9.1: Morfología de Semillas

¿Por qué un coco? Porque dentro de la cáscara fibrosa del coco hay una semilla (imagen: Coco. Filo gèn. CC BY-SA 4.0).

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta lección podrás:

• Enumere tres funciones de una semilla y nombre la parte semilla que tiene esa función.
• Identificar las partes del embrión y las estructuras en las que se convierten.
• Enumere los tipos de nutrientes que se almacenan en las semillas.
• Describir las diferencias entre los tejidos que brindan protección a la semilla.

Semillas y diversidad

Para revisar, las dos formas fundamentales de propagar las plantas y cómo difieren en sus resultados son la reproducción exual a través de semillas o esporas, y una reproducción sexual o vegetativa mediante la manipulación de diversas partes de la planta, incluyendo esquejes de hojas, raíces y tallos, o injerto .

La reproducción asexual, también llamada propagación vegetativa, normalmente da como resultado progenie (descendencia) que son una copia genética exacta de la planta madre que dona las partes vegetativas utilizadas en la propagación. Toda la progenie propagada a partir de la misma planta contiene los mismos genes que la planta parental, y la progenie también es idéntica entre sí. Las diferencias entre progenie o entre progenitores y progenie pueden surgir como resultado de una mutación, pero esto es raro. Más probablemente, cualquier diferencia entre las plantas que han sido propagadas asexualmente del mismo progenitor se produce porque el ambiente de crecimiento difiere de planta a planta de alguna manera importante (fertilidad, agua, luz). La forma en que la planta se ve y se desempeña en un ambiente particular se llama su fenotipo. La colección de genes que contiene la planta se llama su genotipo. La propagación vegetativa da como resultado genotipos idénticos, pero dos plantas con genotipos idénticos pueden tener fenotipos diferentes si se cultivan en ambientes contrastantes.

La reproducción sexual en plantas malezas, nativas o no domesticadas generalmente da como resultado semillas que son genéticamente diferentes de cualquiera de los progenitores, y en progenie que son todas genéticamente diferentes entre sí. La reproducción sexual en plantas domesticadas también puede resultar en semillas genéticamente diversas, pero para aquellas plantas domesticadas que son altamente endogámicas, como guisantes, frijoles y cereales distintos del maíz (como cebada, trigo, avena y arroz), la reproducción sexual también puede dar como resultado semillas que son genéticamente idénticas a las padre. Por ahora, recuerda que la reproducción sexual significa que una semilla se forma como resultado de la fusión de un espermatozoide y un óvulo, y que existe la posibilidad de que la progenie difiera de los padres.

La reproducción sexual, y la progenie genéticamente variable que resulta, dan a una especie vegetal una gran flexibilidad para adaptarse a nuevos hábitats y condiciones ambientales. Alguna progenie podría estar muy bien adaptada a nuevos nichos y puede prosperar allí, mientras que algunas no encajarán y no sobrevivirán y se reproducirán. Para ayudar a la especie en la propagación, las semillas de las plantas que se reproducen con éxito a menudo tienen estrategias de dispersión lejos de la planta madre. Esto extendió la especie a diversos lugares y nuevos nichos ecológicos, y también reduce la probabilidad de que demasiadas plantas de la misma especie compitan entre sí en un espacio limitado por los mismos escasos recursos.

Normalmente se asume que la formación de semillas es el resultado de la reproducción sexual más que de la propagación vegetativa. En casos raros, sin embargo, un embrión puede desarrollarse únicamente a partir del tejido materno sin fusión de óvulo y esperma. Esto se llama apomixis. La apomixis es realmente una forma de reproducción asexual disfrazada de reproducción sexual. El proceso da como resultado una semilla, pero el embrión en la semilla no es el resultado del sexo, la fusión de gametos masculinos y femeninos. Toda la progenie es idéntica al progenitor porque el embrión es en realidad un clon (descendencia genéticamente idéntica) de la planta en la que se produce la semilla. El bluegrass de Kentucky se reproduce de esta manera, al igual que el diente de león. Es irónico que nuestros céspedes suelen estar habitados por dos especies apomícticas... el bluegrass Kentucky luchamos por cultivar, y los dientes de león muchos propietarios van a grandes extremos para erradicar.

Morfología básica de semillas

Las semillas tienen tres funciones principales:

Propagación de la planta

Esto lo logra el embrión, que es la planta naciente (nueva, joven) resultante de la combinación de genes del esperma masculino, transmitido por el polen, al óvulo hembra, retenido en un óvulo en el ovario. El embrión tiene un eje con un extremo diferenciándose en el brote y el otro en la raíz.

Almacenamiento de nutrientes

Dos tipos de estructuras pueden almacenar nutrientes en la semilla: el cotiledón y el endospermo. Los nutrientes alimentan el crecimiento del embrión.

Protección

El embrión y la fuente de nutrientes necesitan una cubierta dura para la protección del medio ambiente y los depredadores, y esto es típicamente, pero no siempre, proporcionado por una estructura llamada capa de semilla (a veces llamada testa).

Sección transversal de frijol. Tom Michaels

El dibujo anterior muestra una simple sección transversal de una semilla de frijol (una dicotiledónea, pero solo mostrando un cotiledón), ilustrando estas tres funciones. La parte en forma de riñón es el contorno del cotiledón, la masa principal de la semilla de frijol y el sitio de los nutrientes almacenados. Intercalado entre las mitades del cotiledón se encuentra el embrión, que es la planta naciente. En el exterior del cotiledón hay una capa delgada que es la capa protectora de la semilla. Las semillas de frijol que vemos en la tienda de abarrotes tienen una capa de semillas que normalmente tiene un color granate claro u oscuro. En los cacahuetes, las diferentes estructuras son fáciles de ver cuando separas los dos cotiledones.

Primera función: Propagación de la planta por el embrión

En las plantas con flores el embrión es normalmente el resultado de la fusión de óvulo y esperma. El óvulo se sostiene dentro de un óvulo, que a su vez se sostiene dentro del ovario, el cual puede contener varios óvulos, dependiendo de la especie. El óvulo suele ser fertilizado por espermatozoides del polen. El óvulo en maduración se desarrolla dentro del ovario de la planta materna.

Embrión. Tom Michaels

Una semilla madura tiene un embrión con una disposición lineal de partes. A esta disposición se le llama eje embrionario. El dibujo anterior muestra el eje del embrión desde el frijol, enderezado para mostrar las estructuras individuales.

• Eje embrionario: la raíz embrionaria y el brote
• Partes que componen el tejido del brote del eje del embrión:
  • Plumula — las primeras hojas verdaderas de la planta que a veces puedes ver ya adheridas al embrión. Estas hojas emergerán de la semilla, se elevarán por encima de la superficie del suelo y comenzarán a recolectar energía del sol.
  • Punto de unión: la mancha que se muestra en rojo en el diagrama (no es roja en un embrión real) en el eje del embrión donde se une el cotiledón. El cotiledón está unido al embrión, y en realidad es parte del embrión. En el caso del frijol, el cotiledón es un órgano de almacenamiento de nutrientes y los nutrientes fluyen al embrión a través del punto de unión del cotiledón al eje del embrión.
  • Epicotilo: la parte del eje del embrión que está por encima (epi-) del punto de unión de los cotiledones
  • Hipocótilo — la parte del eje del embrión que es el tejido del brote por debajo (hipo-) del punto de unión de los cotiledones, pero por encima del radical. El hipocótilo es la parte del brote entre la unión del cotiledón y el inicio de la raíz (radícula).
• Parte que compone el tejido radicular del eje del embrión:
  • Radicle — el tejido radicular embrionario

En la punta del epicótilo se encuentra el meristemo apical del brote que producirá nuevos nodos e entrenudos. Si estás contando nodos en el eje embrionario, el primer nodo en el tallo que comienza desde el punto de transición de raíz a brote es el punto donde se unen los cotiledones. Los cotiledones son en realidad hojas embrionarias. El segundo nodo es donde está adherida la plúmula.

En la punta de la radícula se encuentra el meristemo apical radicular que producirá la raíz primaria.

Preguntas de revisión

1. Diferenciar entre eje embrionario, epicótilo, hipocótilo y cotiledón. ¿Cuáles se derivan de la célula resultante de la fusión de óvulo y esperma?
2. Describir por qué la apomixis da como resultado una semilla que en realidad es una forma de propagación asexual.
3. De los tejidos que conforman el eje embrionario (plúmula, epicótilo, hipocótilo, radícula), ¿cuáles son tejido de brotes y cuáles son tejido radicular?

Doble fecundación y endospermo

En las plantas con flores (angiospermas), existe un fenómeno llamado “doble fertilización”. El grano de polen de angiosperma contiene dos espermatozoides. Uno fertiliza el óvulo, y el cigoto resultante crece hasta convertirse en el embrión. El otro se une con otros dos núcleos maternos, llamados cuerpos polares, y estos tres núcleos juntos crecen hasta convertirse en un tejido llamado endospermo (como la carne y la leche del coco). Esto se cubrirá con más detalle cuando estudiemos la meiosis y la gametogénesis. Por ahora, recuerda que en las plantas con flores existe un proceso llamado doble fertilización que da como resultado un embrión y un endospermo.

Sección transversal de semilla de maíz. Sarah Greenwood. CC BY-SA 4.0

En los pastos, al igual que el maíz en la ilustración anterior, el endospermo es el principal tejido de almacenamiento de energía y nutrientes. Esto es diferente al frijol, donde el cotiledón es el órgano de almacenamiento. También hay un cotiledón en la semilla de maíz, pero en lugar de almacenar energía y nutrientes, ayuda a descomponer, absorber y transferir la energía y los nutrientes almacenados en el endospermo al embrión. También en muchas monocotiledóneas, hay una funda que cubre el plúmula y el epicotilo que brinda protección. Esta vaina se llama coleoptilo. Una vaina similar cubre la radícula, y se llama coleorhiza. Coleoptile y coleorhiza son términos que se usan específicamente con plantas de la familia de las gramíneas (Poaceae), y no en otras familias dentro de las monocotiledóneas. Ambos funcionan para brindar protección al brote y raíz emergentes. En la semilla de maíz, las tres funciones de 1) propagación, 2) protección, y 3) nutrición son satisfechas por:

• Embrión (mostrado en esta ilustración extendiéndose desde el brote hasta la raíz) y que propagará una nueva planta.
• Tejido endospermo que aporta energía y nutrición al embrión.
• Pericarpio protegiendo todo en su interior. Recuerda que en el maíz, que produce un tipo de fruto llamado cariópsis, el pericarpio se fusiona directamente a la semilla. El pericarpio es la pared ovárica madura de la flor de maíz hembra en la oreja (etiquetada como 'capa de semilla' en la ilustración anterior).

Esta tabla de resumen contrasta los componentes de semillas de maíz y frijol:

	Cotiledón	Endosperma	Abrigo de Semilla	Pericarpio
Maíz — monocot	Absorción de energía	Almacenamiento de energía	Restos (estos tejidos están ausentes o solo fragmentos de tejido en la semilla madura)	Protección (capa más externa del grano de maíz)
Frijol — dicot	Almacenamiento de energía	Restos (estos tejidos están ausentes o solo fragmentos de tejido en la semilla madura)	Protección (capa más externa de la semilla de frijol)	Protección (pod)

Segunda función: Almacenar energía y nutrientes para el crecimiento del embrión

Entre las plantas con flores, la energía y los nutrientes se pueden almacenar en la semilla en:

• Cotiledón
• Endosperma

¿Qué tipos de energía y nutrientes se almacenan en estos tejidos? Piensa en las semillas que comes, y probablemente puedas nombrar muchos de estos nutrientes.

Carbohidratos

• Proporcionar energía — moléculas complejas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno.
• En las plantas, los carbohidratos incluyen almidón y azúcar.

Proteína

• Fuentes de aminoácidos para la producción de enzimas y otros compuestos ricos en nitrógeno.
  • Los aminoácidos son los bloques de construcción de las proteínas.
  • La proteína es el material sólido del tofu (cuajada prensada de leche de soja coagulada). Existen varias categorías diferentes de proteínas en las semillas basadas en las estructuras químicas específicas de las moléculas. El gluten es un tipo de proteína que se encuentra en el endospermo de trigo que confiere elasticidad a la masa de pan de manera que la masa elástico atrapa el dióxido de carbono que desprende la levadura en el proceso de elaboración del pan y forma una tierna hogaza llena de bolsas de aire.

Lípidos

Los aceites vegetales, llamados triglicéridos, son moléculas compactas para almacenar energía de una manera más compacta que en almidón y azúcar.

Estamos bombardeados con una gran cantidad de información nutricional confusa sobre los lípidos en nuestros alimentos. Cuando encuentre reclamos nutricionales, tenga en cuenta esta información:

• Los componentes básicos de un triglicérido son una molécula de Glicerol más 3 Ácidos Grasos. La ilustración muestra un triglicérido compuesto por glicerol ligado a tres ácidos grasos saturados.
• Los ácidos grasos son cadenas largas de átomos de carbono con dos átomos de hidrógeno unidos a cada carbono, excepto donde existe un doble enlace entre los carbonos adyacentes en la cadena. En el caso de un doble enlace, cada carbono involucrado en el doble enlace tiene solo un átomo de hidrógeno unido.
• Los ácidos grasos saturados no tienen dobles enlaces en la cadena, y todos los átomos de carbono en el interior de la cadena tienen dos átomos de hidrógeno unidos; por lo tanto, están saturados con átomos de hidrógeno.
• Los ácidos grasos insaturados tienen uno o más dobles enlaces entre uno o más átomos de carbono en la cadena. Estos ácidos grasos carecen de algunos átomos de hidrógeno, y por lo tanto los átomos de carbono no están saturados de hidrógeno —son insaturados.
• Probablemente hayas escuchado afirmaciones nutricionales sobre grasas saturadas e insaturadas. La diferencia entre ambos es si todos los átomos de carbono en los ácidos grasos están saturados con átomos de hidrógeno, o faltan átomos de hidrógeno como resultado de dobles enlaces en la cadena de carbono. Los aceites vegetales tienden a ser insaturados, lo que resulta en que sean líquidos a temperatura ambiente, tienen un bajo punto de fusión. Las grasas animales tienden a estar saturadas, lo que da como resultado que sean sólidas a temperatura ambiente, tienen un punto de fusión más alto. Si te interesa más de la naturaleza química de los ácidos grasos, consulta este enlace a The Fat Primer (lectura opcional).

Diferencias de nutrientes entre monocotiledóneas y dicotiledóneas (leguminosas

Dicotiledóneas

Como se señaló anteriormente, las semillas con dos cotiledones tienden a tener cotiledones cuya función es el almacenamiento. Las legumbres (familia Fabaceae) como frijoles, guisantes, soja y lentejas son dicotiledóneas que tienden a almacenar grandes cantidades de proteína en sus cotiledones. Algunas legumbres tienen alto contenido proteico, alto en lípidos y bajos en carbohidratos (como la soja y el maní); estas se llaman oleaginosas porque tienen un alto contenido de lípidos y el aceite puede exprimirse o extraerse de ellas de otra manera. Otros tienen alto contenido proteico, bajo en lípidos y alto en carbohidratos (como el guisante y el frijol), y estos se llaman cultivos de pulso. Los cultivos de legumbres son alimentos de gran importancia porque son fuentes de proteínas comestibles. Son una fuente clave de proteínas en las dietas vegetarianas.

Monocotiledóneas

Las monocotiledóneas también tienen cotiledón, pero como se señaló anteriormente el cotiledón se usa principalmente para la absorción. En los cereales el endospermo almacena los nutrientes, los cuales suelen ser principalmente almidón y azúcar y bajas cantidades de proteína y aceite.

Por regla general, las semillas de leguminosas son altas en proteínas (y en algunos casos como la soja y el cacahuete con alto contenido de aceite), mientras que los granos de cereales como el maíz, el trigo, la avena, la cebada y el arroz son altos en almidón

Preguntas de revisión

1. ¿Qué estructura (s) de semillas contiene carbohidratos?
2. ¿Cuál es la característica clave de un ácido graso insaturado?

Tercera función: Proteger el embrión y los nutrientes

Las semillas tienen dos capas de protección:

• La cubierta de la semilla, que se origina como tejido de la pared del óvulo.
• El pericarpio, que se origina como tejido de la pared ovárica.

Sección transversal de una flor. Tom Michaels

El dibujo lineal de una sección transversal de flor, a la derecha, muestra sépalos, pétalos, estambres (formados por un filamento y antera), y carpiano o pistilo (compuesto por estigma, estilo y ovario). También se identifican la pared del ovario y la pared del óvulo. El ovario se encuentra en la base del carpiano y sostiene los óvulos. Los óvulos están protegidos por el ovario y sujetan el óvulo. Cuando la flor es fertilizada, un tubo de polen germina del grano de polen y crece en el estigma y hacia abajo a través del estilo. El esperma sigue el tubo de polen hacia el ovario. Un espermatozoide se une con el óvulo y el cigoto resultante se convierte en el embrión. El otro espermatozoide se une con dos núcleos polares para formar el endospermo. Esta es la doble fertilización señalada anteriormente.

A medida que la semilla madura, las células dentro del óvulo se multiplican y crecen. La pared del óvulo, que está conformada por células maternas llamadas tejido de tegumento, madura para convertirse en la capa semillera. Un ejemplo de una capa de semilla es la “piel” roja o bronceada de un maní. La pared del ovario (fíjese en la diferencia importante entre las palabras “óvulo” y “ovario”) madura en la cubierta protectora llamada pericarpio. Nuevamente usando el maní como ejemplo, el pericarpio es el “caparazón” del maní. Entonces, los cacahuetes en la cáscara son un ejemplo de un pericarpio (caparazón, tejido de la pared del ovario) y una capa de semilla (piel, tejido de la pared del óvulo) que protegen los cotiledones y el embrión dentro de la semilla.

En contraste, cuando el maíz madura, la pared del óvulo se desploma contra la pared del ovario a medida que las células del interior se multiplican y se agrandan. Las células de la pared del óvulo se desintegran, por lo que en la madurez solo quedan restos de la capa de la semilla. La pared del ovario madura en el pericarpio de la semilla de maíz, que es el exterior duro de la semilla.

Estas palabras pertenecen juntas:

• Pared de óvulo — Revestimiento de semillas
• Pared de ovario — Pericarpio

Te podría interesar saber que probablemente estés usando tejido de tegumiento/pelaje de semillas en este momento. Las fibras finas adheridas al exterior de las semillas de algodón están formadas por largas cadenas de células individuales de tejido de tegumento y son extensiones de la cubierta de la semilla. Estas fibras se eliminan de las semillas de algodón, se hilan en una fibra y se tejen en tela.

Pregunta de revisión

1. Cuando comes judías verdes o guisantes de nieve como verdura (culinaria), ¿estás comiendo pericarpio, pelaje de semillas o ambos?