El crecimiento de las plantas y los factores que lo controlan

UNIVERSIDAD ESTATAL A DISTANCIAVICERRECTORÍA ACADÉMICA

ESCUELA CIENCIAS EXACTAS Y NATURALESAnatomía y Fisiología Vegetal (547)

ELABORADO POR MARIANELA QUIRÓS ÁLVAREZ

Diferenciación Celular y Desarrollo

Diferenciación Celular y Desarrollo

• Diferenciación celular: proceso mediante el cual a partir de divisiones celulares se forman células especializadas que cumplen funciones específicas, con morfología y composición química definida.

• Crecimiento: aumento de tamaño de una estructura o toda la planta.

• Desarrollo: Crecimiento y diferenciación de células, tejidos y órganos en los individuos desde el cigoto hasta la muerte.

Crecimiento de órganos

• Determinado: órganos que crecen hasta cierto límite ya establecido en la genética. Ejemplo: hojas, flores y frutos.

• Indeterminado: órganos que continúan creciendo hasta la muerte del organismo. Ejemplo: tallos y raíces.

Desarrollo de las plantas

De acuerdo a su ciclo de vida se clasifican en:•Plantas anuales: su ciclo de vida se lleva a cabo en un año o menos. Ejemplos: arroz, frijol, maíz, papa, trigo, soya, sorgo, etc.

•Planta perennes: su ciclo de vida dura varios años. Ejemplos: especies forestales.

Patrones de crecimientoEl ciclo de crecimiento de una planta puede observarse según una curva sigmoide:•Fase A Inicial: crecimiento lento, período de adecuación al medio y formación de estructuras.•Fase B exponencial o logarítmica: se da un crecimiento exponencial, que aumenta el tamaño de la planta considerablemente.• Fase C lineal o estable: se da un crecimiento constante en relación al tiempo.•Fase D o senescencia: el crecimiento disminuye y la planta empieza a morir. Coincide con el proceso de reproducción, formación de frutos y semillas.

Reguladores de crecimiento• Un Regulador de Crecimiento es cualquier factor

que de una manera u otra afecta el crecimiento de las plantas.

• El crecimiento está regulado por factores que pueden ser externos o internos.

Sustancia Reguladoras de Crecimiento

Fitohormonas: •Sustancias orgánicas reguladoras del crecimiento. •Son sintetizadas en una parte de la planta y translocadas a otra parte, donde en una pequeña concentración, causan una respuesta fisiológica al promover o inhibir procesos. •Actúan directamente sobre el control de la expresión de genes o pueden actuar sobre enzimas y con ello controlar los procesos metabólicos.

Auxinas

• Estimulan la dominancia apical.• Controlan la diferenciación del tejido vascular y

promueven la actividad del cambium vascular.• Estimulan el crecimiento de los frutos y las semillas.• Previenen abscisión de hojas, flores y frutos.• Estimulan crecimiento radical, especialmente raíces

adventicias.• Estimulan síntesis de etileno.• Controla crecimiento de hierbas (herbicida).

Citocininas

• Estimula división celular, desarrollo de yemas laterales y crecimiento de órganos como tallos y raíces.

• Retrasa la senescencia en hojas y la planta, al inhibir la degradación de proteínas, membranas celulares y evitando la oxidación de algunas sustancias.

• Favorece el traslado de sustancias de unos órganos a otros, con el fin de evitar muerte de órganos por deficiencia de alguna sustancia.

• Favorece la síntesis de clorofila y el desarrollo de los cloroplastos.

Giberalinas

• Promueven el alargamiento de los tallos estimulando la división celular.

• Promueve el crecimiento y desarrollo de frutos. Estimula la movilización de nutrientes y sustancias de reserva a frutos y semillas.

• Retrasa la senescencia en hojas y frutos.• Promueve la floración y la germinación de semillas.• Estimula el crecimiento de yemas.

Ácido abscísico

• Favorece la abscisión de órganos.• Induce mecanismos de resistencia al estrés en las

plantas.• Promueve el cierre de estomas.• Inhibe la germinación y crecimiento de semillas.• Controla el crecimiento de yemas, para favorecer su

reposo.• Favorece maduración de frutos.

Etileno

• Activa enzimas que degradan la pared celular promoviendo la abscisión de hojas, flores y frutos.

• Promueve la epinastía de las hojas.• Controla la determinación del sexo de flores de

algunas plantas monoicas.• Induce la floración en algunas especies.• Promueve la maduración de los frutos.• Inhibe el alargamiento de los tallos y raíces.

Tropismos por factores externos reguladores de crecimiento

• Tropismos: Es cuando el crecimiento de una planta está determinado por un estimulo externo.

• El tropismo es positivo cuando el crecimiento se da en dirección al estimulo.

• El tropismo es negativo cuando el crecimiento es inverso al estimulo.

Tropismos por factores externos reguladores de crecimiento

• Fototropismo: es cuando el crecimiento del tallo se da en dirección a la luz.

• Heliotropismo: es cuando el crecimiento de hojas y flores se da en dirección del sol.

• Geotropismo: es cuando el crecimiento se da como respuesta a la fuerza de gravedad, ejemplo: el crecimiento de las raíces es un geotropismo positivo.

• Tigmotropismo: el crecimiento se da como una respuesta a un estimulo mecánico, como el contacto con un objeto solido, la lluvia, el manipuleo, el viento, animales o maquinaria.

Movimientos násticos

• Es un movimiento de la planta independiente del estimulo externo.

• Ocurre por cambios en la presión de turgencia de células parenquimatosas.

Fotoperiodismo

• Es el efecto que produce la variación en las horas luz - horas noche en procesos como: Germinación, Fotosíntesis y Floración.

• Los seres vivos tienen la capacidad de medir el tiempo para llevar a cabo ciertos procesos siguiendo ritmos circadianos (24 hrs). Esta capacidad se llama Reloj Biológico.

Fotoperiodismo

• De acuerdo a su reloj biológico las plantas se clasifican en:

• a. PDC: Plantas de días cortos, las plantas florecen en días cortos, como la soya y el tabaco. Corresponden a los meses de noviembre y diciembre.

• b. PDL: Plantas de días largos, las plantas florecen en días largos, como las espinacas y la cebada. Corresponde a los meses de julio y agosto.

• c. Plantas Neutras: Plantas que no se afectan por la periodicidad como las plantas tropicales.

Factores que afectan floración

1. El fotoperiodismo

2. Temperatura y precipitación.

3. La concentración de un pigmento llamado fitocromo, ya que activa una hormona llamada florígeno que induce la floración.

Agua H2O • Polaridad molecular:

Distribución asimétrica de carga, un extremo de la molécula lleva carga ligeramente positiva (hidrógenos) y el otro extremo lleva carga ligeramente negativa (oxígeno).

En el enlace covalente entre el oxígeno y el hidrógeno, el oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno, o sea, atrae más los electrones (subpartículas del átomo negativas) debido al mayor número de protones en su núcleo (subpartículas del átomo negativas).

• Enlace o puentes de hidrógeno: enlace entre el átomo de hidrógeno ligeramente positivo de una molécula de agua con el átomo ligeramente negativo de otra molécula de .

• Cohesión: atracción que existe entre el agua y otras moléculas.

• Adhesión: atracción que existe entre el agua y otros materiales.

• Alto calor de evaporación: los enlaces de hidrógeno deben romperse antes de que el agua hierva y sus moléculas se evaporen.

• Alto calor específico: los enlaces de hidrógeno del agua la ayudan a absorber calor sin gran cambio de temperatura.

• Alto punto de fusión: el agua se enfría más lentamente que otros líquidos y tarda más en congelarse.

• Solvente: Capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias y formar disoluciones moleculares.

• Puede disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas.

• Una solución contiene sustancia disueltas llamadas solutos.

Ejemplo:Soluto : sal (NaCl).El extremo positivo de la moléculas de agua atraen a los iones cloro (Cl-), y el extremo negativo de la molécula de agua atraen a los iones sodio (Na+).

• Hidrofílico: tipo de molécula que interactúa con el agua disolviéndose y/o formando enlaces de hidrógeno con moléculas de agua.

• Hidrofóbico: tipo de molécula que no interactúa con el agua debido a que no es polar.

FUNCIONES DEL AGUA

•Medio de reacciones químicas del metabolismo: Debido a su polaridad y capacidad disolvente, facilita las reacciones químicas dentro y fuera de sistema vivientes.

• Capilaridad: la cohesión y la adhesión permite el transporte de agua a través de conductos por capilaridad. Ejemplo, el transporte de agua de las raíces a las hojas en la planta, transportando nutrientes disueltos.

• Sistema de transporte de sustancias.

La capilaridad permite avanzar el agua por tubos estrechos xilemáticos, aún contra la gravedad

Así, sube el agua desde las raíces hasta las hojas, a través del xilema.

• Tensión superficial: Por cohesión, existe una fuerte unión de las moléculas de agua en estado líquido.

Esto permite que algunos animales

puedan caminar sobre el agua (mosquitos

patinadores) o una hoja flotar.

• Amortiguador térmico: Permite que el citoplasma sirva de protección ante los cambios de temperatura al mantener la temperatura constante. Los mares, también mantienen temperaturas relativamente constantes.

• A la vez, para que el agua líquida se convierta en hielo requiere gran pérdida de calor. La temperatura del agua se eleva y cae lentamente, permitiendo a los organismos protegerse de cambios bruscos de temperatura en el ambiente.

• El agua se expande cuando se congela, siendo menos densa en estado sólido, lo que permite que el hielo flote. Esto hace posible que en zonas con invierno marcado, los lagos se congelen sólo la superficie y que la vida acuática pueda mantenerse.

• Osmosis: es el movimiento de agua a través de una membrana semipermeable, de una concentración baja de soluto a una concentración alta de soluto.

• Plasmólisis: proceso que ocurre cuando se coloca una célula en un medio hipertónico, es sinónimo de marchitez, la membrana se observa en estado flácido.

• Turgencia: ocurre cuando se coloca una célula en un medio hipotónico, se incrementa el volumen de agua en la célula y se observa la célula como englobada.

Potencial hídrico

Es el potencial químico del agua, es decir, la variación de la energía libre del agua en un punto, debido a una variación de moles de agua que entran o salen de un punto.

Es la capacidad de las moléculas de agua de moverse en un sistema particular.

El agua circula entre dos puntos siempre que su potencial termodinámico no sea idéntico entre ambos puntos.

Potencial hídricoEs la suma de varios componentes en un sistema:

Ψ = Ψp + Ψs + Ψm + ΨgΨp = potencial de presión celular. Representa la

presión ejercida por el protoplasto contra la pared celular. Posee valores positivos. Cuando la célula está turgente, la vacuola ejerce presión sobre las paredes y aumenta el estado energético del agua. Cuando su valor es cero se habla de plasmólisis incipiente.

Potencial hídrico

Ψs = potencial osmótico. Es consecuencia de los solutos disueltos, disminuye la energía libre del agua y es siempre negativo.

Ψm = potencial mátrico. Es consecuencia de fuerzas que retienen moléculas de agua por capilaridad, adsorción e hidratación, principalmente en la pared celular (microfibrillas) y el citoplasma (matriz, macromoléculas y coloides). Frecuentemente Ψm se incluye en Ψs, ya que es difícil decidir si las partículas cuentan como solutos o sólidos.

Ψg = potencial gravitacional. Es consecuencia de diferencias en energía potencial debidas a diferencias de altura con el nivel de referencia. Generalmente ignorado en sistemas vegetales.

Potencial hídrico

Por lo cual, cuando la célula se encuentra en plasmólisis incipiente, el potencial hídrico es igual al potencial osmótico (Ψs).

Se puede calcular la presión osmótica para obtener el potencial osmótico, ya que la relación entre ambos es: п = - ΨsPresión osmótica: presión necesaria para contrarrestar el paso del agua pura al interior de una solución acuosa a través de una membrana semipermeable, evitando así un incremento en el volumen de la solución. Es directamente proporcional al número de moléculas de soluto por unidad de disolvente.

Potencial hídrico

Se puede calcular la presión osmótica utilizando la Ley de los gases ideales:

P = n R T ; entonces para 1 mol de sacarosa en 1 L ; V de volumen y 298 K de temperatura

P = 1 mol . 0,0821 L/atm . 298 K = # M. 0,0821 . 298 atm mol . K K 1 L

Absorción de agua en las plantas

• El agua es absorbida en mayor cantidad por los pelos absorbentes y ocurre por diferencias de presión de difusión del agua.

Los factores que afectan la absorción son:a. Temperatura del suelob. Concentración de solutos en el suelo.c. Aireación del suelo.d. Disponibilidad de agua en el suelo.e. Característica del sistema radical.

Transporte de agua en las plantas

a. Presión de la raíz: hay mecanismos osmóticos que generan gradiente de concentración.

b. Teorías de cohesión y adhesión: al evaporarse el agua por los estomas de las hojas se genera una pérdida de potencial hídrico, esto provoca que la célula tome agua de la que está a la par, ocurriendo un proceso de succión.

Imbibición

Es otro sistema del que disponen las plantas para absorber agua.

Características:1. Ocurre movimiento de agua según un gradiente de

concentración.2. Debe existir un gradiente de potencial hídrico entre la

superficie que embebe y la imbibente.3. Debe existir fuerzas de atracción entre ambas

sustancias.A las fuerzas que generan estos materiales se les llama

potencial mátrico - fuerza de atracción hacia el agua. La principal entrada de agua en el interior de las semillas en la germinación es por imbibición.

Transpiración

Es la pérdida de agua en forma de vapor a través de los estomas de las hojas.

Factores que afectan la transpiración:1. Humedad atmosférica: a mayor humedad mayor abertura

estomática.2. Concentración de dióxido de carbono: a mayor CO2 menor

abertura estomática. 3. Temperatura: temperaturas altas favorecen la velocidad de

salida del agua.4. Humedad del suelo: a mayor humedad mayor abertura

estomática.5. Luz: al aumentar la luz se abren los estomas.6. Viento: a mayor cantidad de viento mayor abertura

estomática.