Exercícios: A reprodução das plantas

Nomeia os quatro verticilos de uma flor completa (cálice, corola, androceu e gineceu) e indica as peças e a função de cada um.

Distingue polinização de fecundação, indicando o que se desloca em cada processo, por onde e que estruturas florais intervêm.

De que estrutura floral provém o fruto e de qual provém a semente? Dá um exemplo de fruto carnudo e outro de fruto seco, indicando que parte comemos em cada caso.

Distingue flor de inflorescência e dá um exemplo de inflorescência (capítulo do girassol, espiga do trigo, umbela da cenoura), explicando que vantagem pode ter o agrupamento de muitas flores pequenas.

Explica o que são flores hermafroditas e unissexuais, e o que são plantas monoicas e dioicas, apresentando um exemplo para cada caso (milho; quivi ou azevinho).

O que é o néctar e que estruturas florais o produzem (nectários)? Explica o «acordo» que se estabelece entre a planta e o polinizador (alimento em troca de transporte de pólen).

Identifica as partes do pericarpo de um fruto carnudo (exocarpo, mesocarpo e endocarpo) utilizando a cereja como exemplo, e explica a diferença entre fruto verdadeiro e falso fruto (pseudofruto: a maçã, o morango).

Explica o que é a germinação e de que três condições externas necessita uma semente (água, oxigénio e temperatura adequada), justificando por que razão não germinam as sementes guardadas num frasco seco.

Descreve o ciclo reprodutor de uma angiospérmica desde a chegada de um grão de pólen ao estigma até à formação da semente: germinação do pólen, tubo polínico e dupla fecundação (de forma simplificada).

Compara as adaptações florais das plantas anemófilas (polinizadas pelo vento, como as gramíneas) com as das entomófilas (polinizadas por insetos): flores, pólen, néctar e eficácia do processo.

Observa a flor em corte na imagem. a) Indica que números correspondem ao androceu e ao gineceu, e que peças constituem cada um deles. b) Explica a função das estruturas 4 e 5 durante a reprodução. c) Descreve o que acontece à estrutura 6 e aos óvulos que contém após a fecundação.

Muitas plantas com flores hermafroditas não conseguem realizar a autofecundação. Explica dois mecanismos que a impedem (maturação desfasada de estames e estilete/estigma, autoincompatibilidade genética) e justifica que vantagem evolutiva tem impedir a autofecundação, apesar do risco de não produzir sementes.

A orquídea Ophrys mimetiza uma abelha fêmea e atrai os machos, que realizam a polinização ao tentar copular. Explica o que é a coevolução entre flor e polinizador, que características da flor (forma, cor, odor) participam no embuste e por que razão uma especialização tão extrema representa simultaneamente uma vantagem e um risco.

Relaciona a estrutura de cada diásporo com o seu agente de dispersão: o papilho do dente-de-leão e as asas da sâmara do bordo com o vento, e o coco com a água. Explica que características (leveza, superfície, flutuabilidade) são selecionadas por cada meio e por que motivo dispersar-se para longe da planta-mãe reduz a competição.

A dormência sincroniza a germinação com a estação favorável. Explica três mecanismos que a mantêm (tegumento duro e impermeável, inibidores químicos, necessidade de um período de frio — estratificação) e que sinal despoleta a rutura de cada um, fornecendo um exemplo de planta para cada mecanismo.

Alguns pinheiros mediterrânicos mantêm as pinhas fechadas até à ocorrência de um incêndio (serotinia) e certas sementes só germinam com o fumo. Explica em que consistem estas adaptações ao fogo e que vantagem advém de germinar imediatamente após um incêndio (solo livre, luz, cinzas ricas em nutrientes).

Num parque natural ibérico analisam-se os diásporos de três espécies vegetais não identificadas (A, B e C):

• O diásporo A possui um pericarpo esponjoso de baixa densidade com grandes lacunas aeríferas e uma cutícula externa cerosa e hidrofóbica.

• O diásporo B é constituído por uma cipsela com papilho plumoso de elevada superfície específica em relação à sua massa (0,02 g).

• O diásporo C tem um mesocarpo carnudo e açucarado de cor avermelhada viva, e um endocarpo pétreo com lenhina resistente a pH ácidos e a proteases.

1. a) Deduz a síndrome de dispersão (anemocoria, endozoocoria ou hidrocoria) de cada espécie, justificando que vantagem funcional confere cada adaptação anatómica descrita.
2. b) Propõe uma espécie da flora ibérica representativa para cada uma das três estratégias descritas.
3. c) Se for construída uma barragem que interrompa o caudal sazonal e fragmente a floresta ripícola, prevê fundamentadamente qual das três populações sofrerá maior isolamento genético e uma menor distância de recrutamento de plântulas em relação à planta-mãe.

Para estudar a adaptação à aridez de uma planta anual do sudeste ibérico, dividem-se 400 sementes maduras acabadas de colher em quatro lotes iguais submetidos a diferentes condições experimentais em placa de Petri a 22 °C:

• Lote 1 (Rega padrão): Humedecidas com 5 mL de água destilada contínuos. Resultado: 0 % de germinação.

• Lote 2 (Escarificação): Fricção mecânica do tegumento seminal + 5 mL de água destilada. Resultado: 4 % de germinação.

• Lote 3 (Chuva torrencial simulada): Lavagem contínua com corrente de água durante 48 h (equivalente a 75 mm de precipitação) e posterior repouso húmido. Resultado: 88 % de germinação.

• Lote 4 (Chuva escassa simulada): Lavagem breve com 5 mL durante 15 minutos (equivalente a 4 mm de precipitação). Resultado: 2 % de germinação.

1. a) Interpreta os resultados: que tipo de dormência (física por tegumentos ou fisiológica por inibidores químicos solúveis) apresenta a espécie? Justifica a resposta relacionando-a com o balanço hormonal entre o ácido abscísico (ABA) e as giberelinas.
2. b) De uma perspetiva evolutiva, fundamenta por que razão uma mutação que desativasse a dormência e permitisse germinar 100 % das sementes após um pulso de chuva de apenas 4 mm seria selecionada negativamente (estratégia letal) neste ambiente.
3. c) Explica o conceito de «banco de sementes persistente no solo» e justifica por que razão a germinação fracionada ou escalonada ao longo de vários anos constitui uma adaptação crucial perante um regime de precipitação altamente imprevisível.

Num laboratório de botânica cultivam-se três organismos vegetais (X, Y e Z) em câmaras climáticas isoladas onde a humidade relativa do ar é fixada em 45 % e a rega é fornecida exclusivamente por via subterrânea capilar, sem molhar nunca a superfície das plantas:

• Na espécie X, o indivíduo verde dominante é haploide. Desenvolve órgãos reprodutores masculinos e femininos maduros, mas após vários meses não se observa qualquer embrião nem estrutura diploide.

• Na espécie Y, a planta fotossintética dominante é um cormo diploide produtor de meiósporos. Os esporos germinam no solo formando uma estrutura laminar verde independente, mas nunca culmina a formação de um novo esporófito nestas condições de cultivo.

• Na espécie Z, a planta dominante é uma árvore diploide com folhas aciculares e cones; produz grãos de pólen que germinam com sucesso nas escamas dos cones femininos, fecundando as oosferas e gerando sementes viáveis com total normalidade.

1. a) Deduz a que grupo vegetal (briófitas, pteridófitas ou gimnospérmicas) pertence cada organismo e indica qual é a fase geracional dominante (gametófito ou esporófito) em cada um.
2. b) Explica, a nível anatómico e fisiológico, que processo falha nas espécies X e Y sob as condições do ensaio, e que inovação evolutiva permite à espécie Z completar a fecundação na ausência total de água livre superficial.
3. c) Se uma seca ambiental persistente provocasse o desaparecimento de micro-habitats húmidos superficiais, prevê que geração específica (esporófito ou gametófito) da espécie Y se comportaria como o gargalo que causaria a sua extinção local. Justifica a tua dedução.

Um município rural conta com duas explorações agrícolas contíguas de 50 ha cada uma: a Herdade A cultiva amendoeiras (Prunus dulcis) e a Herdade B cultiva cevada (Hordeum vulgare). Na última década, o uso intensivo de inseticidas de largo espetro na região provocou uma queda de 75 % nas populações de polinizadores silvestres (abelhas solitárias, abelhões e dípteros sirfídeos).

1. a) Prevê justificadamente como será afetado o rendimento económico e a produção (em kg/ha) de cada uma das duas herdades, argumentando a partir da morfologia floral e do mecanismo de transporte de pólen de cada cultura.
2. b) O proprietário da Herdade A propõe comprar e libertar colmeias da abelha-melífera doméstica (Apis mellifera) como solução exclusiva. Avalia criticamente esta proposta: fundamenta duas limitações ecológicas ou biológicas de depender unicamente de uma espécie de polinizador doméstico face à comunidade silvestre.
3. c) Concebe três medidas agroecológicas concretas para implementar nas margens da Herdade A orientadas a recuperar e manter os polinizadores silvestres a longo prazo, avaliando o custo ou compromisso espacial que cada uma exigiria ao agricultor.

Num sítio arqueológico do Neolítico analisam-se amostras de trigo datadas em dois momentos históricos:

• Amostra 1 (há 10 500 anos): 82 % dos restos de espiga correspondem a nós de ráquis com cicatrizes de desarticulação espontânea lisa (ráquis quebradiço) e cariopses com glumas firmemente aderidas.

• Amostra 2 (há 7 000 anos): 96 % das espigas apresentam ráquis com fratura irregular provocada por debulha mecânica e grãos nus que se desprendem com facilidade da casca.

1. a) Interpreta a mudança observada entre ambas as amostras em termos de seleção artificial: por que razão os primeiros agricultores selecionaram inconscientemente mutantes com ráquis não quebradiço e grão livre?
2. b) Justifica por que razão o fenótipo da Amostra 2 representaria uma mutação claramente desvantajosa (suicida) para a planta num ecossistema natural, argumentando a dependência absoluta que o trigo atual tem da sementeira humana para evitar a competição intraespecífica e assegurar a sua dispersão.
3. c) Ao contrário dos cereais anuais domesticados por semente, muitos fruteiros domesticados na Antiguidade (como a figueira, a oliveira ou a videira) multiplicaram-se mediante estacas e enxertos. Justifica a vantagem genética que oferecia a propagação assexuada para conservar os caracteres desejados face à reprodução por sementes em espécies alógamas e heterozigóticas.

Uma equipa de conservação costeira tenta erradicar duas espécies invasoras num sistema dunar:

• Caso 1: O chorão-das-praias (Carpobrotus edulis), uma planta suculenta rasteira, é triturado e roçado mecanicamente com maquinaria pesada 'in situ'. Passados quatro meses, a densidade de cobertura da planta triplicou em toda a zona tratada.

• Caso 2: A erva-das-pampas (Cortaderia selloana), uma gramínea cespitosa gigante dioica, é cortada rente ao solo logo após o final do verão, retirando-se os exemplares adultos. Na primavera seguinte nascem dezenas de milhares de plântulas num raio de mais de 2 km a sotavento.

1. a) Justifica o fracasso de ambas as intervenções explicando que estratégia reprodutiva (sexuada ou assexuada) e que tipo de propágulo ou diásporo cada espécie aproveitou para reagir com esse vigor.
2. b) Desenha uma modificação metodológica para a erradicação do chorão-das-praias que evite a dispersão de propágulos vegetativos e assegure a eliminação definitiva do banco de biomassa sem erodir a duna.
3. c) Propõe três critérios biológicos estritamente reprodutivos (relativos ao tipo de polinização, à taxa de fecundidade, à dispersão ou à persistência de sementes) que justifiquem proibir por lei a venda de uma planta ornamental em jardinagem antes de esta demonstrar o seu potencial invasor.

Um agricultor cultiva em hortas vizinhas duas variedades comerciais compradas em viveiro: curgetes híbridas F1 (obtidas do cruzamento de duas linhas puras homozigóticas para conseguir frutos retos e muito vigorosos) e tomates tradicionais de uma variedade local antiga. No final da época, recolhe sementes dos melhores frutos de ambas as culturas e semeia-as na campanha seguinte:

1. a) Ao colher a produção de curgetes de segunda geração (F2), o agricultor descobre com surpresa uma enorme heterogeneidade: curgetes amargas e rugosas, outras deformadas e plantas com rendimentos muito inferiores aos do ano anterior. Justifica geneticamente este fenómeno aplicando as leis de Mendel e os conceitos de heterose (vigor híbrido) e segregação alélica na F2.
2. b) Pelo contrário, as plantas de tomate obtidas a partir das suas próprias sementes conservam fielmente a qualidade organolética e a uniformidade da colheita anterior. Justifica esta diferença baseando-te na morfologia floral (cleistogamia ou estigma inserido) e na estratégia de polinização predominante (autogamia versus alogamia) de cada espécie.
3. c) Avalia o impacto socioeconómico e ecológico de a agricultura comercial depender quase exclusivamente de sementes híbridas F1: contrasta a dependência anual do agricultor relativamente às empresas de sementes com a perda de agrobiodiversidade face a stresses ambientais imprevistos.

Um centro internacional de recursos genéticos recebe duas coleções de germoplasma vegetal: o Lote 1 contém sementes de lentilha-brava (Lens culinaris) e o Lote 2 contém sementes de abacate (Persea americana). Aplica-se a ambos os lotes o protocolo padrão de bancos de sementes como o de Svalbard: desidratação forçada até 5 % de teor de água e posterior congelação a -18 °C.

1. a) Após um ano de armazenamento, testa-se a germinação: o Lote 1 apresenta 95 % de viabilidade, enquanto no Lote 2 a viabilidade é de 0 % e os embriões mostram lise celular generalizada. Justifica fisiologicamente este resultado diferenciando entre sementes ortodoxas e recalcitrantes, e explicando que danos celulares o frio abaixo de zero provoca em tecidos vegetais não tolerantes à dessecação.
2. b) Concebe duas estratégias alternativas de conservação 'ex situ' para manter a longo prazo a diversidade genética do Lote 2, tendo em conta que as suas sementes não toleram o armazenamento convencional.
3. c) No contexto da atual emergência climática, argumenta por que razão a conservação de variedades silvestres e tradicionais com menores rendimentos imediatos em bancos de germoplasma se revela biologicamente mais valiosa para o futuro da humanidade do que a preservação exclusiva das poucas variedades comerciais hiperprodutivas que dominam o mercado atual.

Desafio do tema. Alguma vez pensaste como as plantas coordenam a maturação dos seus frutos para assegurar a sua dispersão? Converte a tua cozinha num laboratório botânico para o analisares.

1. Inventário reprodutivo: Seleciona dois vegetais da tua despensa: um fruto da reprodução sexuada (com sementes, como um tomate ou pimento) e outro de multiplicação vegetativa assexuada (um tubérculo ou bolbo). Descreve numa ficha as suas estruturas reprodutoras e a forma como dão origem a um novo indivíduo.

2. Bioensaio de fitormonas: Obtém duas amostras imaturas idênticas (bananas verdes ou tomates). Introduz uma num saco fechado junto de um fruto maduro (grande emissor de etileno) e deixa o controlo ao ar livre. Regista as alterações de textura e cor a cada $12,0$ horas durante $48$ horas, avaliando-as numa escala de maturação de $1,0$ a $5,0$.

3. Relatório fundamentado: Elabora um relatório breve (tabela comparativa e conclusões) no qual expliques o efeito fisiológico do etileno em comparação com as auxinas ou giberelinas, e argumentes a vantagem adaptativa de alternar reprodução sexuada e assexuada nas angiospérmicas.

Avaliar-se-á:

• Identificação precisa e anatómica das estruturas reprodutivas analisadas.

• Rigor metodológico no registo sistemático de dados do bioensaio.

• Justificação biológica do papel das fitormonas e do sucesso adaptativo da reprodução vegetal.