistemas de clasificación del reino vegetal.


Clasificación del Reino Plantae


La variedad de especies vegetales existentes, fue una de las causas por las cuales los naturalistas de hace algunos siglos y estudiosos de la botánica decidieron crear un sistema de clasificación, que les permitiera nombrar a las diferentes especies y de esa forma poder distinguir entre unas y otras.

Al estudio de la diversidad biológica y su historia evolutiva se denomina Sistemática. El objetivo de la sistemática es descubrir todas las ramas del árbol filogenético de la vida, el árbol genealógico que representa las relaciones genealógicas de los organismos, con una sola especie ancestral en su base. Un aspecto importante de la sistemática es la identificación mediante el uso de la Taxonomía de nombres y clasificación de especies. Así, la taxonomía y la nomenclatura son dos ramas importantes de la sistemática.

La taxonomía proporciona los principios y procedimientos para realizar una clasificación, ya que siguiendo diferentes principios podemos obtener diferentes clasificaciones.

La nomenclatura crea nombres para designar a las plantas o grupos de plantas (taxa). La creación de los nombres está regulada por un conjunto de normas reunidas en el Código Internacional de Nomenclatura Botánica, ICBN por sus siglas en inglés (http://www.iapt-taxon.org/nomen/main.php).

Para poder desarrollar mejor una buena sistemática y taxonomía es importante establecer las diferencias entre identificar y determinar taxonómicamente.

Identificar: taxonómicamente hablando, se refiere a la comparación del organismo que se quiere clasificar, con pliegos de herbario por simple confrontación.

Determinar: ordenar especies desconocidas por medio de claves dicotómicas, comparación con tratamientos taxonómicos y comparación con especies correctamente determinadas por especialistas.

Los primeros intentos de clasificación los hicieron los griegos y los romanos (Teofrasto, Platón, Aristóteles, Plinio y Dioscórides), basándose principalmente en las características de crecimiento. Después se consideraron otros parámetros de clasificación, en base a diferentes caracteres morfológicos. El moderno sistema de clasificación de los seres vivos comenzó en el siglo XVIII y fue ideado por el naturalista sueco Carl Linnaeus (Carlos Lineo), quien ambicionaba nombrar y describir todos los tipos conocidos de plantas, animales y minerales. En 1753 Lineo publicó una obra de dos volúmenes titulada “Species Plantarum” (Las clases de las plantas), en la que se describía cada especie en latín descriptivo.

Calendula officinalis: La palabra caléndula hace referencia al periodo largo de floración y officinalis al uso medicinal de la planta. Algunas otras especies que llevan el mismo epíteto específico son Rosmarinus officinalis (romero), Salvia officinalis (salvia), Melissa officinalis (melisa, toronjil u hoja limón).

Allium sativum: Allium “quemar” hace referencia al fuerte olor de la planta y sativum hace mención a su carácter como planta cultivada. Algunos ejemplos del epíteto específico son Pisum sativum (chícharo, guisante, arveja), Lepidium sativum (mastuerzo o berro hortelano), Coriandrum sativum (cilantro).

El sistema propuesto por Lineo se basaba en la clasificación por medio de estructuras reproductoras y el reducir el nombre de las especies, aun binomio que sintetizara las características de la planta. De esta manera el nombre binomial constaba de un género y de un epíteto específico o especie.

En Biología el término de especie designa a una categoría taxonómica subordinada a otras categorías, género, familia, orden, clase, etc. Y por otro lado designa a todos aquellos taxones (organismos emparentados) que pertenecen a esa categoría.

Los principios taxonómicos aplicados en la actualidad a las plantas ordenan a éstas en un sistema jerarquizado: la jerarquía taxonómica. Los diferentes niveles de la jerarquía taxonómica se denominan categorías taxonómicas, los grupos taxonómicos en sí constituyen las unidades taxonómicas o taxa.

Si se consideran grupos taxonómicos en general, independientemente del rango, se utiliza el término taxón (en plural taxa). Un taxón se define como un grupo taxonómico, de cualquier categoría o rango jerarquizados de la siguiente manera:

DIVISIÓN

CLASE

SUBCLASE

ORDEN

SUBORDEN

FAMILIA

SUBFAMILIA

TRIBU

GÉNERO

ESPECIE

SUBESPECIE

VARIEDAD

FORMA

Las categorías más importantes son especie, género, familia, clase, división o phyllum y reino.

Clasificación taxonómica de Zea mays L.

CATEGORÍA

TAXÓN

Reino

Plantae

Phylum (División)

Anthophyta

Clase

Equisetopsida

Orden

Poales

Familia

Poaceae

Género

Zea

Especie

Mays

    1. Estructura de un vegetal.

En apariencia muchas plantas no parecen tener algunas similitudes, por ejemplo, un cactus, una orquídea y un árbol de castaño. Aunque las semejanzas no parecen obvias, las plantas tienen una unidad básica en su estructura, los meristemos.

Meristemos


Meristemo apical del brote
Después de la germinación de las semillas, poco a poco el cuerpo de la planta se va desarrollando debido a la actividad de los tejidos meristemáticos. Los tejidos meristemáticos son regiones abultadas de pequeñas células con citoplasma denso y proporcionalmente núcleos grandes que actúan como las células madre en los animales. Tienen capacidad totipotencial, cuando estas células se dividen dan lugar a una célula meristemática y otra célula que se diferenciará y contribuirá a formas el cuerpo de la planta. De esta forma las células meristemáticas se renuevan constantemente.

El alargamiento del brote y de la raíz se debe a las continuas divisiones celulares y la posterior elongación de las células producidas por los meristemos apicales. En algunas plantas vasculares, árboles y arbustos los meristemos laterales pueden producir un aumento en la circunferencia del tallo.

Los meristemos apicales se encuentran en las puntas de los tallos y en las puntas de las raíces, justo detrás de la cofia. El crecimiento primario es producido por los meristemos apicales. Los tejidos de las plantas que fueron formados por crecimiento primario se les denominan tejidos primarios.

El alargamiento celular de la raíz y el tallo se le conoce como crecimiento primario y a este cuerpo joven en las plantas se le conoce como cuerpo primario.

Al ser zonas muy delicadas y de relevante importancia los meristemos apicales del tallo y la raíz necesitan cierto tipo de protección. El meristemo de la raíz está protegido desde el momento en que surge, por una región celular llamada cofia. Las células de la cofia son producidas por el meristemo de la raíz, estas células se desprenden y son reemplazadas durante el movimiento de la raíz en el suelo.


Cotiledón

Epicotilo

Hipocotilo
Durante la germinación de las semillas las regiones del epicotilo (región arriba de los cotiledones) y del hipocotilo (región debajo de los cotiledones) pueden doblarse y de esta manera proteger al meristemo apical del tallo. En las monocotiledóneas algunas pueden presentar una estructura llamada coleóptilo, la cual es un tejido de recubrimiento de la parte aérea de la nueva planta y por ende del meristemo apical del tallo. http://www.lahuertinadetoni.es/wp-content/uploads/2015/04/planta_saliendo_de_una_semilla-1280x800.jpg

Las plantas como las conocemos comúnmente están formadas por tres partes importantes la raíz, el tallo y las hojas. Cada uno de estos órganos cumple una función específica en las plantas.

La raíz es la región que está en contacto con el suelo y no visible. Una de las funciones principales de la raíz es dar sostén a la planta, mantenerla fija al suelo. Además de la fijación, las raíces son las encargadas de la absorción del agua y de las sales minerales disponibles en el suelo. Después de absorber el agua y los minerales necesarios, la raíz traslada estos recursos a la parte aérea de la planta. También funciona como órgano de almacenamiento de carbohidratos en forma de almidones.

El tallo es la parte de las plantas que se encarga de conducir mediante tejidos conductores el agua y nutrientes a la parte aérea de la planta. Da sostén a hojas, flores y frutos; conecta a la raíz con las hojas; presenta estructuras que dan origen a nuevas ramas y hojas. En los tallos de gimnospermas y algunas angiospermas llegan a existir células que pueden generar crecimiento secundario.

Las hojas son las encargadas de la respiración y transpiración (intercambio gaseoso) en las plantas. Así mismo, fijan la energía solar, ya que dentro de ellas se encuentran las células con capacidad fotosintética.

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