Exercicis: La reproducció de les plantes

Anomena els quatre verticils d'una flor completa (càlix, corol·la, androceu i gineceu) i indica les peces i la funció de cadascun.

Diferencia pol·linització i fecundació, indicant què viatja en cada procés, per on i quines estructures florals hi intervenen.

De quina estructura floral prové el fruit i de quina prové la llavor? Posa un exemple de fruit carnós i un altre de sec, indicant quina part mengem en cada cas.

Diferencia flor i inflorescència, i posa un exemple d'inflorescència (capítol del gira-sol, espiga del blat, umbel·la de la pastanaga), explicant quin avantatge pot tenir agrupar moltes flors petites.

Explica què són les flors hermafrodites i les unisexuals, i què són les plantes monoiques i dioiques, amb un exemple de cada cas (blat de moro; kiwi o grèvol).

Què és el nèctar i quines estructures florals el produeixen (nectaris)? Explica el «contracte» que estableix entre la planta i el pol·linitzador (aliment a canvi de transport de pol·len).

Anomena les parts del pericarp d'un fruit carnós (exocarp, mesocarp i endocarp) utilitzant la cirera com a exemple, i explica la diferència entre fruit veritable i fals (pseudofrit: la poma, la maduixa).

Explica què és la germinació i quines tres condicions externes necessita una llavor (aigua, oxigen i temperatura adequada), raonant per què no germinen les llavors guardades en un pot sec.

Descriu el cicle reproductor d'una angiosperma des que un gra de pol·len arriba a l'estigma fins que es forma la llavor: germinació del pol·len, tub pol·línic i doble fecundació (de manera simplificada).

Compara les adaptacions florals de les plantes anemòfiles (pol·linitzades pel vent, com les gramínies) i de les entomòfiles (pol·linitzades per insectes): flors, pol·len, nèctar i eficiència del procés.

Observa la flor en secció de la imatge. a) Indica quins números corresponen a l'androceu i al gineceu, i quines peces formen cadascun. b) Explica la funció de les estructures 4 i 5 durant la reproducció. c) Descriu què els passa a l'estructura 6 i als òvuls que conté després de la fecundació.

Moltes plantes amb flors hermafrodites no es poden autofecundar. Explica dos mecanismes que ho eviten (maduració esglaonada d'estams i estigma, autoincompatibilitat genètica) i raona quin avantatge evolutiu té impedir l'autofecundació encara que s'arrisqui a quedar-se sense llavors.

L'orquídia Ophrys imita una abella femella i atrau els mascles, que pol·linitzen en intentar copular. Explica què és la coevolució entre flor i pol·linitzador, quins trets de la flor (forma, color, olor) participen en l'engany i per què una especialització tan extrema és alhora un avantatge i un risc.

Relaciona l'estructura de cada diàspora amb el seu dispersor: el vil·là del dent de lleó i les ales del fruit de l'arce amb el vent, i el coco amb l'aigua. Explica quins trets (lleugeresa, superfície, flotabilitat) selecciona cada medi i per què dispersar-se lluny de la mare redueix la competència.

La dormició sincronitza la germinació amb l'estació favorable. Explica tres mecanismes que la mantenen (coberta dura impermeable, inhibidors químics, necessitat d'un període de fred —estratificació) i quin senyal trenca cadascun, posant un exemple de planta per a cada mecanisme.

Alguns pins mediterranis conserven les pinyes tancades fins que passa un incendi (serotínia) i certes llavors només germinen amb el fum. Explica en què consisteixen aquestes adaptacions al foc i quin avantatge té germinar just després d'un incendi (sòl lliure, llum, cendres riques en nutrients).

En un parc natural ibèric s'analitzen les diàspores de tres espècies vegetals no identificades (A, B i C):

• La diàspora A posseeix un pericarpi esponjós de baixa densitat amb grans llacunes aeríferes i una cutícula externa cerosa i hidròfoba.

• La diàspora B consta d'una cípsela amb vil·là plomós d'alta superfície específica respecte a la seva massa (0,02 g).

• La diàspora C té un mesocarpi carnós i ensucrat de color vermellós viu, i un endocarpi petri amb lignina resistent a pH àcids i proteases.

1. a) Dedueix la síndrome de dispersió (anemocòria, endozoocòria o hidrocòria) de cada espècie, justificant quin avantatge funcional aporta cada adaptació anatòmica descrita.
2. b) Proposa una espècie de la flora ibèrica representativa per a cadascuna de les tres estratègies descrites.
3. c) Si es construeix una presa que interromp el cabal estacional i fragmenta el bosc de ribera, prediu raonadament quina de les tres poblacions patirà un aïllament genètic més gran i una distància de reclutament de plàntules menor respecte a la planta mare.

Per estudiar l'adaptació a l'aridesa d'una planta anual del sud-est ibèric, es divideixen 400 llavors madures acabades de collir en quatre lots iguals sotmesos a diferents condicions experimentals en placa de Petri a 22 °C:

• Lot 1 (Reg estàndard): Humitejades amb 5 mL d'aigua destil·lada continus. Resultat: 0 % de germinació.

• Lot 2 (Escarificació): Fricció mecànica de la coberta seminal + 5 mL d'aigua destil·lada. Resultat: 4 % de germinació.

• Lot 3 (Pluja torrencial simulada): Rentat continu amb corrent d'aigua durant 48 h (equivalent a 75 mm de precipitació) i posterior repòs humit. Resultat: 88 % de germinació.

• Lot 4 (Pluja escassa simulada): Rentat breu amb 5 mL durant 15 minuts (equivalent a 4 mm de precipitació). Resultat: 2 % de germinació.

1. a) Interpreta els resultats: quin tipus de dormició (física per cobertes o fisiològica per inhibidors químics solubles) presenta l'espècie? Justifica la resposta relacionant-la amb el balanç hormonal entre l'àcid abscísic (ABA) i les giberel·lines.
2. b) Des d'una perspectiva evolutiva, raona per què una mutació que desactivés la dormició i permetés germinar al 100 % de les llavors després d'un pols de pluja de només 4 mm seria seleccionada negativament (estratègia letal) en aquest ambient.
3. c) Explica el concepte de «banc de llavors persistent al sòl» i justifica per què la germinació fraccionada o esglaonada al llarg de diversos anys constitueix una adaptació clau davant d'un règim de precipitacions altament impredictible.

En un laboratori de botànica es cultiven tres organismes vegetals (X, Y i Z) en cambres climàtiques aïllades on la humitat relativa de l'aire es fixa en el 45 % i el reg se subministra exclusivament per via subterrània capil·lar, sense mullar mai la superfície de les plantes:

• En l'espècie X, l'individu verd dominant és haploide. Desenvolupa òrgans reproductors masculins i femenins madurs, però després de diversos mesos no s'observa cap embrió ni estructura diploide.

• En l'espècie Y, la planta fotosintètica dominant és un corm diploide productor de meiospores. Les espores germinen a terra formant una estructura laminar verda independent, però mai culmina la formació d'un nou esporòfit en aquestes condicions de cultiu.

• En l'espècie Z, la planta dominant és un arbre diploide amb fulles aciculars i cons; produeix grans de pol·len que germinen amb èxit a les escates dels cons femenins, fecundant les oocèl·lules i generant llavors viables amb total normalitat.

1. a) Dedueix a quin grup vegetal (briòfits, pteridòfits o gimnospermes) pertany cada organisme i indica quina és la fase generacional dominant (gametòfit o esporòfit) en cadascun.
2. b) Explica a escala anatòmica i fisiològica quin procés falla en les espècies X i Y sota les condicions de l'assaig, i quina innovació evolutiva permet a l'espècie Z completar la fecundació en absència total d'aigua lliure superficial.
3. c) Si una sequera ambiental persistent provoqués la desaparició de microhàbitats humits superficials, prediu quina generació específica (esporòfit o gametòfit) de l'espècie Y es comportaria com el coll d'ampolla que en causaria l'extinció local. Justifica la teva deducció.

Un municipi rural compta amb dues explotacions agràries contigües de 50 ha cadascuna: la Finca A conrea ametllers (Prunus dulcis) i la Finca B conrea ordi (Hordeum vulgare). En l'última dècada, l'ús intensiu d'insecticides d'ampli espectre a la comarca ha provocat una caiguda del 75 % en les poblacions de pol·linitzadors silvestres (abelles solitàries, borinots i dípters sírfids).

1. a) Prediu justificadament com es veurà afectat el rendiment econòmic i la producció (en kg/ha) de cadascuna de les dues finques, argumentant a partir de la morfologia floral i el mecanisme de transport de pol·len de cada conreu.
2. b) El propietari de la Finca A planteja comprar i alliberar ruscos de l'abella de la mel domèstica (Apis mellifera) com a solució exclusiva. Avalua críticament aquesta proposta: raona dues limitacions ecològiques o biològiques de dependre únicament d'una espècie de pol·linitzador domèstic enfront de la comunitat silvestre.
3. c) Dissenya tres mesures agroecològiques concretes per implantar als marges de la Finca A orientades a recuperar i sostenir els pol·linitzadors silvestres a llarg termini, valorant el cost o compromís espacial que exigiria cadascuna a l'agricultor.

En un jaciment arqueològic del Neolític s'analitzen mostres de blat datades en dos moments històrics:

• Mostra 1 (fa 10 500 anys): El 82 % de les restes d'espiga corresponen a nusos de raquis amb cicatrius de desarticulació espontània llisa (raquis trencadís) i cariòpsides amb glumes fermament adherides.

• Mostra 2 (fa 7 000 anys): El 96 % de les espigues presenten raquis amb fractura irregular provocada per picament mecànic i grans nus que es desprenen amb facilitat de la pellofa.

1. a) Interpreta el canvi observat entre ambdues mostres en termes de selecció artificial: per què els primers agricultors van seleccionar inconscientment mutants amb raquis no trencadís i gra lliure?
2. b) Justifica per què el fenotip de la Mostra 2 representaria una mutació clarament desavantatjosa (suïcida) per a la planta en un ecosistema natural, argumentant la dependència absoluta que el blat actual té de la sembra humana per evitar la competència intraespecífica i assegurar la seva dispersió.
3. c) A diferència dels cereals anuals domesticats per llavor, molts fruiters domesticats en l'Antiguitat (com la figuera, l'olivera o la vinya) es van multiplicar mitjançant esqueixos i empelts. Justifica l'avantatge genètic que oferia la propagació asexual per conservar els caràcters desitjats enfront de la reproducció per llavors en espècies al·lògames i heterozigotes.

Un equip de conservació costanera intenta erradicar dues espècies invasores en un sistema dunar:

• Cas 1: El bàlsam (Carpobrotus edulis), una planta crassa reptant, és triturada i desbrossada mecànicament amb maquinària pesant 'in situ'. Al cap de quatre mesos, la densitat de cobertura de la planta s'ha multiplicat per tres a tota la zona tractada.

• Cas 2: El plomall de la pampa (Cortaderia selloana), una gramínia cespitosa gegant dioica, és talat a ran de terra just en acabar l'estiu, retirant-ne els exemplars adults. A la primavera següent neixen desenes de milers de plàntules en un radi de més de 2 km a sotavent.

1. a) Justifica el fracàs d'ambdues intervencions explicant quina estratègia reproductiva (sexual o asexual) i quin tipus de propàgul o diàspora ha aprofitat cada espècie per reaccionar amb aquest vigor.
2. b) Dissenya una modificació metodològica per a l'erradicació del bàlsam que eviti la dispersió de propàguls vegetatius i asseguri l'eliminació definitiva del banc de biomassa sense erosionar la duna.
3. c) Proposa tres criteris biològics estrictament reproductius (relatius al tipus de pol·linització, la taxa de fecunditat, la dispersió o la persistència de llavors) que justifiquin prohibir per llei la venda d'una planta ornamental en jardineria abans que demostri el seu potencial invasor.

Un agricultor conrea en horts veïns dues varietats comercials comprades en planter: carbassons híbrids F1 (obtinguts de l'encreuament de dues línies pures homozigotes per aconseguir fruits rectes i molt vigorosos) i tomàquets tradicionals d'una varietat local antiga. En finalitzar la temporada, recull llavors dels millors fruits d'ambdós conreus i les sembra en la campanya següent:

1. a) En recollir la collita de carbassons de segona generació (F2), l'agricultor descobreix amb sorpresa una enorme heterogeneïtat: carbassons amargs i rugosos, d'altres de deformes i plantes amb rendiments molt inferiors als de l'any anterior. Justifica genèticament aquest fenomen aplicant les lleis de Mendel i els conceptes d'heterosi (vigor híbrid) i segregació al·lèlica en la F2.
2. b) En canvi, les plantes de tomàquet obtingudes de les seves pròpies llavors conserven fidelment la qualitat organolèptica i la uniformitat de la collita anterior. Justifica aquesta diferència basant-te en la morfologia floral (cleistogàmia o estigma inserit) i en l'estratègia de pol·linització predominant (autogàmia enfront d'al·logàmia) de cada espècie.
3. c) Avalua l'impacte socioeconòmic i ecològic del fet que l'agricultura comercial depengui gairebé exclusivament de llavors híbrides F1: contrasta la dependència anual de l'agricultor respecte a les empreses productores de llavors amb la pèrdua d'agrobiodiversitat enfront d'estressos ambientals imprevistos.

Un centre internacional de recursos genètics rep dues col·leccions de germoplasma vegetal: el Lot 1 conté llavors de llentilla silvestre (Lens culinaris) i el Lot 2 conté llavors d'alvocat (Persea americana). S'aplica a ambdós lots el protocol estàndard de bancs de llavors com el de Svalbard: deshidratació forçada fins a un 5 % de contingut d'aigua i posterior congelació a -18 °C.

1. a) Després d'un any d'emmagatzematge, s'assaja la germinació: el Lot 1 mostra un 95 % de viabilitat, mentre que en el Lot 2 la viabilitat és del 0 % i els embrions mostren lisi cel·lular generalitzada. Justifica fisiològicament aquest resultat diferenciant entre llavors ortodoxes i recalcitrants, i explicant quins danys cel·lulars provoca el fred sota zero en teixits vegetals no tolerants a la dessecació.
2. b) Dissenya dues estratègies alternatives de conservació 'ex situ' per mantenir a llarg termini la diversitat genètica del Lot 2, tenint en compte que les seves llavors no toleren l'emmagatzematge convencional.
3. c) En el context de l'emergència climàtica actual, argumenta per què la conservació de varietats silvestres i tradicionals amb rendiments immediats menors en bancs de germoplasma resulta biològicament més valuosa per al futur de la humanitat que la preservació exclusiva de les poques varietats comercials hiperproductives que dominen el mercat actual.

Repte del tema. Has pensat mai com les plantes coordinen la maduració dels seus fruits per assegurar-ne la dispersió? Converteix la teva cuina en un laboratori botànic per analitzar-ho.

1. Inventari reproductiu: Selecciona dos vegetals del teu rebost: un fruit de la reproducció sexual (amb llavors, com un tomàquet o un pebrot) i un altre de multiplicació vegetativa asexual (un tubercle o un bulb). Descriu en una fitxa les seves estructures reproductores i la manera com originen un nou individu.

2. Bioassaig de fitohormones: Aconsegueix dues mostres immadures idèntiques (plàtans verds o tomàquets). Introdueix-ne una en una bossa tancada juntament amb una fruita madura (gran emissora d'etilè) i deixa el testimoni a l'aire lliure. Registra els canvis de textura i color cada $12,0$ hores durant $48$ hores, valorant-los en una escala de maduració d'$1,0$ a $5,0$.

3. Informe raonat: Dissenya un breu informe (taula comparativa i conclusions) en què expliquis l'efecte fisiològic de l'etilè enfront d'auxines o giberel·lines, i argumentis l'avantatge adaptatiu d'alternar reproducció sexual i asexual en les angiospermes.

Es valorarà:

• Identificació precisa i anatòmica de les estructures reproductives analitzades.

• Rigor metodològic en el registre sistemàtic de dades del bioassaig.

• Justificació biològica del paper de les fitohormones i de l'èxit adaptatiu de la reproducció vegetal.