Gymnosperm

Algemene kenmerken

In alle levende gymnospermengroepen vertegenwoordigt het zichtbare deel van het plantenlichaam (dwz de groeiende stengel en takken) de sporofyt, of aseksueel, generatie, in plaats van de gametofyt, of seksuele generatie. Typisch, een sporofyt heeft een stam met wortels en bladeren en draagt de voortplantingsstructuren. Als vaatplanten bevatten gymnospermen twee geleidende weefsels, het xyleem en floëem. Het xyleem geleidt water en mineralen van de wortels naar de rest van de plant en geeft ook structurele ondersteuning. Het floëem verdeelt de suikers, aminozuren en organische voedingsstoffen die in de bladeren worden geproduceerd naar de niet-fotosynthetische weefsels van de plant.

In de meeste gymnospermen bevatten de mannelijke pollenkegels, microstrobili genaamd, verminderde bladeren die microsporofyl worden genoemd. Microsporangia, of pollenzakjes, worden gedragen op de onderste oppervlakken van de microsporofylen. Het aantal microsporangia kan variëren van twee in veel coniferen tot honderden in sommige cycaden. Binnen de microsporangia bevinden zich cellen die meiotische deling ondergaan om haploïde microsporen te produceren.

De gametofytfase begint wanneer de microspore, terwijl deze zich nog in het microsporangium bevindt, begint te ontkiemen om de mannelijke gametofyt te vormen. Een enkele microspore-kern deelt zich door mitose om een paar cellen te produceren. In dit stadium wordt de mannelijke gametofyt (een stuifmeelkorrel genoemd) afgeworpen en getransporteerd door wind of insecten.

Vrouwelijke ovulatiekegels, megastrobili genaamd, kunnen worden gedragen op dezelfde plant die microstrobili draagt (zoals in coniferen) of op aparte planten (zoals in cycaden en Ginkgo). Een megastrobilus bevat veel schalen, megasporofylen genaamd, die megasporangia bevatten. Binnen elk megasporangium ondergaat een enkele cel een meiotische deling om vier haploïde megaspores te produceren, waarvan er drie typisch degenereren. De resterende megaspore ondergaat mitose om de vrouwelijke gametofyt te vormen. Naarmate het aantal vrije kernen vermenigvuldigt, breiden de megasporangium- en megaspore-wand uit. In dit stadium is de zaadknop klaar om bevrucht te worden.

Voordat bevruchting kan plaatsvinden, moet de volwassen mannelijke gametofyt (de stuifmeelkorrel) echter worden getransporteerd naar de vrouwelijke gametofyt – het proces van bestuiving. In veel gymnospermen sijpelt een kleverige “bestuivingsdruppel” uit een klein gaatje in het vrouwelijke megasporangium om stuifmeelkorrels op te vangen. De druppel wordt vervolgens geresorbeerd in het megasporangium voor bevruchting. Bij andere soorten nestelt het stuifmeelkorrel zich op het oppervlak van het megasporangium, waar de mannelijke gametofyt zich verder ontwikkelt. Een stuifmeelbuis komt uit het graan en groeit door het megasporangium naar de meercellige ei-bevattende structuur, het archegonium genaamd. Het ei en het sperma blijven rijpen, de kern van de laatste ondergaat extra splitsingen, wat resulteert in twee mannelijke gameten of sperma. Interessant is dat cycaden en ginkgo de enige zaadplanten zijn met flagellated sperma. Tegen de tijd dat de stuifmeelbuis het archegonium bereikt, zijn zowel het ei als het sperma volledig volgroeid en is het ei klaar om te worden bevrucht.

In gymnospermen, wanneer de kernen van de twee zaadcellen de eicel ontmoeten, sterft de ene kern en verenigt de andere zich met de eikern om een diploïde zygoot te vormen. ei ondergaat mitose om de ontwikkeling van een nieuwe sporofytgeneratie te beginnen – het meercellige embryo van het zaad. Voedsel voor het zich ontwikkelende embryo wordt geleverd door de enorme met zetmeel gevulde vrouwelijke gametofyt die het omringt. Het tijdsinterval tussen bestuiving en rijping van het embryo tot een nieuwe sporofytgeneratie varieert tussen de verschillende groepen, variërend van enkele maanden tot meer dan een jaar (bijvoorbeeld in dennen).

In gymnospermen zoals cycaden en Ginkgo, de zaadvacht staat bekend als de sarcotesta en bestaat uit twee lagen. De sarcotesta is vaak felgekleurd in cycaden en de sarcotesta van Ginkgo-zaden ruikt vies als ze rijp zijn. De zaden van sommige coniferen hebben een dunne vleugelachtige structuur die kan helpen bij de verspreiding van het zaad. Anderen, zoals taxusbomen, hebben een vlezige structuur, ook wel aril genoemd, die het zaad omgeeft. De kegels van jeneverbes zijn vlezig en worden vaak gegeten door vogels.

Op volwassen leeftijd heeft een gymnosperm-embryo twee of meer zaadblaadjes, ook wel zaadlobben genoemd. Cycads, Ginkgo en gnetophytes hebben twee zaadlobben in het embryo; dennen en andere coniferen kunnen er meerdere hebben (acht komt vaak voor; sommige hebben er wel 18).In cycaden en Ginkgo blijven de zaadlobben in het zaad en dienen ze om het voedsel in de vrouwelijke gametofyt te verteren en op te nemen in het zich ontwikkelende embryo. Conifeerzaadlobben komen meestal uit het zaad en worden fotosynthetisch.