LAS PLANTAS Y SU ESTRUCTURA

NOCIONES  DE FISIOLOGÍA VEGETAL

Nutrición vegetal | Contenidos

Junto con la reproducción y la capacidad de relacionarse, la nutrición es una de las características inherentes de los seres vivos. Cualquier ser vivo, por su actividad vital (crecimiento, mantenimiento y reproducción) requiere continuos aportes de energía para reponer las pérdidas y, para que todo el sistema pueda funcionar. 
A diferencia de los animales, organismos que obtienen su alimento de aquello que ingieren (heterótrofos), las plantas son organismos autótrofos. 
No todas las células de los vegetales superiores están en contacto con los nutrientes, ni los procesos de difusión son tan rápidos para acercarlos a todas las células. De este modo se presenta una división de trabajo entre sus células con la consiguiente diferenciación morfológica formándose órganos, los cuales se especializan en las distintas funciones. 
Mediante la fotosíntesis que usa la luz solar como fuente de energía, las plantas son capaces de sintetizar todas las macromoléculas orgánicas que necesitan, a partir de la modificación de los azúcares que se formaron durante la misma. 
Además las plantas deben absorber, para su uso, varios tipos de minerales a través del sistema radicular.

Una dieta balanceada (para plantas...)

• El carbono, hidrogeno, y el oxigeno son considerados los elementos esenciales.
• El nitrógeno, el potasio, y el fósforo se obtienen del suelo y son los macronutrientes primarios.
• El calcio, el magnesio y el azufre son los macronutrientes secundarios que se necesitan en menor cantidad.
• Entre los micronutrientes, necesarios en muy pequeñas cantidades y tóxicos cuando aumenta su concentración, encontramos al hierro, manganeso, cobre, zinc, boro, y cloro.

Un fertilizante completo provee los tres macronutrientes primarios, alguno de los secundarios y micronutrientes. El producto comercial generalmente posee una etiqueta con números como 5-10-5, que hacen referencia al porcentaje en peso de los macronutrientes primarios.

El rol del suelo | Contenidos

El suelo es roca desgastada y descompuesta por el tiempo y fragmentos minerales (geológicos) mezclados con agua y aire. Los suelos fértiles contienen los nutrientes en forma disponible para el crecimiento de las plantas. Las raíces de las plantas actúan como mineros moviéndose a través del suelo y trayendo minerales a la planta. Las plantas usan ese mineral para:

1. Componentes estructurales de carbohidratos y proteínas
2. Componentes de macromoléculas utilizadas en el metabolismo, como el magnesio en la clorofila y el fósforo en el ATP
3. Activar enzimas, como el potasio, que activa posiblemente cincuenta enzimas
4. Mantener el balance osmótico

Micorrizas, bacterias, y minerales | Contenidos

Las plantas necesitan nitrógeno para la construcción de muchas moléculas biológicas importantes, entre ellas proteínas y nucleótidos. Sin embargo el nitrógeno atmosférico no se encuentra en una forma utilizable por las plantas. Muchas plantas entablan relaciones simbióticas con bacterias que viven sus raíces : el nitrógeno orgánico es la moneda con que pagan el "alquiler" del espacio donde viven. Estas plantas tienden a tener en sus raíces nódulos donde viven las bacterias fijadoras de nitrógeno.
Desarrollo en una raíz de un nódulo, un lugar en la raíz de ciertas plantas (en general Leguminosas) donde viven bacterias (Rhizobium) en simbiosis con la planta.
En una época todo el nitrógeno de los seres vivos fue procesado por estas bacterias, que toman el nitrógeno atmosférico (N2) y lo modifican en manera tal que pueden ser utilizados por los organismos vivos como nitratos o amoníaco NH3.


Vía metabólica que fija el nitrógeno atmosférico N₂ , y lo convierte en amoníaco NH₃. No todas las bacterias utilizan esta ruta, muchas de ellas que viven independientemente en el suelo utilizan otras rutas. Absorción de nitrógeno y su conversión por varias bacterias del suelo. Las raíces poseen en sus células epidérmicas extensiones conocidas como pelos radicales. Estos pelos aumentan la superficie de absorción, y la adición de hongos simbióticos (micorrizas) incrementa enormemente el área de absorción de agua y minerales del suelo.

Absorción de agua y minerales por la raíz | Contenidos

Los animales poseen un sistema circulatorio que transporta fluidos, productos químicos y nutrientes dentro de su cuerpo. Las plantas vasculares tienen un sistema análogo: el sistema vascular. El agua y los minerales son incorporados por las raíces. El extremo de cada raíz presenta varias zonas: el ápice donde se encuentra el meristema apical radicular, responsable del crecimiento en longitud de la misma, se halla cubierto por una caliptra que lo protege de las partículas del suelo. A continuación se observa una zona de alargamiento, generada por la actividad mitótica del meristema. Se continúa una zona de lospelos absorbentes. Los pelos de las raíces son extensiones unicelulares de las células epidérmicas que poseen una pared muy fina y tienen vida efímera (1-3 días). Esto aumenta el área de la superficie y permite una absorción más eficiente del agua y los minerales. Modificada de: http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_104/notes/apr_10.html.
El agua y los nutrientes minerales disueltos entran en la planta por dos rutas. En la ruta intracelular o SIMPLASTO el agua y solutos seleccionados pasan a través de las membranas celulares de las células que forman la epidermis de los pelos de la raíz y, a través de los plasmodesmos a cada célula hasta llegar al xilema. En la ruta extracelular o APOPLASTO, el agua y los solutos penetran a través de la pared celular de las células de los pelos de la raíz y pasan entre la pared celular y la membrana plasmática hasta que encuentran la endodermis, una capa de células que deben atravesar hasta llegar al xilema.
Modificada de: http://www.whfreeman.com/life/update/.
La endodermis contiene una cinta de material impermeable (suberina) conocida como la banda de Caspary que fuerza agua a través de las células endodérmicas y de esta manera, regulan la cantidad de la misma que llega al xilema. Solo cuando la concentración de agua dentro de las células endodérmicas caen debajo de los valores de los de las células parenquimatosas del córtex, el agua fluye a la endodermis y luego al xilema.
Izq: modificada de: http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_104/notes/apr_10.html.
Der.: Modificada de :http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_104/notes/apr_15.html.

Xilema y transporte | Contenidos

Si el agua absorbida por los pelos radicales que llega a atravesar la endodermis continuara pasando de célula a célula, el transporte sería muy lento (y dependería también del tamaño del vegetal), por lo que las plantas han desarrollado para ello tejidos conductores. Hay dos tipos de materiales a transportar y a cada uno de ellos corresponde un tejido encargado de transportarlo:

1. Xilema o leño: transporte ascendente de agua e iones desde la raíz
2. Floema: transporta materia orgánica de las partes verdes a los distintos órganos.

El xilema al llegar a su madurez funcional está constituido por células muertas y alargadas que, al no tener contenido citoplasmático, facilitan el transporte. Este tejido está formado por células conductoras, las traqueidas cuyo largo es del orden de los milímetros y los miembros de vasos (o vasos propiamente dichos), cuyo largo es de centímetros y a veces de metros. El diámetro funcional de los vasos es mayor que el de las traqueidas, carecen de paredes terminales por lo que son funcionalmente más eficientes. El agua asciende por el xilema por la fuerza de la transpiración, agua que se pierde por las hojas. Una planta madura de maíz puede transpirar 16 litros de agua por semana. Los valores pueden ser mayores en zona áridas. 
Las moléculas de agua esta unidas unas a otras por puente hidrogeno. El agua que se pierde a nivel de las hojas produce la difusión de moléculas de agua adicionales provenientes del xilema de las hojas, creando un arrastre de las moléculas de agua a lo largo de la columna de agua que se encuentra en el xilema. Este "arrastre" permite que el agua pueda llegar desde las raíces a las hojas. La perdida de agua del xilema de la raíz produce el paso de agua desde la endodermis al xilema de la raíz.La cohesión es la capacidad de permanecer juntas que tienen ciertas las moléculas de la misma clase. Las moléculas de agua son polares, poseen polos, uno ligeramente positivos y el otro ligeramente negativo, lo que causa su cohesión. En el interior del xilema, las moléculas de agua se comportan como una larga cadena que se extiende desde las raíces hasta las hojas.
La adhesión es la tendencia de permanecer juntas que tienen ciertas moléculas de diferentes clases. El agua se adhiere a las moléculas de celulosa de las paredes del xilema contrarrestando de esta manera la fuerza de la gravedad y ayudando, por lo tanto al ascenso del agua por el xilema.

La teoría de la cohesión - adhesión

La transpiración "tira" la columna de agua que se encuentra dentro del xilema. Las moléculas de agua que se pierden son reemplazadas por el agua del xilema de las hojas, causando un arrastre de agua en el xilema. La adhesión del agua a las paredes celulares del xilema facilita el movimiento hacia arriba dentro del mismo. Esta combinación de fuerzas adhesivas y cohesivas explican la forma en que se mueve el agua y dan el nombre a la teoría.
  Modificadas de: http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_104/notes/apr_15.html.

Las células oclusivas regulan la transpiración | Contenidos

En la mayor parte de los ambientes, la concentración de agua en el exterior de las hojas es inferior a la que acontece en su interior, esto causa una pérdida de agua a través de aperturas en las hojas conocidas como estomas. Las células oclusivas son células de la epidermis con forma de medialuna que forman el estoma y regulan el tamaño de su apertura, llamada ostíolo. En conjunto, las células oclusivas y anexas (si las hubiera) conforman el aparato estomático. Estoma de la hoja de Malvón (Pelargonium hortorum) observados con MEB. 4500x.
La pared interna de la célula oclusiva es mas gruesa que el resto de la pared. Cuando una célula oclusiva permite el paso de iones potasio, el agua se mueve hacia el interior de la célula poniéndola turgente y abultada, produciéndose la apertura del estoma. Cuando el potasio abandona las células oclusivas, también lo hace el agua, causando la plasmólisis de la célula y el cierre del estoma. Los estomas ocupan el 1% de la superficie celular, pero son responsables del 90% de la pérdida de agua en la transpiración.
Modificado de: http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_104/notes/apr_16.html. Modificado de: http://www.whfreeman.com/life/update/.
Resumiendo: el transporte de agua y iones (al agua se la necesita en las hojas pero se encuentra en el suelo)

1. El ingreso del agua y los iones ocurre en los pelos de las raíces y en el resto de la epidermis de la raíz
2. El agua y los iones se dirigen a las células y a los espacios intercelulares de la corteza de la raíz.
3. La cinta de Caspary en la endodermis (la capa mas interna del córtex) funciona como una barrera impermeable que permite al endodermo absorber selectivamente los iones necesarios (p.e, K, Ca, PO₄ , NO₃, Cl) y bloquear los indeseables (Na, Al).
4. El agua y las sales absorbidas difunden a los canales de células conductoras (tracheidas y/o vasos) del xilema de la raíz.
5. El agua y los iones se mueven hacia arriba en los canales de células (como pajas de gaseosas conectadas unas a otras) hasta llegar a todos los órganos de las plantas.
6. El agua y los iones se mueven desde el xilema al mesófilo de las hojas
7. El agua que no se necesita para el metabolismo o el crecimiento se evapora por los estomas(transpiración).
8. En esencia el agua se mueve por el mismo mecanismo que usamos para tomar una gaseosa con pajita.
9. La evaporación de moléculas de agua en la superficie de las hojas a nivel de los estomas genera la fuerza ascendente que lleva a las moléculas de agua hacia las hojas.
10. Como perteneciente a una larga cadena que se extiende hasta las raíces, cada molécula de agua tira de la molécula que esta debajo y así toda la columna de agua se mueve hacia arriba.
11. Lo impresionante de este mecanismo es que no necesita ningún tipo de energía biológica. El agua, hasta en los mayores arboles asciende simplemente usando la energía solar necesaria para evaporar moléculas de agua en la superficie de los estomas.
12. La velocidad de movimiento del agua depende por lo tanto de la velocidad de evaporación (transpiración ) en los estomas. La planta regula la transpiración abriendo y cerrando sus estomas.

Transporte y almacenamiento de nutrientes | Contenidos

Las plantas fabrican azúcar por fotosíntesis, generalmente en las hojas. Algo de este azúcar es usado directamente por el metabolismo de la planta, parte para sintetizar proteínas y lípidos y parte se almacena como almidón. Otras partes de la planta que, como las raíces no son fotosintéticas, también necesitan energía. El alimento, por lo tanto debe transportarse a esas parte, acción que es realizada por los tejidos del floema.

Floema, azúcar y translocación

El floema consiste en varios tipos celulares: elementos cribosos (células cribosas en las Gimnospermas y tubos cribosos en Angiospermas), células acompañantes, y el parénquima vascular. Los elementos cribosos son células tubulares con terminaciones conocidas como placas cribosas. La mayoría pierden el núcleo pero permanecen vivas con una membrana celular funcionante.Las células acompañantes descargan azúcar en los elementos cribosos. Los fluidos pueden moverse hacia arriba o bajo dentro del floema, y son transportados de un sitio a otro. Se originan en los lugares donde se producen. 
El alimento se mueve a través del floema por un mecanismo de presión. El azúcar se mueve (en una etapa que requiere energía) desde una fuente (generalmente las hojas) a un sumidero (generalmente raíces) por presión osmótica. La translocación del azúcar dentro del elemento criboso produce que el agua entre en la célula, incrementando la presión de la mezcla agua/azúcar (savia del floema o elaborada). La presión causa que la savia fluya a zonas de menor presión, el sumidero. En este lugar el azúcar es extraído del floema en otra etapa que requiere gasto energético, y generalmente es convertido en almidón o metabolizado.