Il livello di differenziazione delle gimnosperme è simile a quello delle felci: nello xilema si hanno tracheidi o trachee, ma non omologhe a quelle delle angiosperme, e cellule floematiche. In particolare sono presenti le fibrotracheidi che svolgono funzione sia di sostegno che di conduzione.
Gli ovuli, e quindi i semi, sono portati dai megasporofilli che non li avvolgono (da qui il nome del grado). I megasporofilli sono sottesi da brattee sterili e inseriti su assi spiralati a crescita definita, formando la struttura del cono o strobilo (detto anche pigna quando matura), che nelle gimnosperme corrisponde ad una infiorescenza delle angiosperme. I megasporofilli sono anche detti carpelli e sono assili o scavati a coppa e corrispondono ad un fiore delle angiosperme. I microsporofilli o stami sono squamiformi a scudo peltato o a squametta e portano sul dorso i sacchi pollinici.
Il gametofito maschile è ridotto e mai indipendente. Il gamete maschile non viene liberato nell'ambiente, ma viene liberato l'intero gametofito maschile (il granulo pollinico). I granuli pollinici sono costituiti da 4 cellule (2 cellule protalliali, 1 cellula germinativa e 1 cellula del tubetto pollinico) e possiedono 2 sacche aeree per rimanere sospesi in aria, poiché l'impollinazione è anemofila. Gli spermazi giungono all'ovulo tramite il tubetto pollinico che penetra nel micropilo dell'ovulo. Nelle specie più primitive si hanno ancora gameti mobili pluriflagellati che vengono accolti da una camera pollinica posta nell'ovulo in cui vi è un ambiente liquido.
Il gametofito femminile è contenuto nell'ovulo: esso è costituito da 4 macrospore, dalla nucella e dai tessuti del macrosporofillo. Delle 4 macrospore iniziali 3 muoiono, una sola sopravvive e verrà fecondata dagli spermazi, così che insieme all'endosperma primario formerà l'embrione. L'endosperma primario è costituito dai tessuti stessi del gametofito femminile, che possono essere cellularizzati o meno (è un megaprotallo aploide).
L'embrione formatosi possiede più cotiledoni ed è spinto nei tessuti di nutrizione da un sospensore.
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