Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin Nahosemenné – 1. část Petr Bureš MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE CZ.1.07/2.2.00/15.0204 Společné znaky semenných rostlin, (nahosemenných i krytosemenných) odlišující je od výtrusných vyšších rostlin (játrovek, mechů, hlevíků, plavuní, kapradin a jejich příbuzných) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Spora čili výtrus - 1 rozmnožovací buňka, - vzniká meiózou v zárodečné vrstvě sporangia - krytá rezistentním obalem ze sporopoleninu spóra Lycopodium clavatum Semeno - mnohobuněčný rozmnožovací orgán - vzniklý z oplozeného vajíčka, - krytý osemením (testou) = přeměněný integument 1. Spora vers. semeno Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin uvnitř: zárodek (embryo) + živné pletivo – primární ž.p. (perisperm) = zbytek megaprothalia u nahosemenných + sekundární ž.p. (endosperm) u krytosemenných semenné (naho- i kryto-) apikální meristém mnohobuněčný, vícevrstevný výtrusné (mechorostů, plavuně a monilofyty) – zpravidla jediná buňka 2. Vzrostný vrchol stonku Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin klíčící cykas klíčící jinan Nepravé kořeny výtrusných Pravé kořeny semenných rostlin 3. Pravé kořeny Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné klíčící hrách semenáček borovice Znaky semenných rostlin 4. Vodivé elementy stonku = eustélé nebo ataktostélé Plektostélé – plavuně Aktinostélé – plavuně, eusporangiátní kapradiny Protostélé – nejpůvodnejší typ ryniofyty, plavuně, vz. kapradiny Sifonostélé – ve středu stélé dutina nebo dřeň (sifon), (Osmunda) Solenostélé – dutina, lýko, dřevo, lýko, Adianthum, Dicksonia, Marsilea Diktyostélé – síť dřevostředných cévních svazků v oddencích kapradin Arthrostélé – do kruhu uspořádané uzavřené cévní svazky ve stoncích přesliček Eustélé – souvislé válce lýka a dřeva rozdělené radiálně procházejícími dřeňovými paprsky na větší počet cévních svazků kolaterálních, které jsou kruhovitě uspořádány nahosemenné, bazální krytosemenné a dvouděložné Ataktostélé –,cévní svazky se nepravidelně rozložily v parenchymu, není zde kambium a tyto rostliny nemohou proto druhotně tloustnout klasickým způsobem (jednoděložné, Piperaceae, některé Amaranthaceae) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné plavuňovávětevkapraďovávětev Semenné rostliny Znaky semenných rostlin 5. Konec samostatnosti gametofytu Sporofyt závislý na gametofytu, jen gametofyt se může množit vegetativně. Gametofyt i sporofyt samostatné (někdy ze zásob – Selaginella, Isoëtes, Salviniales), ale jen sporofyt se může množit vegetativně Gametofyt závislý na sporofytu, jen sporofyt se může množit vegetativně Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin G G G S S S Mechorosty (játrovky, mechy, hlevíky) Výtrusné cévnaté rostliny (ryniofyty, plavuně, monilofyty) Semenné rostliny (nahosemenné, krytosemenné) Oplození přestane být závislé na vodě 5. Konec samostatnosti gametofytu Sporofyt závislý na gametofytu, jen gametofyt se může množit vegetativně. Gametofyt i sporofyt samostatné (někdy ze zásob – Selaginella, Isoëtes, Salviniales), ale jen sporofyt se může množit vegetativně Gametofyt závislý na sporofytu, jen sporofyt se může množit vegetativně Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin G G G S S S Mechorosty (játrovky, mechy, hlevíky) Výtrusné cévnaté rostliny (ryniofyty, plavuně, monilofyty) Semenné rostliny (nahosemenné, krytosemenné) Oplození přestane být závislé na vodě vajíčko  semeno 5. Konec samostatnosti gametofytu Sporofyt závislý na gametofytu, jen gametofyt se může množit vegetativně. Gametofyt i sporofyt samostatné (někdy ze zásob – Selaginella, Isoëtes, Salviniales), ale jen sporofyt se může množit vegetativně Gametofyt závislý na sporofytu, jen sporofyt se může množit vegetativně Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin G G G S S S Mechorosty (játrovky, mechy, hlevíky) Výtrusné cévnaté rostliny (ryniofyty, plavuně, monilofyty) Semenné rostliny (nahosemenné, krytosemenné) Oplození přestane být závislé na vodě pestík  plod 6. Pohlavnost fází životního cyklu se „přepne“ Výtrusné Gametofyt hermafroditní nebo jednopohlavný Sporofyt vždy bezpohlavní Semenné Gametofyt vždy jednopohlavný Sporofyt hermafroditní nebo jednopohlavný Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin Oplození přestane být závislé na vodě 7. Změna potenciálních genetických důsledků Výtrusné Selfing hermafroditního gametofytu může vést ke vzniku totálně homozygotního sporofytu Šance homologních chromosomů dostat se do další generace jsou stochastické = není o co soutěžit Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin 7. Změna potenciálních genetických důsledků Výtrusné Selfing hermafroditního gametofytu může vést ke vzniku totálně homozygotního sporofytu Šance homologních chromosomů dostat se do další generace jsou stochastické = není o co soutěžit Semenné Totální homozygot nemůže vzniknout, selfing (jednopohlavného) gametofytu není možný a selfing sporofytu vede „jen“ ke zvýšení homozygozity (a příp. inbrední depresi), nikdy ne k homozygozitě úplné. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin 7. Změna potenciálních genetických důsledků Výtrusné Selfing hermafroditního gametofytu může vést ke vzniku totálně homozygotního sporofytu Šance homologních chromosomů dostat se do další generace jsou stochastické = není o co soutěžit Semenné Totální homozygot nemůže vzniknout, selfing (jednopohlavného) gametofytu není možný a selfing sporofytu vede „jen“ ke zvýšení homozygozity (a příp. inbrední depresi), nikdy ne k homozygozitě úplné. Jen jeden produkt ze 4 přežívá v samičí meióze = jen jeden z homologních chromosomů každého páru se dostane do další generace – to může vyústit v „boj o přežití“ tehdy, když je polaritou a asymetrií meiotického mikrotubulárního vřeténka šance přežít nějak determinována = meiotický tah Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin 8. Pokročilá redukce gametofytu semenných rostlin Mikroprothalium (desítky µm; 5–3 buňky) (1) v mikrosporangiu → mnoho mikrospor (2) mikrospora endosporicky → 2-3 buněčné pylové zrno (3) pylové zrno (nezralý gametofyt) opouští mikrosporangium nahosemenné krytosemenné Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin P G 8. Pokročilá redukce gametofytu semenných rostlin Mikroprothalium (desítky µm; 5–3 buňky) (1) v mikrosporangiu → mnoho mikrospor (2) mikrospora endosporicky → 2-3 buněčné pylové zrno (3) pylové zrno (nezralý gametofyt) opouští mikrosporangium nahosemenné krytosemenné Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin P G P A L P G 8. Pokročilá redukce gametofytu semenných rostlin Mikroprothalium (desítky µm; 5–3 buňky) (1) v mikrosporangiu → mnoho mikrospor (2) mikrospora endosporicky → 2-3 buněčné pylové zrno (3) pylové zrno (nezralý gametofyt) opouští mikrosporangium nahosemenné krytosemenné Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin P G P A L P G 8. Pokročilá redukce gametofytu semenných rostlin Mikroprothalium (desítky µm; 5–3 buňky) (1) v mikrosporangiu → mnoho mikrospor (2) mikrospora endosporicky → 2-3 buněčné pylové zrno (3) pylové zrno (nezralý gametofyt) opouští mikrosporangium (4) dostává se na samičí orgán (= polinační kapku nebo bliznu) (5) blána mikrospory praská → pylová láčka vyživovaná u nahosemenných pletivem nucellu u krytosemenných pletivy pestíku (6) na konci láčky → 2 spermatozoidy nebo 2 spermatické buňky. nahosemenné krytosemenné Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin P G P A L P V S L P V S1 S2 L P G naho- 5 buněk 8. Pokročilá redukce gametofytu semenných rostlin Mikroprothalium (desítky µm; 5–3 buňky) (1) v mikrosporangiu → mnoho mikrospor (2) mikrospora endosporicky → 2-3 buněčné pylové zrno (3) pylové zrno (nezralý gametofyt) opouští mikrosporangium (4) dostává se na samičí orgán (= polinační kapku nebo bliznu) (5) blána mikrospory praská → pylová láčka vyživovaná u nahosemenných pletivem nucellu u krytosemenných pletivy pestíku (6) na konci láčky → 2 spermatozoidy nebo 2 spermatické buňky. nahosemenné krytosemenné Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin P G P A L P V S L P V S1 S2 L P G P S1 S2 naho- 5 buněk kryto- 3 buňky 8. Pokročilá redukce gametofytu semenných rostlin Mikroprothalium (desítky µm; 5–3 buňky) (1) v mikrosporangiu → mnoho mikrospor (2) mikrospora endosporicky → 2-3 buněčné pylové zrno (3) pylové zrno (nezralý gametofyt) opouští mikrosporangium (4) dostává se na samičí orgán (= polinační kapku nebo bliznu) (5) blána mikrospory praská → pylová láčka vyživovaná u nahosemenných pletivem nucellu u krytosemenných pletivy pestíku (6) na konci láčky → 2 spermatozoidy nebo 2 spermatické buňky. Megaprothalium (mm–µm; mnoho–8 buněk) (1) v megasporangiu → jediná megaspora (nikdy jej neopustí) (2) z megaspóry → megaprothalium uvnitř vajíčka = megaprothalium obaleno jak stěnou megasporangia, tak integumentem (u nahosemenných je megaprothalium mnohobuněčné zpravidla jěště s archegonii) (3) u krytosemenných je megaprothaliem jen zárodečný vak obsahující zpravidla jen osm jader/buněk nahosemenné krytosemenné Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin P G P A L P V S L P V S1 S2 L P G P S1 S2 naho- 5 buněk kryto- 3 buňky 8. Pokročilá redukce gametofytu semenných rostlin Mikroprothalium (desítky µm; 5–3 buňky) (1) v mikrosporangiu → mnoho mikrospor (2) mikrospora endosporicky → 2-3 buněčné pylové zrno (3) pylové zrno (nezralý gametofyt) opouští mikrosporangium (4) dostává se na samičí orgán (= polinační kapku nebo bliznu) (5) blána mikrospory praská → pylová láčka vyživovaná u nahosemenných pletivem nucellu u krytosemenných pletivy pestíku (6) na konci láčky → 2 spermatozoidy nebo 2 spermatické buňky. Megaprothalium (mm–µm; mnoho–8 buněk) (1) v megasporangiu → jediná megaspora (nikdy jej neopustí) (2) z megaspóry → megaprothalium uvnitř vajíčka = megaprothalium obaleno jak stěnou megasporangia, tak integumentem (u nahosemenných je megaprothalium mnohobuněčné zpravidla jěště s archegonii) (3) u krytosemenných je megaprothaliem jen zárodečný vak obsahující zpravidla jen osm jader/buněk nahosemenné krytosemenné Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky semenných rostlin P G P A L P V S L P V S1 S2 L P G P S1 S2 naho- 5 buněk kryto- 3 buňky - Výtrusné autotrofní rostliny (řasy, mechorosty, plavuně a kapraďorosty) nevytvářejí parazitické formy (výjimečně jen myko-heterotrofní gametofyty plavuní, a tř. Psilotopsida) - U semenných rostlin vznikl parazitismus v řadě nezávislých linií opakovaně! 9. Evoluce parazitismu a myko- heterotrofie Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Hydnora, Hydnoraceae Lathraea, Orobanchaceae Neottia nidus-avis, Orchidaceae Hyobanche, Orobanchaceae Cuscuta, Convolvulaceae Sarcodes sanguinea, Ericaceae Parasitaxus usta, Podocarpaceae (nahosemenný parazit nahosemenných rostlin) Rafflesia, Rafflesiaceae Monotropa hypopitys, Ericaceae Mykoheterotrofní paraziti hub = „analogy“ prothalií u Lycopodium, Psilotum, Ophioglossum, ... Viscum, Santalaceae Znaky semenných rostlin Xylem – většinou tvoří jen tracheidy a parenchym; jen Gnetopsida mají i tracheje; krytosemenné mají navíc tracheje a libriformní fibrily Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky nahosemenných Floem – jen sítkové buňky (+ buňky Strassburgerovy); krytosemenné mají sítkovice (+ přidružené buňky) Picea abies Quercus petraea Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky nahosemenných Parenchymatické paprsky v xylemu – většinou uniseriátní; krytosemenné mají multiseriátní Juniperus communis Robinia pseudacacia Dvůrkaté dvojtečky propojující tracheidy (opačně orientované „děravé“ vyklenutí buněčných stěn sousedních buněk umožňuje zavírání a otvírání „ventilu“ pomocí pohybů „zátky“ ze střední lamely) Efektivní obrana proti kavitaci Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné blanka (margo) tvořená zbytky střední lamely porus mozolek (torus) Krytosemenné Nahosemenné Ztenčeniny na tracheidách Znaky nahosemenných Sekundární tloustnutí funkční dřevo mrtvé dřevo kůra živý floem periderm felogen korek kambium dřeňový paprsek Primární tloustnutí – zprostředkováno diferenciací buněk, zejména cévních svazků Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky nahosemenných – trvalou aktivitou interkalárních meristémů: kambium – růst objemu felogen – zacelovaní povrchu rostoucího v závislosti na objemu Sekundární tloustnutí kambium svazkové kambium mezisvazkové kambium dřeň primární xylem primární floem kortex dřeňový paprsek (parenchym) dřeňový paprsek (parenchym) primární xylem sekundární xylem kambium sekundární floem primární floem felogen letní dřevo jarní dřevo kůra periderm sekundární xylem (dvouletá produkce) kambium sekundární floem felogen korek dřeň primárníxylem sekundárníxylem kambium sekundárnífloem primárnífloem funkční dřevo mrtvé dřevo kůra živý floem periderm felogen korek kambium dřeňový paprsek – pozice svazků původního eustélé je v kmeni jen sotva znatelná – tvoří ji „díly“ dortu oddělené dřeňovými paprsky (původně parenchymatickou dření mezi jednotlivými svazky); mezi tyto „původní paprsky“ se směrem k obvodu kmene vkládají činnosti kambia další dřeňové paprsky Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Znaky nahosemenných Sekundární tloustnutí – analýza šířky letokruhů – dendrochronologické datovaní ze zbytků dřeva Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Klasifikace nahosemenných oddělení Gymnospermophyta = nahosemenné má šest tříd: 1. tř. Cordaitopsida – kordaity 2. tř. Cycadopsida – cykasy 3. tř. Cycadeoideopsida – benetity 4. tř. Ginkgoopsida – jinany 5. tř. Pinopsida – jehličnany 6. tř. Gnetopsida – liánovce Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Klasifikace nahosemenných Podíl na diverzitě vyšších rostlin malý monilofyty 3,7 % plavuně 0,4 % nahosemenné 0,3 % krytosemenné 90,1 % Druhová diverzita vyšších rostlin mechorosty 5,5 % 1. tř. Cordaitopsida (kordaity) Fosilní nahosemenné dřeviny s páskovitými listy a složenými šiškami ? Předchůdci jehličnanů Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jméno řádu je odvozeno od rodu Cordaites, pojmenovaného podle našeho mykologa a paleontologa z první poloviny 19. stol. Augusta Josefa Cordy (1809-1849). Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Kordaity Až 30 m vys. stromy Vodivé elementy – eustélické, kmen druhotně tloustne (na bázi až 1 m v průměru) Dřevo – husté pyknoxylické, jako recentní jehličnany; střed kmene – dřeň, na povrchu borka Větve koruny – monopodiálně větvené Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Kordaity Xylem – podobný recentním jehličnanům z čel. Araucariaceae – tracheidami hustě spirálně dvojtečkovanými, parenchymové paprsky jednovrstevné (uniseriátní) jako u jehličnanů Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Kordaity Wollemia – tracheidy Araucaria – tracheidy Recentní AraucariaceaeFosilní kordaity tracheidy a uniseriátní paprsky Dadoxylon tracheidy hustě spirálně dvojtečkované Kořeny – často chůdovité – jako stromy v záplavových zónách s dlouho stagnující vodou (např. mangrove) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Kordaity Listy – 20-70 cm dlouhé, – přisedlé – spirálovitě uspořádané – kopinaté se souběžnou hustou žilnatinou, – se sklerenchymovými výztužemi mezi žilkami Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Kordaity průduchy v řadách na spodu listu cévní svazek mezofyl Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Mikrostrobily – složené strobily = šišky drobných šišek v paždí listenů Mikrosporofyly = „tyčinky“ – v paždí fertilních šupin (listenů) tvořících drobné jednoduché šišky Kordaity mikrosporofyly = tyčinky Cordianthus concinnus 1 mm Tyto drobné jednoduché šišky, vyrůstající v paždí listenů, skládají dohromady jehnědovitě nebo klasovitě uspořádaný složený mikrostrobilus. Složený mikrostrobilus Dvojice jednoduchých šištic v paždí listenů Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Pyl – většinou s jedním obvodovým vzduchovým vakem Kordaity Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Megastrobily – stejně jako mikrostrobily jsou to „šišky složené ze šišek“ – jehnědovitě nebo klasovitě uspořádané jednoduché šišky – stopkatá plochá srdčitá vajíčka v paždí listenů jednoduchých šišek – semena drobná plochá „okřídlená“ Cardiocarpus cordei Kordaity Vajíčka – s pylovou a archegoniální komorou – se dvěma archegonii Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cardiocarpus sclerotesta Kordaity Historie - poprvé svrchní karbon - vrchol přelomu karbonu a permu, kdy tvořily dominanty lesní vegetace - vymírají ve svrchním permu Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Kordaity Zástupci - Cordaites principalis Naleziště: Německo, Belgie 2. tř. Cycadopsida (cykasy) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Stálezelené recentní i fosilní dvoudomé (pohlavní chromosomy) dlouhověké dřeviny, vzhledem připomínající palmy; recentně ~300 druhů. Hlavně tropy, spíše na sušších stanoviších Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy hlavní kořen kůlovitý, s četnými postranními, dichotomicky větvenými při ohni se může kořen i kmen smrštit tak, že se část kmene zasune pod zem. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Kořeny diarchní mladý kořen starší kořen . Vedle pozitivně geotropních normálních kořenů mají i korálovité kořeny (hlízkovité), horizontálně rostoucí. V hlízkách vrstva buněk se symbiotickými sinicemi (Nostoc, Anabaena nebo Trichormus, popř. bakterie rodu Azotobacter), fixujícími vzdušný dusík do biologicky využitelné formy - např. dusičnanů. tmavá vrstva se sinicemi Kromě fixovaného dusíku produkují sinice také neurotoxin beta-N-methylamino-L-alanin. Ten transportován do megastrobilů, kde je během vývoje vajíček vylučován z idioblastů jako obrana proti herbivorům. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Vodivé pletivo korálovitých kořenů je triarchní Kmen štíhlý, válcovitý nebo kulovitý, většinou nevětvený vysoký až 15 m (tu dosahuje australská Lepidozamia hopei) V kmeni je kromě xylemu vysoký podíl parenchymu = „řídká“ manoxylická struktura => nemůže odolávat mrazu a neunesl by těžké boční větve Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Soustředná kambia – při tloustnutí kmene se vně zakládají nové kruhy kambia, vnitřní ale zůstávají ještě několik let dál aktivní = kmen tvořen soustřednými vodivými válci xylemu a floemu Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy parenchymatická primární kůra floem floem xylem xylem dřeň (parenchym) sekundární kůra + korkové kambium + borka + kambium + kambium Ságo (nepravé) = škrobnatá opalizující kaše, která se suší a drtí na mouku. Získává se z parenchymatické kůry, dřeně a mezisvazkových parenchymatických paprsků kmene některých cykasů. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Listy v růžici na vrcholu kmene, řapíkaté, až 7 m dlouhé, tuhé, kožovité, zpravidla 1x zpeřené (velmi vz. 2x zpeřené nebo jednoduché). Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cycas micholitzii s vidličnatě dělenými lístky Macrozamia stenomera s vícenásobně vidličnatě dělenými lístky / úkrojky Fosilní cykas Bjuvia simplex s jednoduchými listy Cykasy Vedle zpeřených asimilujících listů mají také nezelené trojúhelníkovité, často hrotité, ochranné šupiny (katafyly), porostlé trichomy, Katafyly chrání vzrostný vrchol kmene. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Kolaterální cévní svazky v řapíku a vřeteni listu cykasů uspořádány do tvaru obráceného písmene omega Ʊ Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy xylem s tracheidami floemJednotlivý svazek slizové kanálky – jsou ve všech parenchymatických částech listů i kmene svazková pochva parenchym Kutikula - silná Průduchy – často hluboce zanořené Cykasy Řez jednotlivým úkrojkem s kolaterální střední žilkou Zanořený průduch kutikula xylem floem palisádový parenchym sklerenchymatizovaná hypodermis epidermis houbový parenchym transfúzní tracheidální pletivo kambium Úkrojky listů - v mládí circinátně svinuté, v dospělosti často s hrotitou špičkou Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Sporofyly často v šišticích (strobilech), nebo ve spirálovitém terminálním chocholu. Reprodukční orgány mohou vznikat každý rok, u některých druhů však jejich tvorba může být jen jednou za 10–15 let; u některých druhů je tvorba šištic inicializovaná požárem. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Na jednom sporofylu většinou 2 vajíčka (někdy až 8) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Vajíčko (= homolog megasporangia) Pletivo uvnitř vajíčka = nucellus = (homolog archesporia) (1) Jedna z buněk nucellu se meiózou rozdělí na 4 haploidní spóry; (2) Tři z nich zaniknou (3) Zbude 1 megaspóra, která dělením vyplní vnitřek vajíčka megaprothaliem (= samičím gametofytem) s archegonii. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Vajíčka mají 1 trojvrstevný obal + obal nucelární nucellus samičí gametofyt = megaprothalium oosféra láčka pylová = mikroprothalium = samčí gametofyt krček archegonia archegonium archegoniální komora pylová komora mikropyle \ (→ vnitřní blanité osemení) – integument (→ sklerotesta) / (→sarkotesta) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy archegonia poměrně jednoduché stavby 6 buněk Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy krčkové buňky jsou čtyři Mikrosporofyly – štítkovité nebo šupinovité Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy vždy ve strobilech Mikrosporangia – ve velkém množství na abaxiální ploše mikrosporofylu Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Pyl – monokolpátní bez vzdušných vaků Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Přenos pylových zrn – větrem Cykasy Třásněnky žerou pyl cykasů slabá koncentrace myrcenu přiláká třásněnky do mikrostrobilů mikrostrobily s třásněnkami metabolicky zvýší teplotu až o 25 °C uvolní se myrcen a jeho vysoká koncentrace vypudí třásněnky vypuzené třásněnky hledají pyl v podobně vonících megastrobilech Zahřívání se cyklicky opakuje => přenos pylu mezi pohlavími. Myrcen (nazýván dle myrtovitých, u nichž byl poprvé detekován. Surovina v parfumerní výrobě. třásněnka Cycadothrips chadwicki pokrytá mikrospórami Macrozamia lucida Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Přenos pylových zrn třásněnkami Cykasy Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Podobně se přenášejí pyl zamií i brouci Pharaxonotha zamiae larvy se živí pylem dospělci také přenos pylu nastane při nechtěných návštěvách samičích šištic Cykasy Samčí strobily – bez toxinů = brouci je mohou žrát a při tom se kontaminovat pylem Samičí šištice – s toxiny z kořenových sinic = brouci po nalétnutí do samičí šištice zjistí, že se díky toxinům žrát nedá = kontaminují vajíčka pylem ale nesežerou je! Konzervativní morfologie cykasů = kantarogamie u nich může být stará až 300 mil. let – právě z té doby pocházejí nejstarší fosílie brouků! Vznik pylu v mikrosporangiu 1. Meióza → tetráda haploidních mikrospór 2. Každá mikrospóra se mitózou rozdělí ve dvoubuněčné pylové zrno: – menší buňka prothaliová – velká buňka generativní 3. Generativní buňka se rozdělí na buňku antheridiovou a láčkovou. Zralé pylové zrno cykasů je tak trojbuněčné a obsahuje buňky: prothaliovou, antheridiovou a láčkovou Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy 1. 3-jaderný pyl zachycen polinační kapkou 2. Zachycení pylu vyvolá vysychání kapky 3. Vysycháním kapky pyl vtažen do pylové komory 4. V pylové komoře vyklíčí pylová láčka Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Dozrání pylu v samčí gametofyt Cykasy 4a. Antheridiová buňka se rozdělí na spermatickou a vegetativní 4b. Spermatická buňka se rozdělí na dva polyciliátní spermatozoidy 4c. Zralý samčí gametofyt má tedy 5 buněk/jader (prothaliová, vegetativní, dva spermatozoidy a láčková) 4. Pomocí bičíků doplavou spermatozoidy tekutinou v archegoniální komoře až k oosféře v archegoniu 5. Jeden z nich splyne s oosférou Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Oplození Cykasy 1. Láčka proroste skrz nucellus do archegoniální komory 2. Průnik láčky do archegoniální komory vyvolá otevření krčků archegonií a vyloučení tekutiny do archegoniální komory 3. Spermatozoidy se uvolní z láčky do zvlhlé archegoniální komory Cycadaceae – láčky větvené Zamiaceae – láčky nevětvené Spermatozoidy obrovské – až 500 µm velké Největší samčí pohlavní buňky v rámci rostlinné i živočišné říše spirálovitě uspořádané bičíky (bičíků je na spermatozoidu až 25 000) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné 80 µm Cykasy Oplozené vajíčko zraje v semeno vnější obal = dužnatá sarkotesta (endozoochorie) střední obal = dřevnatá sklerotesta vnitřní obal blanitý. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Změna barvy zralé sarkotesty = jasná adaptace na endozoochorii Z oplozené oosféry vzniká embryo s 2-6 dělohami Embryo vyživováno pletivem megaprothalia = primárním živným pletivem Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Historie poprvé v permu, vrchol v juře, nyní 10 rodů se zhruba 300 druhy Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Fylogeneticky navazují Cycadopsida na semenné monilofyty ze tř. Pteridospermopsida Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Tři hlavní linie cykasů divergovaly v permu, na evoluci se projevil kontinentální drift perm 225 mil. BP trias 200 mil. BP jura 135 mil. BP křída 65 mil. BP Cykasy Geografické rozšíření současných cykasovitých. 1. čel. Cycadaceae jediný rod Cycas. Převážně jihových Asie, jediný druh na Madagaskaru a pobřeží vých. Afriky. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Fosilní doklady cykasů jsou po celém světě – mj. Aljaška, Antarktida, Evropa, Grónsko, ... Cykasy Cycas = nejprimitivnější zástupce - ploché megasporofyly připomínají 1x zpeřené trofofyly, spirálně uspořádány tak jako trofofyly Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Cycadaceae Zpravidla více než dvě (4-8) vajíčka (semena) na jednom megasporofylu Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Cycadaceae úkrojky listů jednožilné Cycas revoluta má pohlavní chromosomy systém podobný jako u člověka XX = samice; XY = samec; chromosom Y kratší než X Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Cycadaceae 2. čel. Stangeriaceae Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Úkrojky listů – s 1 centrální žilkou a mnoha bočními (transverzálními) žilkami rovnoběžnými resp. zčásti vidličnatě větvenými Cykasy Cycadaceae Stangeriaceae Zamiaceae Průduchy – nezapuštěné Průduchy nezapuštěné Sporofyly – ve strobilech 3. čel. Zamiaceae - megasporofyly se 2 vajíčky - úkrojky listů vícežilné, v mládí ploché nebo konduplikátně svinuté Čeleď zahrnuje 8 rodů Kmen často hladký (na obr. Encephalartos) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Zamiaceae Zamia Florida, Mexiko J. Amerika, též Kuba, megastrobily drobnější Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Zamiaceae Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Zamiaceae Microcycas calocoma - endemit Kuby, strobily až 90 cm Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Zamiaceae Dioon - Stř. Amerika, má obrovské oosféry - až 6 mm! Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné jméno Dioon edule je podle toho, že mouka ze škrobnatých semen se využívá k přípravě tortilly v některých částech Mexika Cykasy - Zamiaceae Ceratozamia - Mexiko Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Zamiaceae Počet jedinců v populacích může snadno klesnout pod kritickou mez. Celá řada druhů ohrožena např Encephalartos. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Zamiaceae strobily až 45 kg těžké Encephalartos (Presly nazývaný píchoš) roste v Jižní Africe, Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cykasy - Zamiaceae 3. tř. Cycadeoideopsida Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Fosilní dřeviny, vzhledem připomínající současné cykasy. Liší se oboupohlavnými strobily! Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cycadeoideopsida Historie Původ není zcela jasný navazují zřejmě na kapraďosemenné Pteridospermopsida poprvé – trias divergence – křída vymření – horní křída Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Dominovaly v druhohorách a byly proto pravděpodobně složkou potravy dinosaurů Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cycadeoideopsida Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cycadeoideopsida mezisemenné šupiny mikropyle krček vajíčka „funiculus“ (poutko) integument samičí prothalium „okvětí“ miktosporofyl = „tyčinka“ „květní lůžko“ povrch „pestíku“ s mikropylárními otvory Oboupohlavný strobilus = „květ“ nucellus Oboupohlavný strobilus připomíná uspořádáním, vzhledem a funkcí oboupohlavný květ krytosemenných (Magnoliophyta). Z toho vychází tzv. terorie strobilární (=euanthiové) Williamsonia Magnolia Lilium Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cycadeoideopsida Charles Edwin Bessey (1845 –1915) Květ vznikl z jednoduchého oboupohlavného strobilu bennetitů: Cycadeoideopsida ancestoři krytosemenných Williamsonia - válcovitý kmen, několik m vysoký, již ve svrchním triasu, strobily na koncích větví, semena oválná, Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cycadeoidea - kulovitý kmen - strobily - přisedlé na kmeni - semena - žebernatá až křídlatá Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Cycadeoideopsida „poupě“ a otevřený „květ“ květní lůžko s vajíčky s mezisemennými šupinami mikrosporofyly zpeřené 4. tř. Ginkgopsida (jinany) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Opadavé druhotně tloustnoucí dřeviny Fosilní, s jediným recentním zástupcem Ginkgo biloba jinanem dvoulaločný Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany pensum Historie poprvé - svrchní perm divergence - jura a křída ústup - třetihory V současnosti jediný druh Ginkgo biloba - živoucí fosílie (200 mil. let), jeden z nejstarších existujících rostlinných druhů na Zemi. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Někteří odborníci soudí, že také jinany byly podstatnou složkou potravy a tedy i jednou z podmínek expanze dinosaurů Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Listy jinanů v současnosti však nežerou skoro žádní hmyzí herbivoři ! Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Starobylost a izolovanost jinanů dokresluje jejich specifický houbový parazit Bartheletia paradoxa, tvořící bazální linii agaricomycotin v rámci bazidiomycet Basidiomycota Evolučně navazují jinany pravděpodobně na kordaity Cordaites fosilní Ginkgo Ginkgo biloba Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Jinan je dvoudomý strom s pohlavními chromosomy má tedy samčí a samičí jedince systém určení pohlaví je ZW typu (ZZ = samec; ZW = samice); W > Z Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Dřevo kmene – pyknoxylické (málo parechymu) Xylem – jen s tracheidami (žádné tracheje, žádné fibrily) Tracheidy – s gymnospermními dvůrkatými dvojtečkami Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Listy jednoduché, vějířovité, ve dva laloky rozdělené žilnatina vějířovitá, žilky stejnocenné u fosilních vějířovitě dřípené v tenké úkrojky spirálovitě ve svazečcích na koncích brachyblastů, na zimu opadávají Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany na mladých nezkrácených větvích jednotlivě Větve - téměř vorovně odstálé, - s výraznými brachyblasty Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Kmen - až 30 m vys., na bázi v obvodu až 9 m Borka kmenu - silná, záhy nahrazuje epidermis - obsahuje taninové buňky, stejně jako borka jehličnanů Jinany Mikrosporofyly (mikrosporangiofory) - stopka se dvěma sporangii, - spirálovitě v jehnědách Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Pyl - bez vzdušných vaků, monosulkátní - tvoří se na jaře - zralý pyl je 3-buněčný Vajíčka - nahá, - na stopkách zpravidla dvě, - transverzálně postavená Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné v semeni se mění na blanitou strukturu pod sklerotestou dužnatý val Jinany trojvrstevný integument G Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Archegonia zjednodušené stavby jen ze 6 buněk = = čtyři buňky krčkové + kanálková ventrální buňka + oosféra Jinany Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Opylení 3. Vysycháním kapky pyl vtažen do pylové komory 2. Přítomnost pylu v polynační kapce vyvolá její vysychání 1. Pyl přenesen větrem ze samčích stromů na polynační kapku vajíček Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Oplození 1. V pylové komoře vyklíčí z pylu láčka 2. Láčka (samčí gametofyt) roste a větví se v nucellu, který ji vyživovuje několik měsíců 3. Po opadu semen ze stromu proroste láčka (její hlízovitá část = „antheridium“) skrz stěnu nucellu do archegoniální komory Prorůstání se děje produkcí enzymů (hlavně proteáz) Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany 5. Spermatozoid (70–90 µm) oplodní vaječnou buňku (4–7 měsíců po opylení) Bičíků je na spermatozoidu zhruba tisíc 4. Hlízovitý konec láčky („antheridium“) nese dva polyciliátní spermatozoidy Oplození Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Jinany = poslední fylogenetická linie s bičíkatými spermatozoidy Příjmem a vedením anorganických živin z půdního roztoku jsou však vyšší rostliny k vodnímu prostředí připoutány trvale Oplození vyšších rostlin v dalších liniích se tak definitivně odpoutalo od vodního prostředí Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Jinany = poslední fylogenetická linie s bičíkatými spermatozoidy jejich objev v r. 1896 byl botanickou senzací Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany V semeno se vyvíjí zpravidla jen jedno z dvojice vajíček, druhé zakrňuje Semeno – až 3 cm v průměru na povrchu dužnatá sarkotesta, unitř tuhá sklerotesta, pod ní je škrobnaté živné pletivo s dvouděložným embryem. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné megaprotalium integument nucellus archegoniální komora mikropyle sklerotesta sarkotesta Jinany Semena nejprve zelené barvy. Po opadu na zem žloutnou a odporně páchnou. Zdrojem zápachu je kyselina máselná. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany V Číně a Japonsku se semena zbavená sarkotesty máčí ve slané vodě, poté se praží a prodávají pod názvem pehko nebo se přidávají do dezertů. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany V posledních letech je z jinanu vyráběna nesčetná řada potravinových doplňků s potenciálně lečivým účinkem Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Samotná rostlina se za příhodných podmínek dožívá až 2000 let stáří. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany V Číně je podle rukopisů od 7. stol. pěstován jako chrámový strom. Odsud byl přenesen i do Japonska a Koreje ke stejnému účelu. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Prvním Evropanem, který jej objevil byl lékař holandského velvyslanectví Engelbert Kaempfer v roce 1690 v jap. městě Nagasaki. Jméno gink-go znamená v překladu stříbrný plod nebo také stříbrná meruňka. V roce 1730 přivezl Kaempfer tento strom do milánské bot. zahrady. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Teprve v roce 1956 bylo objeveno refugium v JV Číně - v horách Tien Mu Shan mezi provinciemi Zhejiang a Anhwei. Třetihorní areál zabíral téměř celou severní polokouli. Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Zářez rozdělující list ve dvě stejné části symbolizoval pro velkého německého básníka a přírodovědce J. W. Goetheho přátelství a jednotu dvou milujících se lidí, což vyjádřil v básni Ginkgo biloba Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Jinany Petr Bureš: Prezentace přednášky Fylogeneze a diverzita vyšších rostlin - nahosemenné Nehvizdyella bipartita = fosilní rod jinanovitých – nižší stromy s jednotlivými vajíčky a kopinatými listy (do 11 cm délky) na brachyblastech. Popsaný z křídových sedimentů u Nehvizd a Hloubětína SV od Prahy v r. 2005 paleobotanikem Jiřím Kvačkem a jeho spolupracovníky. Jinany