Nutrición y Relación en Plantas 2024-2025 PDF

NUTRICIÓN y RELACIÓN EN PLANTAS Tema 4 1.- LA FUNCIÓN DE NUTRICIÓN EN PLANTAS Para construir, renovar sus estructuras y realizar todos los procesos vitales, los seres vivos necesitan materia y energía. Se denomina nutrición al conjunto de procesos implicados precisamente en el intercambio...

NUTRICIÓN y RELACIÓN EN PLANTAS Tema 4 1.- LA FUNCIÓN DE NUTRICIÓN EN PLANTAS Para construir, renovar sus estructuras y realizar todos los procesos vitales, los seres vivos necesitan materia y energía. Se denomina nutrición al conjunto de procesos implicados precisamente en el intercambio de materia y energía de un ser vivo con el medio que le rodea. 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 (ingestión) de los nutrientes del suelo Fotosíntesis (la digestión) del alimento, el intercambio de gases (oxígeno y dióxido de carbono), el transporte de nutrientes ( savia elaborada y savia bruta) por todo el organismo el catabolismo (degradación de las moléculas en otras más sencillas con obtención de energía; respiración celular) la excreción de sustancias tóxicas producidas durante el metabolismo celular. 1.1.-: INCORPORACIÓN DE AGUA Y SALES MINERALES en cormofitas La incorporación del agua y de las sales se realiza por las raíces a través de los pelos radicales o absorbentes que son evaginaciones de las células epidérmicas que aumentan la superficie de contacto con el suelo. El agua se absorbe por el proceso de ósmosis desde el exterior de la planta, donde la concentración de sales es menor, hasta el interior de la misma, donde la concentración de sales es mayor. Las células epidérmicas se hinchan y se vuelven hipotónicas con respecto a las que hay alrededor y el agua va pasando por ósmosis de célula a célula y entre las células hasta llegar a los vasos conductores del xilema. Las sales minerales se incorporan con gasto de energía ,mediante transporte activo , es decir en contra de gradiente. Se efectúa gracias a unas proteínas transportadoras localizadas en la membrana y se produce en forma de iones 1.2 TRANSPORTE DE AGUA Y SALES MINERALES a) Transporte en la raíz desde la epidermis hasta el xilema La pared celular es pasiva respecto a la entrada de agua y sales, pero la membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva respecto al paso de sustancias. Las sales minerales y el agua pueden pasar entre la pared y la membrana de los pelos absorbentes y seguir entre las células de la raíz (vía B o apoplástica) o pueden pasar atravesando las células a través de los plasmodesmos(vía A o simplástica ) en cuyo caso las membranas celulares permiten el paso de sales de forma selectiva. En cualquier caso al llegar al cilindro central de la raíz donde se encuentran con una capa llamada endodermis está rodeada de una banda cérea o banda de Caspari que es impermeable al agua, y que impide el paso de sustancias entre las células de la endodermis obligando a las sales y al agua a atravesar las membranas plasmáticas de las células endodérmicas El conjunto de agua y sales que han llegado al xilema se denomina savia bruta y será transportada por los vasos leñosos hasta las hojas dónde se utilizará en la fotosíntesis b) Transporte por el xilema hasta las hojas El ascenso de la savia bruta se realiza a través de las tráqueas y/o traqueidas del xilema en contra de la gravedad, gracias a varios fenómenos físicos naturales , que dependen tanto de la estructura interna de las plantas como de las propiedades del agua Estos fenómenos son: 1.-La presión radicular que ejerce el continuo 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 a una corta distancia. 2.- La transpiración ( pérdida de agua por evaporación) 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. 3. -Cohesión-adhesión:. La cohesión de las moléculas de agua de la savia bruta, debida a los puentes de hidrógeno que establecen entre sí, hace que estas se comporten como si se tratase de los eslabones de una cadena. De esta forma, cuando una molécula de agua sale desde vasos conductores hacia las células mesofílicas a causa de la transpiración, se produce una fuerza de succión que tira hacia arriba de la cadena que se transmite por toda la longitud del xilema. Además de lo anterior, la adhesión debida a la formación de puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua y las paredes celulares del xilema contribuye a sostener el peso de la cadena de agua y, por tanto, a facilitar el ascenso de la savia bruta ( capilaridad). 1.3- INTERCAMBIO DE GASES las plantas vasculares requieren intercambiar gases como el dióxido de carbono y el oxígeno con la atmósfera para llevar a cabo procesos metabólicos fundamentales como la fotosíntesis y la respiración celular. No obstante, carecen de un aparato respiratorio propiamente dicho. En las plantas vasculares, el intercambio gaseoso se realiza principalmente a través de los estomas.Estas estructuras se encargan también de eliminar vapor de agua, proceso que se conoce como transpiración. Los estomas son estructuras presentes en la epidermis tanto del envés de las hojas como de los tallos jóvenes. Están formados por dos células oclusivas que constituyen una apertura regulable denominada ostiolo, la cual comunica el exterior con unos espacios del interior de la hoja situados a continuación de los estomas y denominados cámaras subestomáticas. El mecanismo que regula la apertura de los estomas es el siguiente: 1-La captación de luz azul o el descenso de la concentración de dióxido de carbono en la cámara subestomática inducen un transporte activo de potasio hacia el interior de las células oclusivas. 2.- El incremento de la concentración intracelular de potasio, a su vez, desencadena la entrada de agua hacia el interior de las células oclusivas por ósmosis. 3.- El aumento de la turgencia de las células oclusivas provoca una elongación asimétrica en las paredes celulares, pues el mayor grosor de la cara interna limita su alargamiento. 4.- La mayor elongación de la pared celular de la cara epidérmica de las células oclusivas hace que una serie de microfibrillas de celulosa dispuestas radialmente tiren de la pared celular interna hacia el exterior, lo que provoca la apertura del ostiolo. Los principales factores que influyen en la regulación de la apertura estomática son los siguientes: - Concentración de CO2 en las células del mesófilo Cuando la concentración de CO2 en las células del mesófilo es baja, se produce una entrada masiva de iones potasio (K+) al interior de las células oclusivas. Así se genera un medio hipertónico que provoca, en consecuencia, la entrada de agua por ósmosis. Las células oclusivas se hinchan, con lo que el estoma se abre y entra dióxido de carbono. -  - Cantidad de luz Al amanecer, cuando la radiación solar reactiva la actividad fotosintética, se incrementa la demanda de CO 2 en el mesófilo, los iones potasio se desplazan al interior de las células oclusivas y el estoma se abre. Cuando anochece, al no haber fotosíntesis no existe demanda de CO2, por lo que se produce el flujo inverso de iones K+ y el cierre de los estomas, lo que impide la pérdida innecesaria de agua. - Disponibilidad de agua Cuando hay poca agua se libera el ácido abscísico, fitohormona que provoca la salida de iones K+ desde las células oclusivas. Esto genera un medio hipotónico y, por tanto, la salida de agua por ósmosis. Las células oclusivas se arrugan y el estoma se cierra. Los cambios de turgencia vienen determinados por una serie de factores: Otras estructuras de las plantas vasculares implicadas en el intercambio de gases son: - Pelos radicales: permiten la incorporación de los gases disueltos en el agua del suelo. - Lenticelas: hendiduras que aparecen en el tejido suberoso de los tallos leñosos o las raíces y en algunos frutos. Están constituidas por parénquima aerífero, el cual permite el intercambio de gases a través de los espacios intercelulares. A diferencia de los estomas, permanecen siempre abiertas, por lo que las plantas no regulan el intercambio de gases que ocurre a través de ellas. 1.4.-FOTOSÍNTESIS es el proceso mediante el cual los organismos fotoautótrofos, como las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas, captan la luz solar y la utilizan como fuente de energía para la síntesis de compuestos orgánicos, a expensas de compuestos inorgánicos de bajo contenido energético presentes en el medio: dióxido de carbono, nitratos, sulfatos y fosfatos. Se produce en dos fases: a) Fase luminosa  · necesita luz · Ocurre en la membrana de los tilacoides en donde se encuentra la clorofila La energía captada por la clorofila se utiliza para: a)Romper las moléculas de agua para dar oxígeno molecular protones y electrones b)Empujar a los electrones del agua a través de una cadena transportadora hasta un compuesto ( NADPH) denominado aceptor final. La energía liberada en el proceso se utiliza para sintetizar ATP b) Fase oscura o de fijación del carbono : ocurre en el estroma y no necesita de la luz para producirse En esta fase se utiliza la energía en forma de ATP y el,NADPH sintetizado en la fase anterior para transforma el CO2 en materia orgánica generalmente glucosa Se produce en una serie de reacciones conocidas como ciclo de Calvin La primera reacción del ciclo de Calvin consiste en la fijación del CO2 que está catalizada por la enzima Rubisco Los principales factores ambientales que influyen en la fotosíntesis: concentración de CO2, concentración de oxígeno, intensidad luminosa, tiempo de iluminación, humedad y temperatura IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LA FOTOSÍNTESIS La fotosíntesis es un proceso clave para el mantenimiento de la vida en nuestro planeta por las siguientes razones: 1.- La fotosíntesis como sumidero de dióxido de carbono El dióxido de carbono es uno de los principales gases de efecto invernadero, responsables del cambio climático. Los organismos fotosintéticos pueden desempeñar un papel esencial en la mitigación de los efectos del cambio climático, dada su gran capacidad de absorción de CO2 mediante el ciclo de Calvin de la fotosíntesis 2.- La fotosíntesis como fuente de oxígeno La fotosíntesis no solo consume dióxido de carbono, también es una fuente de oxígeno, que se genera durante la fase fotoquímica. El oxígeno cumple una doble función: - Es el gas imprescindible para la vida de los organismos con respiración aerobia. - Es el responsable de la formación y mantenimiento de la ozonosfera, capa de la estratosfera constituida por moléculas de ozono (O3) que protege a los seres vivos de los rayos ultravioleta, altamente peligrosos 3.- La fotosíntesis como sustento de las cadenas tróficas Mediante la fotosíntesis, las plantas incorporan la energía del sol a las cadenas tróficas en forma de energía química y materia orgánica, que el resto de los seres vivos no fotosintéticos (heterótrofos) aprovechan. 4.- La fotosíntesis como fuente de energía De la fotosíntesis proviene la energía almacenada en los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). 1.5.- TRANSPORTE DE SAVIA ELABORADA La savia elaborada es una solución acuosa que contiene alrededor de un 10-20 % de azúcares. Asimismo, este fluido contiene otros compuestos orgánicos, como proteínas, aminoácidos y hormonas vegetales, además de distintas sales minerales disueltas. Todos los compuestos orgánicos presentes en la composición química de la savia elaborada proceden directa o indirectamente de la fotosíntesis. Fuentes Realizan la fotosíntesis y exportan a otros órganos los productos excedentes. Son las hojas maduras y los órganos con reservas acumuladas. Sumideros No realizas la fotosíntesis. Son los ápices de las raíces y los tallos, las yemas axilares en crecimiento, las flores, los frutos y las semillas. La formación de la savia elaborada y su transporte hacia el resto de estructuras de la planta comprende los siguientes procesos: 1.- Transporte de azúcares sencillos y otros compuestos orgánicos desde las células de los tejidos fuente hacia los vasos cribosos del floema.). 2.- Flujo de agua desde el xilema y las células acompañantes vecinas hacia el tubo criboso debido al incremento de concentración de azúcares osmóticamente activos en el interior de este. 3.- Desplazamiento de la savia elaborada debido a la presión hidrostática positiva causada por la entrada de agua por ósmosis en el interior del vaso criboso. Existe un gradiente de presión entre las fuentes (donde la savia elaborada entra en el floema) y los sumideros (donde sale del floema). Esto se debe a que las fuentes son zonas de alta presión hidrostática, pues tienen gran concentración de glúcidos, mientras que los sumideros poseen una baja concentración de glúcidos y, por tanto, son zonas de baja presión hidrostática 4.- Transporte activo de los compuestos orgánicos desde el vaso criboso a las células de los órganos sumidero. Implica también la salida de agua por ósmosis desde el floema hacia el xilema, a causa de la disminución en la concentración de los solutos osmóticamente activos en el vaso criboso. 1.6.- EXCRECIÓN EN VEGETALES En los vegetales no existe una excreción propiamente dicha. No tienen 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. 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.Se consideran productos de secreción y suelen tener una función defensiva - gaseosas: dióxido de carbono y etileno (gas de los frutos maduros).  2.- OTRAS FORMAS DE NUTRICIÓN EN VEGETALES Aunque las plantas son organismos autótrofos no todas cubren sus requerimientos nutricionales mediante la fotosíntesis sino que necesitan asociarse con otros organismos, como en el caso de: a) Plantas simbióticas: viven asociadas a bacterias u hongos obteniendo un beneficio mutuo. Se pueden dar dos tipos de asociación: 1.- rizobios. Se asocia una bacteria fijadora del nitrógeno, por ejemplo bacterias del género Rhizobium ,y raíces de plantas leguminosas ( judías, guisantes…). Se asocian formando los llamados nódulos radicales ( células vegetales + bacterias) La planta se beneficia de esta relación , ya que las bacterias fijan el nitrógeno y lo convierten en amoniaco( que puede utilizar la planta) , mientras que las bacterias se alimentan de los compuestos orgánicos sintetizados por la planta 2.- Micorrizas: Simbiosis entre las raíces de las plantas y ciertos hongos , de manera que la planta proporciona compuestos orgánicos y a cambio el hongo con sus hifas aumenta en las raíces la superficie de absorción de agua y sales b) Plantas parásitas: viven a expensas de otras plantas de la que obtienen los nutrientes necesarios para su supervivencia Pueden ser 1.- fotosintéticas como el muérdago que obtiene el agua y las sales por medio de haustorios ( modificación de las raíces) que succionan el agua y las sales del xilema del árbol al que parasitan 2.- no fotosintéticas como la cuscuta que carece de clorofila y que obtiene la savia elaborada de la planta a la que parasitan c) Plantas carnívoras: son plantas fotosintéticas que obtienen una parte del nitrógeno y de las sales minerales necesarios de insectos Viven en suelos pobres en nutrientes y tienen hojas modificadas en forma de trampa dotadas de glándulas secretoras de enzimas digestivas con las que digieren sus presas 3. LA FUNCIÓN DE RELACIÓN EN PLANTAS La función de relación consiste en la capacidad que tienen los seres vivos para captar estímulos de los medios externo e interno y elaborar respuestas adecuadas que aseguren su supervivencia. Para detectar estímulos las plantas poseen unas células especializadas que funcionan como receptores y se encuentran en la epidermis de sus órganos. Existen distintos tipos (foto, termo y mecanorreceptores) Una vez detectados los estímulos, se producen cambios en las células para darles una respuesta adecuada ,que está reguladas por hormonas vegetales que se denominan fitohormonas y son producidas por células de secreción que no forman glándulas Presentan dos diferencias fundamentales con respecto a las hormonas animales: -Las hormonas animales se producen en órganos específicos llamados glándulas, mientras que las vegetales se elaboran en células no especializadas distribuidas de manera difusa. - Las hormonas animales ejercen una acción y efecto fisiológicos específicos, mientras que la acción de las hormonas vegetales es menos específica debido a las interacciones que se producen entre todas ellas, así, una misma hormona puede producir efectos contrarios si la concentración presente es distinta. Otras respuestas pueden ser: - Producción de movimientos, como los tropismos y las nastias, que, aunque no posibilitan su desplazamiento activo, sí les permiten explorar el entorno y orientar sus órganos en el espacio. - Regulación de procesos fisiológicos en función de la duración relativa del día y la noche a lo largo del año, mecanismo que recibe el nombre de fotoperiodicidad. - 3.1 LAS FITOHORMONAS Las fitohormonas son mensajeros químicos fabricados por las plantas para la regulación de su crecimiento y desarrollo. Existen cinco familias principales de hormonas vegetales, que a su vez se clasifican en dos subgrupos: fitohormonas que estimulan el crecimiento (auxinas, giberelinas y citoquininas) y fitohormonas que inhiben el crecimiento (ácido abscísico y etileno) 3.2 TROPISMOS Y NASTIAS Los tropismos y nastias son movimientos que realizan las plantas como respuesta a determinados estímulos. Suelen estar relacionados con los procesos de nutrición y crecimiento. Tropismos Movimientos duraderos basados en el crecimiento por alargamiento de una parte de la planta ante la influencia de estímulos externos. Pueden ser positivos, si están dirigidos hacia el centro de procedencia del estímulo, o negativos, si el crecimiento es en sentido opuesto. Las auxinas son las principales responsables de este tipo de movimientos.  Se pueden distinguir cinco principales tropismos: a)Quimiotropismo en este caso, el movimiento de orientación del vegetal, es provocado por la presencia de sustancias químicas, como sales disueltas, dióxido de carbono, oxígeno, etc. Este comportamiento permite que el vegetal tenga un encuentro más directo con dichas sustancias. Importante en la raíz que por ejemplo crecen hacia zonas aireadas del terreno ( aerotropismo) b) Fototropismo es aquella respuesta a un estímulo luminoso. Las plantas necesitan luz para realizar la fotosíntesis y así elaborar los compuestos orgánicos. Por eso responden creciendo hacia ella. El fototropismo positivo de tallos y negativo de raíces se producen como consecuencia del control de las auxinas , se trata de respuestas muy valiosas para las plantas por cuanto consiguen la luz imprescindible para la fotosíntesis en el primer caso y el agua y sales presentes en el suelo en el segundo c) Geotropismo o gravitropismo es aquella respuesta a un estímulo referente a la fuerza gravitatoria de los cuerpos. Es decir, el tallo crecerá siempre hacia arriba para encontrar la luz necesaria para la fotosíntesis; las raíces hacia la tierra, allí encontrarán el agua y las sales minerales. También controlado por las auxinas Las plantas detectan la fuerza de la gravedad mediante unas células especializadas (estatocistos) que se encuentran en la cofia de la raíz y en el ápice de los tallos y que funcionan gracias a los amiloplastos d) Hidrotropismo corresponde a un movimiento del vegetal hacia zonas húmedas, donde se encuentra el agua. Frente a este estímulo la raíz manifiesta una clara respuesta positiva, por lo cual se habla de un hidrotropismo positivo. Se puede considerar un tipo de quimitropismo e) Tigmotropismo movimiento de crecimiento orientado bajo la influencia del contacto físico. Ejemplo: los tallos que tienden a crecer en torno a un soporte como ocurre con la parra. Por lo tanto, poseen tigmotropismo positivo; las raíces en cambio , son negativas lo que les permite eludir obstáculos que se presentan en el terreno, tales como piedras y rocas.  Nastias Movimientos rápidos y reversibles de alguna parte de la planta producidos como respuesta a factores externos, tales como temperatura , la luz o la presión por contacto. Es el caso del cierre y apertura de algunas flores durante el día y la noche, o el cierre rápido de las hojas al percibir movimientos bruscos (seismonastias). Están basados en las variaciones de turgencia de las células por cambios de permeabilidad de sus membranas Tenemos termonastias como por ejemplo las flores del azafrán que sólo se abren si la temperatura es de 15ºC; fotonastias como por ejemplo la falsa acacia que abre sus hojas durante el día y se pliegan durante la noche; o por contacto las seismonastias como la mimosa que pliega sus hojas cuando se tocan 3.3 FOTOPERIODICIDAD La fotoperiodicidad es el fenómeno que manifiestan algunas plantas, en las que el fotoperiodo regula ciertos procesos fisiológicos, el más característico de los cuales es la floración. El fotoperiodo se define como la duración del periodo luminoso diario, y es variable a lo largo del año y dependiente de la latitud.  Según los requerimientos de luz para florecer, las plantas se clasifican en: - Plantas de día corto (PDC) son aquellas que requieren fotoperiodos cortos, es decir no rebasar un máximo de horas diarias de iluminación para poder florecer; como por ejemplo el crisantemo, la soja o el tabaco - Plantas de día largo (PDL): aquellas que requieren fotoperiodos largos, es decir, rebasar un mínimo de horas diarias de iluminación para poder florecer. Ejemplo: lechuga, avena o zanahoria - Plantas de día neutro (PDN): florecen independientemente de la duración del fotoperiodo ejemplo patata, judía y algodón La inducción de la floración comienza cuando el meristemo vegetativo, responsable de la formación de raíces , hojas o tallos, pasa a ser meristemo floral. Los cambios vienen por la acción combinada de dos sustancias: un pigmento presente en las hojas denominado fitocromo y otras sustancias que actúan como hormonas y viajan desde las hojas donde se forman, hasta las yemas , induciendo la floración denominadas florígenos