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TALLER DE ANGIOSPERMAS I: FLORES Y FRUTOS

GUÍA PARA EL PROFESOR

CONTENIDOS GENERALES.

En este taller abordaremos el estudio de un grupo de plantas, las ANGIOSPERMAS, desde un punto de vista práctico y desde diferentes perspectivas: morfología, evolución del grupo, adaptaciones de las especies al medio, biodiversidad, papel e importancia en los ecosistemas, usos por parte del hombre y problemas de conservación. Todos estos aspectos se trataran a partir del estudio de las flores y los frutos de varias especies de angiospermas del Jardín Botánico “Manuel Guillem”, del IEES nuestra Señora del Pilar (Tetuán).

NIVEL PARA EL QUE ESTÁ DIRIGIDO :

Alumnos de 1º de Bachillerato de la materia “Biología y Geología”.

CONTENIDOS DEL CURRÍCULO CON LOS QUE ESTÁ RELACIONADO EL

TALLER ( Orden ESD/1729/2008, de 11 de junio, BOE de 18 de junio, por la que se regula la ordenación y se establece el currículo de Bachillerato ):

Biología y Geología. 1º de Bachillerato.

Bloque 4. Unidad y diversidad de la vida. La diversidad de los seres vivos y el problema de su clasificación. Criterios de clasificación. Histología y organografía vegetal básica. Observaciones microscópicas de tejidos vegetales.

Bloque5. La biología de las plantas. La diversidad en el reino de las plantas: principales grupos taxonómicos. Manejo de claves dicotómicas sencillas para clasificar plantas. La reproducción de las plantas. Principales adaptaciones de las plantas al medio. Importancia de las plantas en el mantenimiento de los ecosistemas y en la vida en la Tierra.

POSIBLES ADAPTACIONES A OTROS NIVELES O GRUPOS DE ALUMNOS :

( Orden ECI/2220/2007, de 12 de julio, BOE de 21 de julio, por la que se establece el currículo y se regula la ordenación de la Educación secundaria obligatoria )

Los contenidos abordados en las actividades de este taller permiten, con ligeras modificaciones de diseño o de grado de profundidad, el llevar a cabo fáciles adaptaciones a niveles educativos correspondientes a la etapa de la ESO. A continuación, se resumen los contenidos del currículo de la ESO en el área de las Ciencias Naturales que mas directamente se relacionan con los contenidos tratados en el taller:

1º ESO Ciencias de la Naturaleza:

Bloque 4. La vida de la Tierra. La biosfera / La diversidad de los seres vivos/ Utilización de la lupa y del microscopio para la observación de estructuras biológicas/ La clasificación de los seres vivos/ Principales grupos de animales y plantas/ La

PREPARACIÓN Y DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

FASES DE DESARROLLO DEL TALLER :

a) Inicial, en el Aula/Laboratorio: · Introducción al marco teórico de las angiospermas, características principales e importancia en los ecosistemas. · Explicación de las actividades a realizar, especialmente en el Jardín, motivación y métodos de estudio a seguir. · Explicación y recordatorio de las normas a seguir en Jardín. · Realización de las actividades previas descritas en las fichas del alumno.

b) En el Jardín Botánico: · Observación “ in situ ” y clasificación de flores y frutos de diferentes especies de angiospermas. · Observación y clasificación de frutos de Angiospermas.

c) En el Laboratorio: · Estudio a la lupa binocular de las partes de una flor de angiosperma y de diferentes morfologías florales. · Observación a la lupa binocular de distintos tipos de flores. · Estudio histológico comparativo en tallo y raíces de monocotiledóneas y dicotiledóneas.

d) En casa: · Realización de las actividades de búsqueda, análisis y síntesis de información propuestas en las fichas del alumno. · Realización de un trabajo monográfico sobre algún aspecto de interés relacionado con las Angiospermas (ver mas adelante las propuestas).

e) Actividades complementarias al taller: · Excursión didáctica por diferentes ecosistemas del norte de Marruecos.

MARCO TEÓRICO

Angiospermas versus gimnospermas

El término angiospermas hace referencia a una de las características mas relevantes de este diversificado grupo de plantas: la existencia de semillas protegidas por un fruto, en contraposición a las gimnospermas o plantas de semillas “desnudas”, carentes de un verdadero fruto.

Otra característica relevante que permite diferenciar a las angiospermas de las gimnospermas es la posesión de órganos reproductores dispuestos en flores verdaderas, cuyo tipo básico es hermafrodita, esto es, con estructuras sexuales masculinas y femeninas en la misma flor, si bien secundariamente pueden producirse modificaciones de este patrón fundamental.

Las típicas flores de angiospermas constan de una envuelta protectora de hojas modificadas, el periantio, diferenciado o no en cáliz (conjunto de sépalos) y corola (conjunto de pétalos); además, los sacos de polen no se disponen en las escamas de un cono, como en gimnospermas, sino en las anteras de los estambres, estructuras cuyo filamento puede interpretarse como una hoja modificada.

A su vez, la polinización es generalmente mediada por insectos u otros animales (zoógama) siendo menos frecuente o secundaria la polinización anemógama que caracteriza a las gimnospermas. El polen es recibido por una estructura receptora particularmente diseñada para este fin, el estigma, y no directamente por el rudimento seminal, como en gimnospermas.

Por último, otra novedad evolutiva de las angiospermas es el mecanismo conocido como “doble fecundación” que supone un enorme ahorro energético ya que sólo se desarrolla un tejido nutricio en el caso de que el rudimento seminal sea fecundado.

Diversidad de formas

Se conocen aproximadamente 235.000 especies de angiospermas, lo que supone multiplicar por mas de trescientos el número de gimnospermas actuales. De hecho, son los vegetales que dominan en las regiones tropicales y templadas del mundo, ocupando más del 90% de la cobertura vegetal de la Tierra.

Las angiospermas han desarrollado una enorme variedad de formas y de modos de día: plantas herbáceas anuales y perennes, árboles y arbustos; formas trepadoras, epifitas, parásitas y saprófitas; plantas acuáticas y terrestres.

Toda esta gran diversidad de plantas suele clasificarse en dos grandes grupos: la Clase Monocotiledóneas, con unas 65.000 especies, y la Clase Dicotiledóneas, con aproximadamente 170.000 especies. Entre las monocotiledóneas se incluyen plantas tan familiares y conocidas como gramíneas, lirios, orquídeas y palmeras. Las dicotiledóneas incluyen muchas de las herbáceas, casi todos los arbustos y árboles (excepto las coníferas) y muchas otras plantas. Las principales diferencias entre estas dos clases se resumen en el cuadro siguiente:

un estigma, estructura de superficie pegajosa especializada en la recepción de los granos de polen. El estigma y el ovario están conectados por una delgada columna de tejido, el estilo.

Los granos de polen (gametofitos masculinos inmaduros) se desarrollan en el estambre, que, al igual que el carpelo, es un esporófilo; en su extremo se diferencian las anteras que contienen los microesporangios donde se producen los granos de polen. Las anteras se encuentran en el extremo de un característico filamento de sostén.

Como en el resto de las espermafitas, en las angiospermas, durante el proceso de polinización, los granos de polen producidos en las antenas deben ser transportados hasta el estigma, generalmente el de otra flor, donde al germinar, desarrollan tubos polínicos que crecen a través del estilo hacia el óvulo.

En las gimnospermas, la polinización es anemógama, es decir, llevada a cabo por el viento. Sin embargo, en las angiospermas la polinización está a menudo mediada por insectos, diciéndose que es entomógama (zoógama en sentido mas amplio). La polinización entomófila debe haber sido más eficiente que la polinización anemógama para muchas especies de plantas, porque claramente la selección comenzó a favorecer a aquellas plantas que tenían insectos como polinizadores. De esta asociación ha surgido un fenómeno de estrecha coevolución entre numerosas angiospermas y los insectos que las polinizan.

Resulta evidente que, en este proceso de coevolución, cuanto más atractivas resultan las plantas para los insectos, más frecuentemente son visitadas y más semillas producen. Probablemente esta fue la causa inicial de la aparición de los nectarios (estructuras secretoras de néctar), como forma de atracción de los polinizadores. Muchas plantas desarrollaron flores vistosas y llamativas para señalar la presencia de néctar y de otros alimentos. El carpelo, originalmente una estructura foliosa, se plegó sobre sí mismo, encerrando y protegiendo al óvulo de polinizadores particularmente voraces u oportunistas. El resultado es que hoy día, para muchos de los insectos actuales (formas adultas de abejas y mariposas, por ejemplo las flores constituyen prácticamente su única fuente de recursos alimenticios.

Una flor que atrae solamente a unos pocos tipos de visitantes animales y los atrae regularmente aventaja a las flores visitadas por polinizadores más promiscuos: es menos probable que su polen se desperdicie en una planta de otra especie. A su vez, para un animal, puede resultar

ventajoso el disponer de un depósito exclusivo de alimento que sea relativamente inaccesible a especies competidoras. Muchas de las características distintivas de las flores modernas son adaptaciones especiales que estimulan las visitas regulares y constantes de polinizadores particulares y especializados. Las variadas formas, colores y olores permiten el reconocimiento sensorial por parte de los polinizadores de sus flores “diana”. Las complejas estructuras florales, a veces incluso extravagantes, tales como nectarios profundos y plataformas de aterrizaje complejas que han desarrollado por ejemplo especies como las orquídeas, las bocas de dragón y los lirios, representan maneras de excluir a polinizadores indeseados, al tiempo que incrementan notablemente la probabilidad de que sus polinizadores específicos accedan con precisión a los depósitos de polen.

Independientemente de estas estrategias específicas que acabamos de mencionar, en términos generales, pueden apreciarse en las flores las siguientes tendencias evolutivas:

· Reducción en el número de piezas florales. Las flores más especializadas tienen pocos estambres y pocos carpelos. · Fusión de piezas florales, especialmente de los carpelos y de los pétalos. · Elevación de las piezas florales libres por encima del ovario. En las flores primitivas, las piezas florales aparecen en la base del ovario. Se dice que estos ovarios son súperos. En las flores más evolucionadas, las porciones libres de las piezas florales se sitúan por encima del ovario; se dice que estos ovarios son ínferos. Esta evolución probablemente tenga que ver con una mayor protección de los óvulos frente a insectos forrajeros. · Cambios en la simetría. La simetría radial de la flor primitiva ha dado lugar, en las formas más avanzadas, a formas con simetría bilateral.

Inflorescencias

Las flores pueden disponerse sobre la planta de forma aislada o en grupos, formando entonces las denominadas inflorescencias. Los principales tipos de disposición de flores que podemos encontrar son:

1. Flor solitaria, terminal
2. Flor solitaria, axilar
3. Racimo : Un eje principal de crecimiento indefinido y flores con un pedicelo bien desarrollado.
4. Espiga : Un eje principal de crecimiento indefinido y flores sin pedicelo, sésiles.
5. Amento o Gatillo : Racimo o espiga colgante, con flores unisexuales y poco distintivas, inconspicuas.
6. Panícula : Racimo de racimos, a menudo de forma piramidal.
7. Umbela simple : Inflorescencia en forma de parasol. Las flores salen del mismo punto y tienen pedicelos o rabillos (radios de la umbela) de similar longitud.
8. Umbela compuesta : umbela de umbelas.
9. Corimbo : Conjunto de flores que se sitúan casi al mismo nivel, pero que nacen de distintos puntos.

Cima corimbiforme ( Viburnum tinus ) Capítulo ( Dimorphoteca sp)

Otros tipos de inflorescencias mas específícas de determinados grupos de angiospermas son las siguientes:

Ciatio : Inflorescencia constituida por una única flor femenina central reducida al ovario y rodeada de cinco grupitos de flores masculinas. Todo el conjunto se halla rodeado por brácteas. Es típica de la familia de las Euforbiáceas.

Espádice : Se trata de un tipo particular de espiga en la que las diminutas flores se disponen muy juntas sobre un eje carnoso. Lo más significativo de esta inflorescencia es, no obstante, la denominada espata, una bráctea muy grande, verdosa, blanca o brillantemente coloreada que se desarrolla en la base de la espiga. Esta inflorescencia es característica de la familia de las Aráceas.

Cima escorpioide : Cima unípara. Las flores salen de un solo lado.

Espiguilla : Se trata de la unidad básica de la inflorescencia que caracteriza a las Gramíneas y que está compuesta por toda una serie de piezas diferentes. En este tipo de inflorescencia, cada flor consta de un pistilo con un ovario simple, dos estigmas en forma de plumas y tres anteras, los cuales están protegidos por otras dos piezas: la lema y la palea. Todos estos órganos en conjunto forman como hemos comentado las florecillas, a las que se unen otras piezas, las glumas, para constituir la espiguilla. A su vez, las espiguillas pueden formar panículas, racimos o espigas.

Frutos

El fruto se forma a partir del ovario maduro de una angiosperma y es la estructura que contiene y protege a las semillas.

En el curso de la historia de las angiospermas ha surgido una enorme variedad de frutos, adaptados a multitud de mecanismos de dispersión diferentes. En la mayoría de los casos, el fruto ha sido diseñado con el objetivo de transportar la semilla a cierta distancia de la planta madre, donde es mas probable que encuentre condiciones mas favorables para que germinen las semillas, fundamentalmente terreno libre y suficiente luz. Con esta pretensión, muchos frutos utilizan a los animales como medios de transporte (dispersión zoócora) y han evolucionado de manera similar a las flores: resultando atractivos y reportando al animal alguna contrapartida nutricia. Un ejemplo muy conocido es el de los frutos carnosos comestibles que, una vez maduros, exhiben llamativas coloraciones y se tornan dulces, haciéndose de esta manera muy atractivos para determinados animales, incluidos los humanos. Una vez ingeridos, el animal los transporta al tiempo que digiere sus partes carnosas para, pasado un determinado tiempo, expulsar con los excrementos las semillas, facilitando no sólo su dispersión sino también su germinación.

Para algunas plantas, la germinación sólo es posible si la cubierta de las semillas ha sido previamente atacada por los jugos digestivos ácidos del animal que actúa como vector de dispersión. Con frecuencia, las semillas son amargas o incluso tóxicas, desalentando su masticación y digestión por los animales.

En otros casos, la dispersión de los frutos y/o de las semillas se lleva a cabo a través del viento, desarrollando entonces alas, vilanos u otras estructuras que les permiten planear o mantenerse en suspensión y viajar largas distancias.

Otras veces, los frutos o las semillas desarrollan estructuras adhesivas, ganchos, espinas u otras formas de fijación que les facilitan adherirse al pelo o a la piel de los animales para facilitar su dispersión.

En función de su origen, distinguimos los siguientes tipos de frutos:

Fruto simple : Originado a partir de una flor con un único carpelo o pistilo, sin que intervengan mas partes.

Fruto complejo : En ellos, además de los pistilos, intervienen otras partes de la flor.

Fruto agregado : Originado a partir de una flor con muchos pistilos.

Fruto compuesto o infrutescencia : Originado a partir de varias flores.

Por otra parte, en función de su naturaleza y consistencia distinguimos dos grandes grupos: frutos secos y frutos carnosos.

Disámara de Acer Legumbre de Acacia

Cápsula de Eucalyptus Folículos de Gomphocarpus

Esquizocarpo de malvácea

Glande (bellota) de Quercus Cipselas de Compuesta

Bayas de Arbutus unedo Drupas de Olea europaea

Polidrupas de Rubus Sicono de Ficus carica

Hesperidio de Citrus aurantius Piña de Magnolia grandiflora

Otros tipos de frutos e infrutescencias mas específicos son:

Piña : Infrutescencia que recuerda en su morfología a las piñas de las gimnospermas, cuyos carpelos pueden ser carnosos o secos, dehiscentes o no. (Ej. Piña ( Ananas comosus) , magnolio ( Magnolia grandiflora) , Pandano ( Pandanus utilis ).

Cinorrodon : Fruto complejo característico del género Rosa , con una cubierta externa carnosa que encierra varios huesecillos derivados de los diferentes pistilos. Ej: Escaramujo de los rosales ( Rosa sp.).

Eterio : Formado a partir del receptáculo floral que se engruesa y se torna carnoso y sobre el que se disponen una elevada cantidad de aquenios. Es por esta razón por la que se le considera también un poliaquenio. Ejemplo: Fruto de la fresa ( Fragaria vesca ) o de la fresa india ( Duchesna indica ).

ESTUDIO EN EL JARDÍN BOTÁNICO DE ANGIOSPERMAS:

FLORES Y FRUTOS

ALUMNOS : Máximo 15 alumnos por profesor acompañante.

DURACIÓN DE LA ACTIVIDAD EN EL JARDÍN : 45-60 minutos.

MATERIAL DEL ALUMNO : Fichas del alumno y material de dibujo y escritura. Lupa de mano. Se recomienda también llevar una cámara digital por alumno o por grupo (opcional).

EPOCA PARA REALIZAR LA ACTIVIDAD : Cualquiera del año puesto que podemos encontrar flores y/o frutos en prácticamente todas las épocas. En cualquier caso, se recomienda el periodo de febrero a noviembre.

LOCALIZACIÓN EN EL JARDÍN DE LAS ESPECIES OBJETO DE ESTUDIO :

Dado que cada especie tiene una época de floración y fructificación específica, no se trata en esta práctica de estudiar especies concretas, sino de utilizar en cada caso las especies que se encuentren en ese momento con flores y/o frutos.

RECOMENDACIONES :

Con esta actividad se pretende que los alumnos desarrollen el hábito de la observación y de la recogida sistemática de datos en el campo.

La observación de caracteres se llevará a cabo in situ , sobre ejemplares vivos, en el Jardín Botánico. Conviene distribuir a los alumnos en grupos de dos o tres como máximo para que puedan observar con mas detenimiento los detalles de cada flor y fruto. No se debe permitir en ningún caso que colecten o dañen las flores, pudiendo recogerse no obstante los frutos que hayan caído al suelo, siempre con el permiso del profesor responsable.

Las muestras para hacer las prácticas de laboratorio previstas en este taller serán siempre recogidas por el profesor responsable y siguiendo las recomendaciones recogidas en el capítulo de prácticas de laboratorio del cuaderno del profesor.

Cada alumno o grupo de alumnos deberá rellenar las fichas y realizar las actividades que se proponen en el cuaderno del alumno que viene señaladas como “Actividades en el Jardín”. Cada alumno o grupo entregará al profesor las fichas al finalizar la actividad al aire libre.

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Se proponen aquí tres prácticas diferentes. Las dos primeras pueden realizarse antes de ir al Jardín Botánico ya que va a permitir a los alumnos familiarizarse con la morfología floral y con los diferentes tipos de flores y frutos existentes. La tercera práctica, de microscopía, puede realizarse tanto antes como después de la visita al Jardín.

PRÁCTICA 1 : Estudio a la lupa binocular de las partes de una flor de angiosperma y de diferentes morfologías florales.

Se recomienda para esta práctica el uso de flores del jardín que sean de pequeño o moderado tamaño y que se producen en grandes cantidades. De esta manera, su recolección no supone daño sustancial para las plantas. A este respecto, recomendamos las siguientes especies:

Ø Especies recomendadas para el estudio general de las partes de una flor:

Rosáceas: Raphiolepis umbellata , majuelo ( Crataegus monogyna ), Prunus spp. Spyraea spp , fresa india ( Duchesnea indica).

Ø Especies recomendadas para el estudio de morfologías florales diversas en el laboratorio :

Papilionáceas (fabáceas): Cassia ssp.. Labiadas: Lavandula ssp., Incienso ( Plectranthus madagascariensis) , Phlomis ssp. Compuestas: Margarita del Cabo ( Osteospermum (= Dimorphoteca ) ssp)., Crisantemo ( Chrysanthemum frutescens ), Felicia ( Fellicia amelloides ), Gazania ( Gazania ssp). Escrofulariáceas: Boca de dragón ( Antirrhinum sp.). Boragináceas: Echium candicans. Mioporáceas : Eremophylla maculata. Solanáceas : Heliotropo (Streptosolen jamesonii).

Debe hacerse especial hincapié en que la “flor” de las compuestas es en realidad una inflorescencia de tipo capítulo o cabezuela, donde multitud de flores diminutas se concentran en la zona central y se rodean de unos falsos pétalos (brácteas) blancos o de variados colores, según las especies. Los detalles de las diminutas flores se aprecian con claridad a la lupa binocular.

A continuación, se muestran diversas morfologías florales y algunas fotografías de las especies recomendadas para su uso en la práctica de laboratorio.

Gazania sp. Raphiolepis umbellata

Lavandula dentata

Lonicera x heckrottii Plectranthus madagascariensis

Dimorphoteca (= Osteospermum)

PRÁCTICA 2. Clasificación de frutos de Angiospermas.

Se trata de una sencilla práctica que va a permitir diferenciar gran parte de los diferentes tipos de frutos existentes en Angiospermas mediante la utilización de una clave dicotómica.

Para ello, se recomienda la utilización de los frutos siguientes:

Legumbre de Acacia ssp. o de Cassia ssp.

Disámara de Acer ssp.

Glande (Bellota) de Quercus ssp.

Cipsela (aquenio con vilano) de Compuesta

Fruto de Corylus avellana (con “cáscara”)

Cápsulas de Eucalyptus ssp. o de Cistus ssp.

Drupa comercial o del Jardín ( Prunus lusitanica , cereza, melocotón, albaricoque, etc)

Hesperidio de cítrico (naranjo amargo, naranaja comestible, mandarina, limón)

Baya comercial o del Jardín ( Arbutus unedo , uva, tomate, etc…)

Pomo comercial (pera, manzana)