TEMA 6: LA NUTRICIÓN EN LAS PLANTAS

1.- FUNCIONES VITALES EN LOS ORGANISMOS PLURICELULARES

El organismo unicelular es capaz de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.

En los organismos pluricelulares la célula, como entidad, debe realizar las tres funciones, pero además estos organismos han ido creando tejidos y sistemas que deberán desarrollar a escala de organismo pluricelular las tres funciones.

1.1.- Distintas funciones para distintas necesidadesLas tres funciones vitales son la respuesta a las distintas necesidades que presenta el organismo.

Nutrición: hace referencia a la necesidad de construirse y repararse uno mismo. Para ello hay que tomar del medio la materia y energía necesarios, transformarlos en materiales propios y eliminar los que son de desecho.

Relación: busca solucionar la necesidad de comunicación entre el medio interno y externo del organismo ya así reaccionar en consecuencia. Para ello se necesitará de sensores que capten información, canales que comuniquen esa información y mecanismos para generar respuesta.

Reproducción: para reproducirse hay que hacer copias de la información genética. Si la reproducción es asexual, se harán copias idénticas de uno mismo y si es sexual se combina la información de los dos progenitores.

2.- PROBLEMAS RELACIONADOS CON LA NUTRICIÓN:

En la función de nutrición, además de los sistemas de captura de materia y energía del exterior (alimentos, luz…) pueden necesitar mecanismos de circulación y distribución interna, así como otros de eliminación y excreción.

Así en el siguiente cuadro se muestran las estructuras que han desarrollado las plantas y animales más complejos para realizarlos:

3.- ¿CÓMO INCORPORAN LAS PLANTAS EL ALIMENTO?

El término alimento se usa para indicar las sustancias que toman los organismos y nutriente para aquellas que incorporan las células. Los nutrientes son los componentes de los alimentos

Las plantas al ser autótrofas incorporan materia sencillas del medio por lo que sus alimentos tendrán como nutrientes: agua, sales minerales y gases.

¿Cómo lo hacen?

3.1.- Incorporación del agua y las sales minerales.El agua y las sales minerales disueltas en forma de iones (K+, Ca2+...) tienen que atravesar las membranas celulares para pasar al interior de la planta, y lo hacen de forma diferente según sea un tipo de planta u otro.

- Musgos: no tienen órganos especializados para la absorción, por lo que se da en toda la superficie de la planta.

- La mayoría de plantas vasculares (helechos y espermatofitas) poseen órganos específicos : las RAÍCES. Éstas presentan pelos radicales que aumentan mucho la superficie de contacto con el agua

¿ Cómo entra el agua y las sales a las células?El agua entra en el interior de la raíz a favor del potencial hídrico, en el que intervienen varios procesos siendo el más importante la ósmosis (el citoplasma está más concentrado que el agua del suelo)

Las sales entran en forma de iones al interior mediante transporte activo. Esto le supone un gasto energético a las células y requiere también de proteínas transportadoras en la membrana celular.

¿Cómo llega el agua y las sales al resto de la planta?En los musgos no hay sistemas especializados para el transporte interno, por ello el paso se hace de célula a célula por capilaridad en el espacio intersticial.

En el resto de plantas hay vasos especializados en el transporte interior. El agua y las sales capturados por las raíces deben llegar al xilema que está en la zona central de la raíz, para lo que debe atravesar otros tejidos. El paso a través de las células se hace igual que en las raíces, por ósmosis el agua y por transporte activo los iones.

Al pasar al xilema, el agua y las sales disueltas forman la savia bruta

3.2 Intercambio gaseoso en las plantasLas plantas intercambian gases con el exterior y aunque sean organismos autótrofos, sus células pueden ser tanto autótrofa como heterótrofas. Todas respiran y solo las primeras hacen la fotosíntesis. Necesitan tanto O2 como CO2, aunque el balance de un día completo es absorber CO2 y emitir O2.

Ninguna planta ha desarrollado un sistema respiratorio como tal. Los mecanismos de entrada de gases son:

En los musgos, por su simplicidad se hace a través de las membranas celulares sin cutícula.

En el resto de plantas al presentar superfices exteriores impermeabilizadas y endurecidas los mecanismos son:

Estomas. Poros formados por células oclusivas, en función

de su turgencia, abren o cierran la apertura llamada ostiolo.

Están en la epidermis de las hojas generalmente en el envés.

Lenticelas. Protuberancias con huecos situados

en los tallos leñosos.

Pelos radicales. Protuberancias de las raíces que

absorben el agua con gases disueltos del suelo

3.3 La captación de la luzEn las plantas con semillas (espermatofitas) el órgano

especializado en captar la luz son las hojas.

En los helechos los frondes (imagen)

En los musgos las hojillas y el tallillo.

La captación se produce gracias a la clorofila que se encuentra en los cloroplastos de las células verdes. Debido a que la luz no puede transmitirse por el interior de la planta, las células fotosintéticas se sitúan cerca de la superficie de las hojas, recibiendo así luz directa y CO2 que entra por los múltiples estomas.

4.- ¿CÓMO SE TRANSPORTAN LOS NUTRIENTES POR SU INTERIOR?Los helechos y las plantas con semillas presentan un sistema de transporte de nutrientes con dos vías de comunicación:

● Desde las zonas de captación de materia inorgánica en el exterior (raíces) hacia las células verdes (hojas) viaja la savia bruta (agua con sales y gases disueltos) a través de los vasos leñosos o xilema

● Desde las células verdes (hojas) hacía todas las células no verdes viaja la savia elaborada (agua con gases disueltos y sustancias orgánicas producidas por la fotosíntesis) a través de los vasos cribosos o floema.

4.1 Procesos que mueven la savia brutaLa savia bruta se mueve en contra de la gravedad, en un árbol puede recorrer decenas de metros por el interior del xilema ¿cómo lo consigue?

Hay varios procesos que colaboran en el cumplimento de este objetivo:

-En la raíz se genera un aumento de presión debido a la absorción del agua que entra por los pelos. Eso empuja la savia bruta , ya dentro del xilema, hacia arriba. aunque esta presión es insuficiente.

-En las hojas se produce transpiración de agua en los estomas. Supone un gasto importante de agua para la planta, pero disminuye la presión en la hoja lo que motiva el ascenso de la savia bruta.

Ambos procesos generan una tensión o presión del líquido en sentido ascendente

Esa tensión, sumada a la cohesión entre las moléculas de agua por sus enlaces de puentes de hidrógeno y a su adhesión a la pared de los finos vasos (capilaridad) motiva el ascenso de la savia bruta desde las raíces a las hojas, a pesar de la distancia y la gravedad.

Es la teoría de la

cohesión- adhesión-tensión

4.2.- Procesos que mueven la savia elaboradaLa savia elaborada es un líquido más concentrado que la savia bruta. Contiene sacarosa, así como aminoácidos, iones y otras sustancias propias de la fotosíntesis. Los conductos por donde discurre son los vasos cribosos o floema.

El movimiento de la savia bruta a través de las células del floema se conoce como translocación y se debe a la concentración de sacarosa, a la que el agua sigue por ósmosis de acuerdo con la hipótesis de la corriente de presión.

Esta hipótesis se basa en la diferencia de presión que se crea en el floema entre las zonas fuente y los sumideros o zonas de destino de la savia elaborada.

-Las zonas fuente son las áreas de la planta por donde entra la savia elaborada al floema desde las células fotosintéticas de las hojas. En ellas la sacarosa pasa por transporte activo, con gasto energético.

Se forma así un líquido muy concentrado en el interior del floema, por lo que el agua, que en gran parte viene del xilema, entra también por ósmosis.

-Los sumideros son los lugares donde se trasvasa esa savia desde el floema a otras células. En ellos sucede lo contrario que en las zonas fuente: la sacarosa sale del floema por transporte activo y el agua la sigue por ósmosis.

El efecto combinado de áreas fuente y sumideros crea una diferencia de presión en el floema que mueve la savia de las primeras a las segundas. El movimiento puede ser ascendente y descendente.

Flujo de la savia elaborada

5.-ESTRUCTURAS VEGETALES ESPECIALIZADAS EN LA NUTRICIÓNLas plantas vasculares cuentan con las raíces, el tallo y las hojas.

5.1 RAÍCES:

En las espermatofitas y helechos las raíces tienen la función de anclar la planta al sustrato y de absorber el agua y las sales minerales.

La estructura de la raíz cambia en función de la planta y la edad, pero en rasgos generales presenta las siguientes partes:

- Epidermis. Una capa de células,algunas de las cuales tienen pelos radicales como prolongaciones. A veces hay otra capa por dentro, la exodermis.

- Córtex o corteza radical, formado por:

-Parénquima, con función de almacenamiento, sobre todo almidón

-Esclerénquima, con función de sujeción

-Endodermis, formado por filas de células con engrosamiento en la pared de súber o corcho, que es impermeable al agua y se denomina banda de Caspary. Para atravesarla, el agua y las sales deben entrar en sus células. Agua por ósmosis, sales por transporte activo.

- Cilindro central o vascular. Incluye el xilema y el floema, acompañados por el parénquima. que suele formar una médula central.

5.2-TALLO: ZONA DE TRANSPORTEEl tallo soporta el peso de la planta y comunica los dos órganos captadores de nutrientes (raíces) y energía (hojas). En los árboles y arbustos, el tallo principal se endurece formando un tronco leñoso.

El tallo cumple tres funciones: sujeción, transporte de la savia y protección. Todos los tallos presentan crecimiento en longitud y solo algunos tienen un crecimiento en grosor, o crecimiento secundario, generalmente a partir del segundo año de vida de la planta.

Crecimiento primario.La strucutra de los tejidos es en capas más o menos concéntricas similar a las raíces.

- Epidermis. Está recubierta con un cutícula protectora.- Corteza o córtex. Contiene fibras de colénquima y

esclerénquima que dan firmeza, y células parenquimáticas con función de reserva y fotosíntesis.

- Cilindro central o médula. Formado por los vasos conductores, xilema y floema. Entre ellos hay un parénquima medular.

Crecimiento secundario. Más complejo, por ello además de las capas anteriores, aparecen:

- Cambium vascular, situado dentro del cilindro central, entre el xilema y el floema. Producen continuamente nuevo floema secundario hacia fuera y nuevo xilema secundario hacia dentro

- Cambium suberoso, situado en la corteza. Produce hacia fuera súber o corcho, que son células muertas. El conjunto de corcho es llamado peridermis. Puede haber capas sucesivas de peridermis y la más externa caerse. Estas capas externas forman el corcho de los alcornoques.

5.3- HOJAS:ÓRGANOS DE CAPTACIÓN DE GASES Y LUZLas hojas son órganos laterales de crecimiento limitado que surgen de los tallos.

La estructura interna revela su función como principal órgano de la fotosíntesis, su forma aplanada y de amplia superficie permite captar la mayor cantidad de luz.

En una hoja típica se distinguen las siguientes partes:

Peciolo o tallito que le une al tallo, limbo o zona aplanada especializada en la fotosíntesis. En el limbo, el engrosamiento del peciolo se continúa con una nervadura por donde discurren los vasos (xilema y floema)

Desd elhaz, o parte de arriba, al envés o superficie inferior, una hoja típica de espermatofita presenta la siguiente estructura:

- Epidermis superior (haz), suele presentar una cutícula cérea.- Parénquima, especializado en la fotosíntesis. Puede tener dos capas:

Parénquima en empalizada, superior, con células juntas

Parénquima lagunar o esponjoso, inferior, que deja espacio entre las células para favorecer el intercambio gaseosos.

- Haces vasculares, constituyen la nervadura- Epidermis inferior (envés), que contiene los estomas y sus ostiolos, que

regulan el intercambio de gases con el exterior.

6.-RECORDANDO LA FOTOSÍNTESISTransformación de materia inorgánica en orgánica con necesidad de energía.

La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos y se desarrolla en dos fases:

FASE LUMINOSA: Sucede en la membrana de los tilacoides y solo puede realizarse en presencia de luz. En esta fase la energía captada por la clorofila se usa para:

● Sintetizar moléculas de ATP● Romper las moléculas de agua y obtener H para la siguiente fase y O que se

libera al medio

FASE OSCURA: Sucede en el estroma, puede realizarse en oscuridad y necesita los productos obtenidos en la fase anterior.

La energía almacenada en forma de ATP más el H, se utilizan para transformar la materia inorgánica, pobre en energía, en orgánica, rica en energía. En la fotosíntesis se obtiene glucosa a partir del CO2 siguiendo el ciclo de CALVIN.

La materia orgánica fabricada se usa para renovar o construir los componentes celulares y otra parte como combustible para obtener energía necesaria para la actividad celular.

La ecuación global es:

7.- ¿CÓMO SE EXCRETAN LOS PRODUCTOS?Las plantas debido a su nutrición autótrofa y un metabolismo poco activo, produce menos sustancias de desecho que los animales. Además, existe reciclaje de productos entre catabolismo y anabolismo y muchos de los productos no son eliminados si no que se almacenan en vacuolas.

Los procesos de excreción también son difíciles de distinguir frente a los de secreción que presentan un objetivo propio.

Podríamos resumir tanto los mecanismos de excreción como los de secreción en la siguiente tabla:

8.- RESUMEN DEL PROCESO DE NUTRICIÓN EN PLANTAS VASCULARES:

9.-ADAPTACIONES NUTRICIONALES DE ALGUNAS PLANTASAlgunas planta han desarrollado propios mecanismos de nutrición. Cabe destacar las relaciones de predación, simbiosis y parasitismo.

Predación: plantas carnívoras, suelen darse en ambientes húmedos donde escasea el nitrógeno. Para obtenerlo y poder realizar

la fotosíntesis capturan insectos,

las digieren con sus enzimas digestivas y

extraen el nitrógeno.

10.- IMPORTANCIA DE LAS PLANTAS EN LOS ECOSISTEMASLas plantas tienen papeles esenciales en los ecosistemas. Podemos agruparlos en 5:

1.- Constituyen la base fundamental de las pirámides tróficas de los ecosistemas terrestres. (únicos en convertir CO2 en materia orgánica indispensable)

2.- Son el principal factor biótico formador de suelos. Gracias a la acción de las raíces y el aporte de la materia muerta (hoja, fruto…), las plantas generan la materia orgánica de los suelos, que constituyen el sustrato fundamental para el soporte de vida.

3.- Constituyen un factor muy importante en la definición del clima. Humedecen el ambiente, detienen vientos, generan microclimas…

4.- Contribuyen al aumento de la biodiversidad, bien con su propia variedad de organismos y especies o bien favoreciendo la variedad de otras formas de vida. Las plantas crean nuevos hábitats y favorecen la adaptación y especialización

5.- Contribuyen a regular el ciclo del agua. Al formar y mantener suelos actúan como filtros, contribuyendo a depurar los cauces, recuperar aguas dels subsuelo...