BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA�1º BACHILLERATO

Temas 10 a 12. El reino Plantas

Nutrición, relación y reproducción vegetal

Índice

• Introducción
• Nutrición vegetal
• Relación en las plantas
• Reproducción en las plantas

1. Introducción

Características generales de las plantas

• Las características más llamativas de los organismos que distinguen este grupo de seres vivos son su pluricelularidad y su capacidad para realizar la fotosíntesis. En este proceso, y gracias a la transformación de la energía de la luz en energía química de enlace, la materia inorgánica se convierte en materia orgánica.
• Son muchos y muy variados los organismos que integran este grupo, por lo que se hace imprescindible su clasificación. Esta clasificación está basada en:
• La presencia o ausencia de vasos conductores.
• La presencia o ausencia de raíz, tallo y hojas.
• La presencia o ausencia de semillas.
• La presencia o ausencia de frutos.
• La presencia de uno o dos cotiledones.

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Clasificación de las plantas

• Para facilitar el estudio del reino vegetal es imprescindible su clasificación. La ciencia dedicada a la clasificación de los seres vivos es la taxonomía. Esta ciencia subdivide el Reino Vegetal en diversos niveles de organización que van desde la División hasta la Subespecie e incluso la variedad.
• Entre estos dos niveles taxonómicos existe toda una jerarquía que va poco a poco haciendo más pequeños y definidos los grandes grupos: subdivisiones, clases, subclases, órdenes, subórdenes, familias, subfamilias, géneros y especies.

2. Nutrición vegetal

• Los vegetales son seres vivos de nutrición autótrofa y fotosintética.
• Se denominan autótrofos porque son capaces de transformar en materia orgánica la materia inorgánica del medio y fotosintéticos porque para ello obtienen la energía de la luz solar.
• Los procesos implicados en la nutrición son:
• La absorción de los nutrientes,
• el intercambio de gases (oxígeno y dióxido de carbono),
• la fotosíntesis,
• el transporte de nutrientes por todo el organismo,
• el catabolismo (degradación de las moléculas en otras más sencillas con obtención de energía) y
• la excreción de sustancias tóxicas producidas durante el metabolismo celular.

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La captación de nutrientes en vegetales y su transporte

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• La incorporación de nutrientes en los vegetales se realiza de forma diferente según estudiemos un vegetal de organización talofítica o cormofítica.
• Los de organización talofítica toman los nutrientes directamente del medio a través de la membrana de sus células, por lo que no tienen, ni necesitan órganos de absorción y de transporte. Es el caso de los briófitos.
• Los de organización cormofítica sí presentan estructuras especialmente adaptadas para la absorción y el transporte en el medio terrestre. Estas estructuras son:
• Raíz: Subterránea (normalmente) a través de la cual obtienen agua y sales disueltas.
• Tallo: Estructura por la cual transportan el agua y las sales minerales desde la raíz a la hoja, y los productos de la fotosíntesis desde la hoja a la raíz y al resto del vegetal. �
• Hojas: Es el lugar donde los compuestos inorgánicos se transforman en orgánicos. Esta función la realizan transformando la energía de la luz en energía química de enlace, en el proceso de fotosíntesis.

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Absorción

• La incorporación del agua y las sales minerales se realiza por las raíces, a través de los pelos radicales. Estas estructuras aumentan considerablemente la superficie de contacto de la raíz con el suelo. Son evaginaciones de la epidermis.
• El agua penetra en la raíz por ósmosis. Este fenómeno se produce porque en el interior de la raíz existe más concentración de solutos que en el exterior. El agua llega así circulando hasta los conductos leñosos, ya sea a través de los espacios intercelulares o atravesando las paredes celulares.
• Las sales minerales requieren energía para penetrar en la raíz, por lo tanto su transporte es activo. Se realiza en contra de gradiente de concentración. Existen unas proteínas en la propia membrana que permiten el paso de sales que se absorben en forma de iones.
• El conjunto de agua y sales minerales que han llegado hasta el xilema se denomina savia bruta. Esta savia es transportada por los vasos leñosos hasta las hojas, donde se utiliza en la fotosíntesis.

Entrada de sales minerales:

• Vía apoplástica. Siguen el camino del agua, pero al llegar a la endodermis se selecciona la cantidad y el tipo de iones que deben entrar, gracias a la banda de Caspary.
• Vía simplástica. Por transporte activo, ya entran los iones seleccionados.

Transporte�Transporte de savia bruta

• En el interior de los órganos vegetales se localiza el sistema vascular. Esta formado por vasos conductores, que forman el xilema y el floema, y transportan sustancias necesarias para la nutrición.
• El ascenso de la savia bruta requiere varios mecanismos:
• La presión radicular que ejerce el flujo de agua desde el suelo hasta el interior de la raíz, por la diferencia de presión osmótica. Esta presión es suficiente para desplazar agua a través del xilema una corta distancia, pero para conseguir que llegue a más de 20 m en la copa de los árboles se tiene que dar un segundo mecanismo.
• La fuerza de cohesión entre las moléculas de agua. Recordemos que la molécula de agua es un dipolo y se unen unas a otras mediante puentes de hidrógeno; estas atracciones intermoleculares producen una elevada cohesión pudiendo soportar presiones negativas de hasta 140 kg/cm² sin que se interrumpa la columna de savia bruta. El ascenso de savia bruta se favorece por la capilaridad de los vasos leñosos a los que se adhieren las moléculas de agua, siendo el ascenso por los vasos más eficaz cuanto menor es el diámetro del vaso (ascenso por capilaridad). El empuje del agua molécula a molécula es la causa de la presión negativa observada en el xilema. El movimiento de la columna de savia bruta por el xilema se produce por presión radicular y por el tercer mecanismo.
• La transpiración, sobre todo en las hojas debida al aporte energético del sol, produce un efecto de succión ya que la pérdida de agua por los estomas hace que la columna de savia bruta avance.
• Esta teoría se conoce como teoría de la transpiración-tensión-cohesión y se debe a Dixon y Joly.

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Intercambio de gases

• Las plantas necesitan oxígeno atmosférico para respirar, para realizar su metabolismo respiratorio. También necesitan dióxido de carbono para realizar la fotosíntesis, tomando de esa fuente el carbono necesario para construir sus propias moléculas orgánicas.
• Para permitir la entrada y salida de estos gases la planta presenta una serie de estructuras muy especializadas:
• Los estomas: son la vía más importante de entrada de gases en la planta. Una vez que han entrado estos gases se disuelven en agua y se transportan hacia cualquier parte del vegetal por el floema. 
• Los pelos radicales: por ellos entran los gases disueltos en agua que se absorbe del suelo. 
• Las lenticelas: son las aberturas de las paredes de los tallos leñosos.

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¿Cómo se abren y cierran los estomas?�

• Los estomas se abren o se cierran en función de la turgencia de las células oclusivas que lo forman. Si se hinchan porque reciben agua de las células adyacentes el estoma se abre, al combarse sus paredes celulares, con lo que los gases entran o salen por el ostiolo.
• Si, por el contrario, las células adyacentes absorben el agua de las oclusivas y éstas pierden agua, se vuelven flácidas y el estoma se cierra, no permitiendo ni la salida ni la entrada de gases.
• A su vez, la entrada de agua se debe a la hidrólisis de almidón que genera glucosa, aumentando la presión osmótica hacia el interior de las células oclusivas.�

Fotosíntesis

• La nutrición autótrofa, propia de los vegetales, requiere la captación de luz procedente del sol. Para ello existen unas estructuras especializadas, las hojas, que presentan amplias superficies para que la captación de esta energía sea eficaz.
• La fotosíntesis se realiza en los cloroplastos, donde se encuentran los pigmentos capaces de captar y absorber la energía luminosa procedente del sol. Estos pigmentos son: clorofila (verde), xantofila (amarillo) y carotenoides (anaranjados). Se trata de uno de los procesos anabólicos más importantes de la naturaleza, ya que la materia orgánica sintetizada en su transcurso permite la realización del mismo. En él:
• Se transforma materia inorgánica en orgánica: a partir de la fuente de carbono del dióxido de carbono del aire. Fase oscura.�
• Se transforma la energía luminosa en química: que es usada por todos los seres vivos. Los vegetales son el primer y único eslabón productor de la cadena trófica. Fase luminosa.�
• El oxígeno se libera como producto residual y lo usan la mayor parte de los organismos para la respiración celular.
• Durante la fotosíntesis, por tanto, la savia bruta, transportada por el xilema hasta las hojas, se transforma en savia elaborada. Es ésta una solución formada por azúcares, aminoácidos y otras sustancias ricas en nitrógeno.

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Transporte de savia elaborada

• Tras la fotosíntesis, la savia elaborada se transporta por el floema que está formado por células alargadas, dispuestas en fila con los tabiques perforados formando unos tubos, llamados tubos cribosos.
• La savia lleva una dirección ascendente y descendente, desde las zonas de producción (hojas) hasta las de consumo (sumideros), que pueden ser cualquier parte del vegetal: tejidos de reserva, frutos, semillas, meristemos apicales, etc.

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El mecanismo de circulación de savia elaborada se explica mediante la hipótesis del flujo de presión.

• Según esta hipótesis las células fotosintetizadoras producen savia elaborada formada por agua, glucosa, sacarosa (en mayor cantidad), aminoácidos y otras sustancias nitrogenadas, hormonas , etc., encontrándose dichos nutrientes a concentraciones elevadas siendo llevados a los vasos cribosos del floema mediante transporte activo lo cual produce un aumento de la concentración, que provoca la cesión de agua por los vasos del xilema o por las células parenquimáticas de los alrededores.
• El agua entra por ósmosis y ayuda al transporte de los nutrientes, que son extraídos por las células que lo necesitan para utilizarlos o para almacenarlos, haciendo que la concentración de nutrientes disminuya, con lo que la mayor parte del agua regresa al xilema.

Metabolismo

Relación entre fotosíntesis y respiración celular:

• Los vegetales son organismos autótrofos, por lo tanto utilizan la energía luminosa para la formación de materia orgánica a partir de inorgánica (fotosíntesis).
• Para el resto de las actividades del vegetal (crecimiento, floración, fructificación, etc.) necesitan energía química procedente de la respiración celular (igual que los animales). Esta materia orgánica de la que hablamos, está compuesta fundamentalmente de azúcares procedentes de la fotosíntesis.

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• La respiración celular es independiente a la presencia o no de luz. En ella se consume oxígeno, durante las 24 horas del día, al contrario de lo que sucede en la fotosíntesis, en la que el oxígeno se desprende en la fase luminosa, es decir, durante el día.
• En la fotosíntesis se fija dióxido de carbono y se desprende oxígeno.
• En la respiración se consume oxígeno y se desprende dióxido de carbono, liberándose energía.

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Comprueba si lo entiendes

http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/1bachillerato/reino_vegetal/activ9.htm

Excreción

• En los vegetales no existe una excreción propiamente dicha. No tienen, por lo tanto, estructuras especializadas para realizar esta función.
• Como su tasa metabólica es menor que la de los animales, la cantidad de sustancias de desecho es muy baja. Además, algunos de estos productos son reutilizados en procesos anabólicos: concretamente el agua y el dióxido de carbono se pueden emplear para realizar la fotosíntesis. Los pocos desechos producidos no siempre salen al exterior. Se pueden acumular en vacuolas o espacios intercelulares.

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• Las sustancias de desecho pueden ser gaseosas, sólidas o líquidas:
• sólidas: pueden ser cristales de oxalato cálcico. 
• líquidas: aceites esenciales (menta, lavanda, eucaliptus) , resinas, látex (caucho), etc. 
• gaseosas: dióxido de carbono y etileno (gas de los frutos maduros).

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3. Relación en las plantas

Los movimientos vegetales

• Las plantas son capaces de percibir los cambios ambientales que actúan como estímulos externos y reaccionar frente a ellos. Como la movilidad de la planta es muy reducida, la respuesta ante estos estímulos no origina desplazamiento, sino un tipo u otro de movimiento.
• Estas respuestas pueden ser: 
• Tropismos: movimientos de crecimiento del vegetal en los que varía la orientación de la planta.
• Nastias: movimientos pasajeros de determinadas zonas del vegetal. Fotonastias: hacia o en contra de la luz; sismonastias: estímulos ligados al contacto del vegetal con algo o a su sacudida.

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Desarrollo y crecimiento

• El desarrollo normal de una planta consiste en el crecimiento ordenado e implica una diferenciación celular que origina tejidos y órganos con distintas funciones.
• En el ciclo vital de la planta el desarrollo presenta distintas etapas: germinación de la semilla, crecimiento vegetativo, floración, polinización, fecundación, cuajado de los frutos y madurez de los mismos, y senescencia.
• En todas estas etapas intervienen las fitohormonas.
• Pero además, la floración de la mayoría de las especies depende de variaciones en las horas de luz, lo que se conoce como fotoperiodo. Así, hay plantas de día corto, que florecen cuando las horas de luz están entre 8 (mínimo fisiológico) y 15 h, como la violeta, y plantas de día largo, que lo hacen cuando las horas de luz superan las 15, como las espinacas. También hay plantas indiferentes o de día neutro que no dependen de la luz, como el maíz.
• Parece que las hojas son los órganos receptores sensibles a la duración de la luz gracias a un pigmento proteico llamado fitocromo, con dos formas una activa y otra inactiva interconvertibles.

Hormonas vegetales

• Las hormonas vegetales se denominan fitohormonas y se producen en las células de secreción que no forman glándulas.
• Controlan el crecimiento y desarrollo del vegetal. Existen hormonas:
• que activan los procesos de crecimiento, floración, yemas apicales, crecimiento celular en los meristemos, formación de raíces en los esquejes (auxinas);
• que hacen germinar las semillas e inducen a la formación de flores y frutos (giberelinas);
• que retardan la caída de la hoja y el envejecimiento e inducen a la diferenciación celular y formación de nuevos tejidos (citoquininas);
• que provocan el cierre de los estomas cuando hay sequía o inhibe el crecimiento del vegetal en momentos de crisis, produciendo una especie de letargo (ácido abscísico) y
• que facilitan la maduración de los frutos y la degradación de la clorofila, haciendo caer las hojas (etileno).

Las auxinas y giberelinas se encuentran y fabrican en los meristemos apicales y de ahí van a las zonas de ramificación y a todos los órganos del vegetal.

Las citoquininas se sintetizan en el ápice de las raíces y circulan por el xilema hasta el tallo.

El ácido abscísico se sintetiza en las hojas y discurre por el floema hasta los meristemos apicales. Se le denomina hormona del estrés porque somete a cambios a los tejidos que se encuentran en condiciones ambientales extremas.

El etileno es un gas que fabrican todos los tejidos de las espermafitas.

4. Reproducción en las plantas

La reproducción asexual en vegetales

• En la reproducción asexual no intervienen gametos. De un solo individuo se separa una unidad reproductora, constituida por una célula o grupo de células, que dan lugar, tras su desarrollo, a un duplicado del progenitor. A partir de un solo individuo se pueden formar gran cantidad de descendientes que son idénticos entre sí e idénticos a su progenitor. No existen combinaciones genéticas porque no existe mezcla ni unión de gametos.
• En vegetales las modalidades más frecuentes de reproducción asexual son:
• Regeneración: a partir de un pequeño fragmento del vegetal se puede reproducir un vegetal completo. A partir de raíces, tallos o yemas se puede reproducir la planta completa (esquejes, un trozo de patata con ojos, un bulbo (ajo...), un estolón (fresa).
• Escisión o fragmentación: A partir de la rotura espontánea del organismo progenitor en dos o más fragmentos. Cada uno de ellos da lugar a un individuo completo (algas filamentosas).
• Esporulación: divisiones sucesivas del núcleo de una célula materna. Luego el núcleo se rodea de una pequeña porción de citoplasma y se aísla por una membrana dentro de la célula madre. Finalmente se liberan las células hijas, llamadas esporas, al romperse la membrana de la célula madre. Este proceso se da en todos los vegetales en algún momento de su ciclo vital.

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Reproducción sexual

• La mayoría de los vegetales, al igual que el resto de los seres pluricelulares, se reproducen de forma sexual. También existen muchos que alternan ambas formas de reproducción a lo largo de su ciclo de vida.�En la reproducción sexual, los descendientes tienen características diferentes a los progenitores gracias a:
• La formación de los gametos: células especializadas que son el vehículo de transporte de la información genética. Son haploides porque se forman a partir de una división reduccional: la meiosis.
• La formación del cigoto: cuando se unen los gametos y se funden sus núcleos se genera una célula diploide de nuevo, con características de los dos progenitores.
• El desarrollo del cigoto: que se divide por mitosis sucesivas, con las nuevas instrucciones genéticas del nuevo núcleo.
• Los gametos que intervienen en una fecundación pueden ser iguales (isogamia) o diferentes (anisogamia). En los vegetales lo frecuente es la anisogamia. Existe un gameto llamado femenino y uno llamado masculino. El femenino es grande e inmóvil y el masculino pequeño y móvil. El femenino se llama óvulo y el masculino anterozoide (espermatozoide en animales). Estos gametos se forman en gametangios.
• Las especies vegetales, al igual que las animales, pueden ser:
• unisexuales o dioicas (existen dos tipos de individuos diferentes, cada uno de sexo diferente)
• monoicas o hermafroditas (el mismo individuo tiene los dos sexos y produce los dos tipos de gametos). En este último caso, no se suele dar la autofecundación y los órganos suelen madurar en momentos diferentes. Lo más frecuente es la fecundación cruzada. En ella los dos individuos hermafroditas se fecundan mutuamente.

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Ciclo de vida de las plantas: diplohaplonte

• Presente en vegetales, musgos, helechos y plantas con semillas.
• Presentan ciclo con alternancia de fases o generaciones. Existen individuos haploides y otros diploides. La meiosis se produce al formarse las esporas.
• La fase diploide es la esporofítica, un tipo de individuo produce por meiosis esporas. Estas esporas dan lugar a un adulto haploide llamado gametofito, en el que se forman los gametos haploides. Tras la fecundación se produce un cigoto diploide que origina una nueva fase esporofítica.

En musgos y helechos

Reproducción en plantas con semilla

• Las plantas con semilla o espermafitas presentan órganos reproductores que se localizan en una parte concreta de la planta, en la flor. Es en ella donde después de la fecundación se produce la semilla.
• Esta estructura diploide ha sido la responsable del gran éxito evolutivo de los vegetales que la poseen: espermatófitos.

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• En Angiospermas la estructura de reproducción de estos vegetales espermatófitos verdaderos es la flor. Está formada por un conjunto de hojas muy modificadas y agrupadas en capas concéntricas llamadas verticilos florales. Una flor puede tener, si es completa, los siguientes verticilos florales:
• Pedúnculo floral: une la flor al tallo. En el extremo se ensancha dando el receptáculodonde se insertan las piezas de la flor y los nectarios (glándulas que producen néctar).
• Periantio: que es la envoltura de la flor. Formado por los sépalos (que forman el cáliz) y los pétalos (que forman la corola). Esta última sirve para atraer a los insectos y facilitar la polinización.
• Órganos sexuales: protegidos por el periantio. Presenta los órganos sexuales masculinos o estambres (formados por el filamento y la antera) y cuyo conjunto forma el androceo y los órganos sexuales femeninos o carpelos (formados por el ovario, el estilo y el estigma) y cuyo conjunto forma el gineceo.

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Polinización y fecundación

• Para que se produzca la fecundación se deben unir los granos de polen fabricados en las anteras de los estambres con los óvulos u oosferas contenidos en los ovarios de los carpelos femeninos.
• El grano de polen contiene dos núcleos espermáticos. Este grano de polen llegará al estigma del carpelo y atravesará el estilo hasta llegar al óvulo. Según la procedencia del polen podrá darse la autopolinización (procedente de la misma planta) aunque este suceso no es frecuente y la polinización cruzada (el polen y el óvulo están en distinto pie de planta).
• Cómo llega el grano de polen hasta el estigma de la parte femenina de la planta depende del tipo de polinización y de las características del propio grano de polen: por el aire (anemófila) y por los insectos (entomófila).
• Tras la fecundación aparece una semilla que encierra en su interior al embrión. Esta semilla, en angiospermas, queda encerrada en su fruto que se produce por la transformación del ovario del carpelo.

• En Gimnospermas encontramos flores primitivas leñosas o carnosas sin ovario que proteja el óvulo. El óvulo aparece desnudo sobre una escama o bráctea y el conjunto de brácteas dispuestas de forma generalmente helicoidal sobre un eje forma una inflorescencia que popularmente llamamos piña.
• Su polinización es anemófila, el grano de polen posee sacos llenos de aire que facilitan su dispersión por el viento y tras la polinización se forma una semilla (piñón) que queda sobre la bráctea hasta que la piña madura abre todas ellas y deja salir los piñones que caen al suelo dando lugar a un nuevo individuo.

Germinación

• Se llama germinación al proceso por el que se reanuda el crecimiento embrionario después de la fase de descanso o dormición. Este fenómeno no se desencadena hasta que la semilla no ha sido transportada hasta un medio favorable por alguno de los agentes de dispersión.
• La dormición tiene un claro sentido adaptativo dado que si todas las semillas de una planta germinaran a la vez, cualquier accidente externo, como una helada, podría acabar con la población. Parece que la dormición se debe a la presencia de ácido abscísico, inhibidor del crecimiento, y la ausencia de giberelinas y citoquininas, que lo producen.
• Las condiciones determinantes del medio son: aporte suficiente de agua y oxígeno y temperatura apropiada. Cada especie prefiere para germinar una temperatura determinada; en general, las condiciones extremas de frío o calor no favorecen la germinación. Algunas semillas necesitan también un tiempo determinado de exposición a la luz para iniciar la germinación.
• Durante la germinación, el agua se difunde a través de las envolturas de la semilla y llega hasta el embrión, que durante la fase de descanso se ha secado casi por completo. El agua hace que la semilla se hinche, a veces hasta el extremo de rasgar la envoltura externa. El oxígeno absorbido proporciona a la semilla la energía necesaria para iniciar el crecimiento. Diversas enzimas descomponen los nutrientes almacenados en el endospermo o en los cotiledones en sustancias más sencillas que son transportadas por el interior del embrión hacia los centros de crecimiento.

• La radícula es el primer elemento embrionario en brotar a través de la envoltura de la semilla. Forma pelos radicales que absorben agua y sujetan el embrión al suelo. A continuación empieza a alargarse el hipocótilo, que empuja la plúmula, y en muchos casos el cotiledón o los cotiledones, hacia la superficie del suelo. Los cotiledones que salen a la luz forman clorofila y llevan a cabo la fotosíntesis hasta que se desarrollan las hojas verdaderas a partir de la plúmula.
• En algunas especies, sobre todo de gramíneas, los cotiledones no alcanzan nunca la superficie del suelo, y la fotosíntesis no comienza hasta que no se desarrollan las hojas verdaderas; mientras tanto, la planta subsiste a costa de las reservas nutritivas almacenadas en la semilla.
• Desde que comienza la germinación hasta que la planta logra la completa independencia de los nutrientes almacenados en la semilla, la planta recibe el nombre de plántula.

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Bibliografía y materiales

• Alfonso Cervel, F. y colab. Biología y Geología. Proyecto Tesela. Ed. Oxford Educación. 2008.
• Páginas web interesantes:
• C. Monge. Proyecto Biosfera.

http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/1bachillerato/reino_vegetal/index.htm

• http://elreinoplantae.blogspot.com/

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