Biología Vegetal 2ª Parte: El transporte en las plantas angiospermas

Tema 4 de Biología NS

Diploma BI

Curso 2012-2014

Opción Evolución 1/48

Antes de comenzar

� ¿Cómo una sequoia de 100 m de altura, hacer llegar el agua desde laraíz hasta las hojas?

Pregunta guía

Conocimientos previos

Superficie de absorción radicular

El sistema de ramificación radicular maximizael área superficial para la absorción.

Las raíces más superficiales profundizan en elsuelo para absorber agua e iones minerales.

Las raíces más superficiales proveen anclajey recogen el agua o los nutrientes próximosa la superficie del suelo.

Los pelos radiculares incrementan más todavía el área superficial para la absorción.

Pelos radicularesRaíz

� El sistema radicular proporciona una gran superficie parala absorción de iones minerales y agua mediante laramificación y los pelos radiculares.

Web plantandsoil.unl.edu

Paso del suelo a la raíz

1. Difusión de iones minerales

� El agua y los iones minerales deben primero llegar a las raíces para que puedanser absorbidos. Hay 3 formas formas mediante las cuales los iones mineralespresentes en el suelo pasan a la raíz:

2. Hifas de hongos (mutualismo)

3. Flujo de agua

A medida que los minerales son absorbidos, unpequeño gradiente de concentración segenera, difundiendo los iones mineraleslentamente hacia la raíz.

A medida que el agua fluye através del suelo, transportaminerales disueltos.

Un gradiente de presión hidrostática segenera por la toma de agua en las raíces,siendo el agua y los solutos literalmente“chupados”.

Existe un tipo de relación de mutualismo entre algunasplantas y hongos. El hongo produce un micelio, alrededor delas raíces de la planta (micorriza), que ayuda a incrementar laconcentración de iones minerales (fosfatos y nitratos).

En compensación, el hongo recibe azúcares de la planta.

Absorción radicular: Transporte activo� En los pelos radiculares los iones minerales son absorbidos por transporte activo

(con gasto de energía).Iones

Intercambio iónico(antiporte)

Carga positiva:

Cationes Aniones

Simporte

Carga negativa:

Por simporte con iones H+Por antiporte usando una bomba de protones

arcilla

� Las células de los pelos radiculares poseen abundantes mitocondrias (ATP) yproteínas transportadoras/bombas de iones en su membrana.

Absorción mediante intercambio iónico (cationes)

Las partículas de arcilla en el suelo estáncargadas negativamente.

Los cationes son facilmente absorbidos en elsuelo y retenidos por las partículas con carganegativa.

Una bomba de protones saca H+ desde lospelos radiculares al exterior (suelo).

Los H+ reemplazan a loscationes como el K+.

Los cationes son absorbidoshacia el interior del peloradicular siguiendo elgradiente electroquímico.

Pasan a través de uncanal iónico.

Los cationes son sustituidos por H+arcilla

Absorción mediante simporte (aniones) Un gradiente elecroquímico es generado por labomba de protones: El interior del peloradicular llega a tener más carga negativa queel exterior.

Los aniones (como el nitrato) nopueden difundir siguiendo elgradiente electroquímico, ya quetambién están cargadosnegativamente.

En su lugar, la energía delgradiente de H+ es usado paratransportar activamente losaniones al interior del peloradicular, en un procesodenominado simporte.

Sostenimiento vegetal� Las plantas terrestres se sostienen a sí mismas gracias a las capas engrosadas

de celulosa, a la turgencia celular y al xilema lignificado.

Célula flácidabaja presión hidrostática

planta marchita

Célula turgenteAlta presión hidrostática

Planta turgente

Cerca de los límites externos del tallo, el grosor de la celulosa de la pared celular es mayoren relación al tamaño celular, aportando rigidez al tallo.

El agua es transportada desde la raíz alresto de la planta a través de los vasosde xilema.Para añadir soporte, anillos de ligninaestán presentes de forma periódica a lolargo de la longitud del tallo. Al habermuchos vasos de xilema lignificados, elsoporte resultante es grande.

Lignina

Web www.kscience.co.uk

Polímero, nopolisacárido, másabundante en lapared celular delos vegetales.

Transpiración: Propiedades del agua

� Una de las propiedades de la molécula de agua es suelevada cohesión, debida a la atracción electrostáticapor su caracter dipolar.

� Por otro lado, el movimiento de las moléculas de agua enestado líquido depende de su energía libre (fracción de laenergía total que puede transformarse en trabajo).

� Concepto: La transpiración es la pérdida de vapor de agua por las hojas ytallos de la planta.

� Para entenderla hay que conocer la cohesividad, adhesión y potencial hídrico delagua.

� El potencial hídrico (ΨΨΨΨ) es lamagnitud más empleada paraexpresar y medir el estado deenergía libre del agua.

� El agua se mueve de formaespontánea siguiendo ungradiente de potencial hídrico,moviéndose de mayor a menorpotencial hídrico.

� La adhesión hacereferencia a lacapacidad del agua,debido a su polaridad,de interactuar con lasmoléculas que formanlas paredes del xilema.

Epidermissuperior

MesófiloEspaciode aire

Cutícula

Epidermisinferior

CutículaCO2 O2 CO2

Xilema O2 Estoma

Evaporación

Transpiración� Los vasos de xilema transportan el agua a lo largo de la planta desde la raíz,

donde entra por ósmosis. Cuando el agua llega al mesófilo de la hoja escalentada por los rayos solares, llegando a evaporarse y transpirar a través de losporos de los estomas.

� A medida que el agua va perdiéndose por transpiración en la hoja, el potencialhídrico disminuye, generándose un gradiente de potencial que succiona(tensión) de las moléculas de agua en el xilema, haciendo llegar más agua alinterior de la hoja desde el suelo, donde el potencil hídrico es mayor. Lacohesión de las moléculas de agua hace que el arrastre por transpiracióntenga repercusión en toda la planta.

Transpiración: teoría tensión-cohesión� El 90% del agua que absorbe una planta

por la raíz se pierde por transpiración.

� Mayores tasas de transpiración permitenuna corriente de transpiración mayor ypor tanto, una mayor tasa de toma deagua.

� Esta teoría es conocida como la teoríade la tensión-cohesión, quemantiene:

“La eliminación de una molécula de aguapor transpiración genera una presióninferior a la atmosférica en las células dela hoja, que induce el ingreso de otramolécula de agua desde el tejidovascular, la cual, por la propiedadcohesiva del agua y gracias a suadhesión al xilema, arrastra con ella unacadena de moléculas de agua que seextiende desde las células de la raízhasta la parte superior de la planta”.

Transpiración: estructura vasos de xilema� Los vasos de xilema poseen dos tipos de células de conducción: traqueidas y

elementos de vaso. Ambos tipos son células muertas huecas sin citoplasma,donde solo quedan sus gruesas paredes lignificadas.

� Las traqueidas son afiladas en ambos extremos y poseen punteaduras quepermiten el paso de agua de una célula a otra, mientras que los elementos devasos, son más largos y tubulares, con placas de perforación en sus paredesterminales.

Transpiración: estructura vasos de xilema� La transpiración tiene lugar a través de los vasos de xilema.

Las punteaduras entre los vasos de xilema permite elmovimiento lateral del agua y los iones.

El movimiento ascendente a través del xilema sedebe a la tensión generada por la corriente detranspiración, donde la cohesión entre las moléculasde agua permite que el agua pueda ser “succionada”.

La adhesión es la atracción entre las moléculas deagua y la celulosa de la pared vegetal.

flujo unidireccional

agua

lignina

pared

Web biology.ualberta.ca

� Los estomas se abren por:

- Luz (fotosíntesis).

- Concentración reducida de CO2.

� Los estomas se cierran por:

- Escasez de agua: se produce la hormona ácido absícico(ABA) para forzar el cierre de los mismos y evitar ladeshidratación.

- oscuridad.

Regulación de la transpiración: estomas

Estoma cerrado:poca entrada de CO2 y poca pérdida de agua

baja presión en el citoplasma

células de guarda flácidas

Estoma abierto:Mucha entrada de CO2 y gran pérdida de aguaalta presión en el citoplasma

células de guarda turgentes

� Las células oclusivas pueden regular la transpiración abriendo y cerrando losestomas.

Regulación de la transpiración: factores abióticos

Regulación de la transpiración: factores abióticos

Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas

Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas

Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas

Una gruesa cutícula cérea evita lapérdida de agua a través de lascélulas de tanto la epidermissuperior como inferior. Si unacélula epidérmica no tienecutícula, el agua se perderárápidamente ya que la pared decelulosa no constituye una barrerapara la pérdida de agua.

Un menor número de estomas conlleva una menor pérdidade agua, al reducirse la posibilidad de que ésta se pierda.

Adaptaciones para reducir la transpiración: XerofitasMarran grass habita en ecosistemas dunares, siendo capaces detolerar la escasés de agua debido a la pobre retención de aguaque posee la arena y a los efectos desecadores del viento.

La gruesa epidermissuperior se enrolla,dejando a los estomasen un espacio cerradono expuestos al aire.

Los estomas están enfosas que mantienen unacapa de humedad quereduce la pérdida deagua por evaporación.

Los pelos en la superficieinterna permiten retenerel vapor de aguaevitando su pérdida através de los estomas.

Las hojas se reducen a espinas, por loque el tallo se convierte en el principaltejido fotosintético y acumula grandescantidades de agua.

Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas

Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas

Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas

Animación1

Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas

Translocación activa en el floema

Web Campbell

Translocación activa en el floema

Translocación activa en el floema

Translocación activa: estructura vasos de floema� Los tubos cribosos de floema constituyen una columna vertical continua

formada por células vivas. El floema posee dos tipos de células deconducción: los elementos del tubo criboso y las células acompañantes.

� Los elementos del tubo criboso poseen una placa cribosa en sus paredesterminales, y carecen de núcleo en la madurez, asociándose habitualmente acélulas acompañantes, que sí tienen núcleo.

Video Resumen Santillana

Translocación activa en el floema

Web Whfreeman.com

Animación2