REINO VEGETAL - NUTRICIÓN - INTERCAMBIO DE GASES - TRANSPORTE DE SUSTANCIAS - EXCRECIÓN - RELACIÓN

CONCEPTOS PREVIOS

• Flor; órgano reproductor propio de las plantas con semillas (espermatofitas) donde se forman las semillas

• Flor

• Polen; partículas formadas en los sacos polínicos que

contienen los gametos masculinos.

• Semilla; estructura reproductora resultante del desarrollo del óvulo tras la fecundación. Protege al embrión y le permite mantenerse en reposo durante largos periodos de tiempo

• Cotiledón; hojas primordiales (embrionarias) que se encuentran en el interior de la semilla (en el embrión). Puede haber plantas monocotiledóneas (embrión presenta un solo cotiledón, p.ej gramíneas como arroz, maíz, trigo, cebada) o dicotiledóneas (p.ej. Judía)

• Fruto; estructura que resulta de la transformación de las paredes del ovario. En su interior se encuentran las semillas, protegidas.

• Fruto; estructura que resulta e la transformación de las paredes del ovario. En su interior se encuentran las semillas, protegidas.

NUTRICIÓN EN VEGETALES

CAPTACIÓN DE NUTRIENTES

1. Captación de nutrientes en vegetales

• Nutrientes vegetales

– Micronutrientes (Ca, Mg, S, Fe)

– Macronutrientes (H2O, CO2, O2, N, P, K)

• Talófitas (ambientes acuáticos o húmedos, sin tejidos diferenciados, como es el caso de briofitas –musgos-) La captación de nutrientes se produce a través de toda la superficie de la planta; los nutrientes atraviesan las membranas de las células

1. Captación de nutrientes en vegetales

• Talófitas

1. Captación de nutrientes en vegetales

• Talófitas

1. Captación de nutrientes en vegetales

• Talófitas

Cormofitas • Presentan estructuras especializadas como la raíz, tallo y

hojas, que conforman el aparato vegetativo.

Raíz

• Órgano subterráneo cuyas funciones son anclar el vegetal al suelo, absorber de él los nutrientes inorgánicos (agua y sales miéntales), iniciar su transporte hacia el tallo y, en ocasiones, almacenar sustancias de reserva

• La raíz presenta cuatro zonas bien diferenciadas; zona de ramificación, zona de alargamiento, zona pilífera (células diferenciadas en pelos radicales, para favorecer la absorción de agua y sales) y zona de crecimiento (en el ápice radicular, formada por el tejido meristemático primario y protegido por una cápsula de células denominada cofia)

• Cormófitas. Morfología de la raíz

Raíz

• Estructura primaria de la raíz. Aparece en las raíces que presentan solo crecimiento en longitud, y se da en la zona pilífera.

Raíz

• Estructura secundaria de la raíz. La raíz presenta crecimiento en grosor, producido por la actividad del cambium y el felógeno. Está presente en las raíces de las gimnospermas de más de un año y en las angiospermas dicotiledóneas.

Tallo

• Estructura aérea cuyas principales funciones son transportar la savia bruta hasta las hojas y la savia elaborada desde las hojas hasta el resto de los órganos del vegetal. También presenta función de sostén de las hojas, flores y frutos, así como exposición de los órganos fotosintetizadores (hojas) a la luz, y, en ocasiones, almacenar sustancias de reserva.

• En cuanto a la morfología del tallo, cabe diferencias yema apical (responsable del crecimiento en longitud del tallo se gorma en el extremo de los tallos y está formado por tenido meristemático primario), yema axilar (formado en las axilas de las hojas o ramificaciones, es responsable del desarrollo de las ramas), nudo (zona engrosada del tallo donde se insertan las hojas) y entrenudo (zona comprendida entre dos nudos).

Tallo. Morfología (Yema apical)

Tallo

• Estructura primaria del tallo. Se da en los tallos que solo presentan crecimiento en longitud (tallos jóvenes de menos de un año de dicotiledóneas y tallos adultos de helechos y monocotiledóneas)

Tallo

• Estructura primaria del tallo. Se da en los tallos que solo presentan crecimiento en longitud (tallos jóvenes de menos de un año de dicotiledóneas y tallos adultos de helechos y monocotiledóneas)

Tallo

• Estructura secundaria del tallo. Aparece en los tallos de más de un año de las gimnospermas y de las angiospermas dicotiledóneas, y ya presenta crecimiento en grosor por la aparición y actividad de dos meristemos secundarios; cambium y felógeno.

Hoja

• Órgano vegetal aéreo, donde abunda parénquima clorofílico. Las hojas realizan la fotosíntesis, llevan a cabo la evapotranspiración (salida de agua en forma de vapor) y permiten el intercambio gaseoso.

• En la morfología de la hoja se puede diferenciar el limbo (parte laminar recorrida por los nervios), los nervios (contienen los haces conductores), haz (cara superior del limbo), envés (cara inferior del limbo, generalmente de color más claro que el haz), peciolo (pedúnculo que une la hoja al tallo, las hojas sentadas cercen de él) y vaina (ensanchamiento del peciolo en la zona de unión con el tallo).

Hoja. Morfología

Hoja

• Estructura de la hoja. En un corte transversal del limbo de una hoja se encuentran varias capas, formadas por diferentes tejidos que varían desde el haz al envés:

– Epidermis del haz. Sus células carecen de cloroplastos y posee una cutícula impermeable.

– Tejido conductor. Formado por grupos de haces liberoleñosos rodeados de parénquima, que se ubican en las nerviaciones de las hojas

– Parénquima clorofílico, en empalizada y lagunar

– Epidermis del envés. Transparente, con cutícula impermeable y abundantes estomas.

Hoja

• Estructura de la hoja (corte transversal)

(Epidermis del envés)

(Epidermis del haz)

Hoja. Tipos de hojas

Cormófitas. Incorporación de agua y sales minerales

• El agua y las sales minerales se incorporan a la planta a través de los pelos radicales (evaginaciones de las células epidérmicas de la raíz, que aumentan la superficie de contacto de las raíces con el suelo)

• El agua y las sales minerales entran de distinta forma:

– El agua penetra en la raíz por ósmosis, ya que en interior de raíz existe una mayor concentración de solutos (medio hipertónico) que en el exterior, por lo que entra a favor de gradiente de concentración

– La sales minerales, generalmente en forma iónica, penetran en el interior de la raíz mediante un sistema de transporte activo, que se realiza en contra de un gradiente de concentración y requiere aporte de energía.

• Cormófitas. Raíz

Cormófitas. Incorporación de agua y sales minerales

• Una vez que el agua y las sales minerales ya han entrado en el interior de la raíz, pueden seguir dos vías diferentes hasta el xilema:

– Vía A o simplástica

– Vía B o apoplástica

Cormófitas. Incorporación de agua y sales minerales

• Vía A o simplástica

– Una parte del agua y la mayoría de las sales minerales circulan por el interior de la raíz hasta los vasos leñosos a través del citoplasma de las células que forman el parénquima cortical.

– De una a otra célula pasan a través de las membranas plasmáticas y de los plasmodesmos; las sales minerales lo hacen mediante transporte activo y el agua lo hace por ósmosis.

Cormófitas. Incorporación de agua y sales minerales

• Vía B o apoplástica

– La mayor parte del agua y una parte de las sales minerales circulan por el interior de la raíz a través de las paredes celulares y de los espacios intercelulares, hasta legar a la endodermis.

– A partir de aquí el agua atraviesa la membrana y el citoplasma de la banda de Caspari por ósmosis, mientras que las sales minerales penetran en las células de la endodermis por transporte activo

Via apoplástica y simplástica

TRANSPORTE DE SAVIA BRUTA

• El conjunto de agua y sales minerales que han llegado hasta el xilema se denomina savia bruta y será transportada por los vasos leñosos hasta las hojas, donde se utilizará en la fotosíntesis

• La savia bruta debe ascender por el tamaño de la planta hasta llegar a las hoja. Este ascenso se realiza a través del xilema, formado por vasos leñosos de un diámetro entre 20 y 70 µm.

• Es un mecanismo en contra de la gravedad y que se produce gracias a varios fenómenos físicos como la presión radicular, la transpiración y la tensión-cohesión.

• El mecanismo recibe el nombre de tensión-adhesión-cohesión

Mecanismo de tensión-adhesión-cohesión

• Presión radicular. Como ya hemos visto, el agua del suelo entra en el interior de la raíz por ósmosis. Esta entrada produce un aumento de la presión radicular, que es suficiente para que la savia bruta ascienda por el tallo en plantas de escasa altura, pero no es suficiente en plantas de gran altura.

• En términos físicos, el aumento de la presión hidrostática provoca una fuerza de empuje ascendente

Mecanismo de tensión-adhesión-cohesión

• Transpiración. Consiste en la pérdida de agua por evaporación a través de los estomas, y está relacionado con el proceso de absorción de agua a través de las raíces, de tal forma que al aumentar la transpiración aumenta la absorción de agua en las raíces

• Esto se debe a que la pérdida de agua por transpiración produce una fuerza aspirante (tensión) que literalmente tira de cada molécula de agua y sales hacia arriba. Esta fuerza es eficaz debido a la elevada cohesión de las moléculas de agua (ver siguiente diapositiva)

Mecanismo de tensión-adhesión-cohesión

• Tensión-cohesión. La elevada cohesión de las moléculas de agua se debe a su unión por enlaces de puente de H.

• En este mecanismo interviene también la adhesión de las moléculas de agua a las paredes de los finísimos vasos leñosos, de manera que en la ascensión también interviene la capilaridad

Transpiración - Transporte savia bruta Animación 2 - Transporte en xilema y floema (inglés)

INTERCAMBIO DE GASES

• La nutrición de las plantas no es suficiente con el agua y los nutrientes minerales. Es necesario un aporte de O2 atmosférico para la respiración celular, y también CO2 para la fotosíntesis

• La entradas de estos gases en la planta se realiza a través de tres vías:

– Estomas

– Pelos radicales

– Lenticelas

• También se produce la salida de vapor de agua por los estomas

Estomas • Son la vía más importante de entrada de gases, una vez en su

interior se disuelven en agua y son trasportados a cualquier parte de la planta.

• El mecanismo de apertura y cierre de los estomas es en este caso clave y fundamental, y se debe a cambios de turgencia que experimenta las células oclusivas que los forman

• Control de la apertura y cierre estomático por la hormona vegetal ácido abscísico

Apertura de estomas

• Cuando las células oclusivas reciben agua procedente de células adyacentes, se vuelve turgentes y sus paredes celulares se comban.

• De esta forma se abre el estoma y los gases entran o salen a través del estoma

• Este aumento de turgencia se debe principalmente a la entrada de iones K+ en el interior de las células oclusivas, lo que ocasiona que el medio sea hipertónico y la entrada de agua por ósmosis

• Este proceso de entrada de iones K+ es activado por la luz (su ausencia provoca el efecto contrario)

• Aumento de volumen de células oclusivas (aumento de turgencia) Apertura de estomas

Cierre de estomas

• Cuando las células oclusivas pierden agua se vuelven flácidas y el estoma se cierra

• Esta pérdida de turgencia se debe principalmente a la salida de iones K+ del interior de las células oclusivas, lo que ocasiona que el medio interno de las células oclusivas sea hipotónico con respecto a células adyacentes, favoreciendo la salida de agua por ósmosis

• Este proceso de salida de iones K+ se favorece en ausencia de luz, y cuando la temperatura sobrepasa valores muy altos (en plantas C3, 35ºC)

• Disminución de la turgencia de células oclusivas (por plasmólisis o deshidratación) Cierre de estomas

• Otras estructuras especializadas en intercambio de gases

– Pelos absorbentes. Una pequeña parte de los gases pueden entrar en forma disuelta en agua

– Lenticelas. Orificios lenticulares en protuberancias de los troncos. Propio de especies vegetales con estomas poco abundantes, o cuando estos están ausentes (p.ej. Falta de hojas)

TRANSFORMACIÓN DE NUTRIENTES

• El conjunto de agua y sales minerales (savia bruta) y es transportada por los vasos leñosos hasta las hojas, donde se utilizará en la fotosíntesis

• De la fotosíntesis se obtendrán azúcares (savia elaborada) que podrán ser empleados por la planta para obtener energía por procesos catabólicos (por ejemplo respiración celular), o para fabricar sus propias estructuras o sustancias de reserva (procesos anabólicos)

• En cualquier caso , las sustancias orgánicas obtenidas en la fotosíntesis deben llegar a otras zonas de la planta (fruto, tallo, raíz, etc.), por lo que es imprescindible un mecanismo de transporte para la savia elaborada

TRANSPORTE DE SAVIA ELABORADA

• La savia elaborada es una solución formada, principalmente por azúcares (sacarosa), aminoácidos y otras sustancias nitrogenadas.

• La savia elaborada es transportada por toda la planta a través de los vasos del floema (flujo ascendente y descendente) por un proceso denominado translocación

• Este proceso se puede explicar por la existencia de un gradiente de presión entre las zonas donde penetra la savia elaborada en el floema (alta presión hidrostática) y las partes de la planta donde sale la savia elaborada del floema (baja presión)

Proceso de flujo de la savia elaborada 1. Resultado de fotosíntesis, glúcidos salen al citoplasma en

forma de sacarosa

2. Sacarosa entra en floema (vasos liberianos) en contra de gradiente, por transporte activo. Células acompañantes proporcionan energía para este transporte

3. Entrada de sacarosa en floema provoca que las células del floema sean hipertónicas, y esto supone la entrada de agua del xilema al floema por ósmosis

4. La entrada de agua provoca un incremento de la presión hidrostática, que hace la savia elaborada se desplace

5. Al llegar al órgano o tejido receptor, los solutos (por ejemplo sacarosa) sale del floema y éste se vuelve hipotónico (baja la concentración de soluto en los vasos liberianos)

6. Al ser hipotónico, el agua sale por ósmosis del floema al xilema, reduciéndose la presión hidrostática

Los áfidos (pulgones) en la investigación del floema

Los áfidos (pulgones) en la investigación del floema

• La anterior imagen corresponde a un áfido alimentándose sobre un tallo. El áfido introduce su estilete (pieza bucal modificada) hasta los tubos cribosos del floema. La presión a la que se encuentra la corriente de asimilación hace que parte del fluido floemático se introduzca a través del estilete hasta el tubo digestivo del áfido, llegando incluso a salir por el extremo distal del mismo.

• En el dibujo puede verse emergiendo una gotita de líquido azucarado. Tomando muestras de estas gotitas se puede analizar la composición del líquido floemático.

• [Figura modificada de Moore, R., Clark, W.D. & Vodopich, D.S. (1998). Botany. 2nd ed., WCB McGraw-Hill].

Los datos obtenidos de estudios que utilizan áfidos y marcadores radiactivos indican que en el floema las velocidades del movimiento longitudinal de los productos son particularmente rápidas. Por ejemplo, en una serie de experimentos que utilizaron estiletes de áfido cortados, se estimó que la savia de los tubos cribosos se estaba moviendo a una velocidad de más o menos 100 centímetros por hora en las zonas de la punta de los estiletes (Ver tabla de siguiente diapositiva)

EXCRECIÓN EN VEGETALES

• En vegetales la excreción no presenta órganos especializados por los siguientes motivos

– Las tasas metabólicas son mas bajas que en animales, generándose menor cantidad de desechos

– Los desechos no suelen ser tóxicos, sino que en su mayoría se pueden almacenar en vacuolas o citoplasma, o en conductos especiales

– En varios casos se pueden reutilizar en otros procesos, como sucede con el agua y el dióxido de carbono resultantes de la respiración celular, que se emplean en la fotosíntesis

Productos de desecho en vegetales

• Sustancias gaseosas

– Dióxido de carbono. Se produce durante la respiración celular. La planta lo elimina a través de los estomas o lenticelas, cuando no lo reutiliza para la fotosíntesis.

– Etileno. Es una sustancia química que actúa con función hormonal; su producción es uno de los primeros indicadores de la maduración del fruto.

Productos de desecho en vegetales

• Sustancias líquidas

– Aceites esenciales. Pueden ser expulsados al exterior, a través de cilios ganglionares localizados en las flores, yemas y hojas, o almacenados en células o bolsas oleíferas.

– Resina. Sustancia orgánica formada principalmente por terpenos que en algunas plantas como las coníferas se acumulan en canales resiníferos situados en el parénquima. Se puede obtener para producir trementina

– Látex. Se almacena en forma de gotas en el interior de canales laticíferos. A partir del látex se puede obtener el caucho natural.

Agua

• Se produce en la respiración celular

• Se puede reutilizar en la fotosíntesis

• Cuando está en exceso un mecanismo eficiente de excreción es la transpiración:

– Eliminación de vapor de agua a través de estomas

– Permite el transporte de agua y nutrientes

– Regula la temperatura de las plantas, evitando un aumento excesivo

Agua

• Otro mecanismo; gutación

– Eliminación de agua en forma de gotas por la presión en vasos conductores ascendentes

– Propia de plantas de pequeño porte en condiciones de elevada humedad atmosférica

– Agua sale por estomas acuíferos específicos, situados en el extremo de los nervios de las hojas

Productos de desecho en vegetales

• Sustancias sólidas. Algunas de estas sustancias, como el oxalato cálcico, se acumulan en forma de cristales (drusas) de diferente tipo en el interior de las vacuolas celulares

FUNCIÓN DE RELACIÓN EN VEGETALES

ESTUDIAR POR EL LIBRO, PÁGINAS 285-289

Cambio conformacional en la estructura del fitocromo

Tropismos

• Fototropismo – Experimento

• Fototropismo – Práctica

• Fototropismo y geotropismo

Acción de auxinas en tropismos

Geotropismo en raíz

Geotropismo en raíz

Nutaciones

Nutaciones