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NOCIONES BÁSICAS SOBRE FISIOLOGÍA VEGETAL

La fisiología vegetal es la rama de la biología que estudia el funcionamiento de la planta. A continuación se describen algunos procesos fisiológicos importantes para el desarrollo de los vegetales.


POLINIZACIÓN:

La polinización es la transferencia del grano de polen al estigma en la flor.
Existen 2 tipos principales la autógama o autopolinización y la polinización cruzada.
La autopolinización consiste en el transporte del polen de una flor al estigma de la misma flor o de una flor de la misma planta. Las plantas evitan este tipo de polinización ya que la variación genética es menor si se presenta la fertilización entre individuos. La ventaja que presenta es que en hábitas de condiciones extremas y más o menos estables, es más fácil sobrevivir si hay menor variabilidad genética, además no dependen de animales.

La polinizacion cruzada consiste en que el polen de una flor llega al estigma de una flor de una planta diferente. Este tipo de polinización promueve la variabilidad genética. En especies dioicas es obligada. En especies monoicas es común que el estambre y el pistilo maduran a diferente tiempo, lo que promueve la polinización cruzada.

Formas de dispersión del polen:

• Viento: Anemófila
• Animales: Zoófila
• Agua: Hidrofila
• Insectos: Entomófila


GERMINACIÓN DE SEMILLAS

Es la continuación del crecimiento del embrión, contenido en las semillas
Depende de factores externos e internos.

Factores externos:

• Agua: Se requiere para las actividades metabólicas. Las sustancias almacenadas deben ser digeridas para poder ser utilizadas.

• Oxígeno: Para llevar a cabo la respiración aeróbica.

• Temperatura: Para llevar a cabo la actividad enzimática. Se requiere como mínimo de 0 a 5 C. El óptimo de temperatura es de 25 a 30 C.

Factores internos: Aunque las condiciones externas sean propicias existen algunos factores que no permiten la germinación. A estas semillas se les denomina latentes. Se tienen los siguientes factores:

• Inmadurez fisiológica del embrión

• Impermeabilidad de la testa o cubierta seminal

La latencia de las semillas se puede romper a través de tratamientos pregerminativos.

Para la latencia física o impermeabilidad se utiliza la escarificación física, que puede ser manual o mecánica y la escarificación química utilizando ácidos o remojo en agua.

Para la inmadurez del embrión se somete a las semillas a cambios de temperatura y de humedad. Este proceso se denomina estratificación.

REPRODUCCIÓN VEGETATIVA:

La reproducción vegetativa o asexual no involucra la formación de un embrión a partir de la fusión de gametos femeninos y masculinos. En este tipo de reproducción se producen organismos con la misma información genética que los progenitores. En las plantas existen varias formas de reproducción vegetativa, algunas de las cuales se mencionan a continuación:

- Producción de yemas en los rizomas, tubérculos, estolones y en el márgen de algunas hojas. Estas yemas originan nuevas plantas.

- Estacas o esquejes: Son trozos de tallo que producen raíces adventicias en uno de sus extremos y en el otro nuevas ramas. Este tipo de reproducción se presenta en forma natural en algunas plantas como el sauce y los cactus. En la agricultura y la jardinería es muy común utilizarla para reproducir los individuos y variedades deseadas. También tiene la ventaja de disminuir el tiempo de reproducción, ya que no se requiere que los árboles florezcan y fructifiquen.

- Acodo: Consiste en la inclinación de una rama de la planta hasta hacer contacto con el suelo, donde posteriormente formará yemas y raíces adventicias.

- Injerto: Consiste en colocar pedazos de tallo con yemas sobre el tallo de otra planta, que se denomina patrón. Este patrón debe tener raíces fuertes y resistentes.

FOTOSÍNTESIS

La fotosíntesis es un proceso bioquímico muy complejo mediante el cual la energía lumínica proveniente del sol es convertida en energía química almacenada en los carbohidratos producidos.

La ecuación de la fotosíntesis es la siguiente:

clorofila
6 CO2 + 6 H2O ------------- C6 H12 O6 + 6O 2
luz

El proceso consiste en dos etapas:
- Fase lumínica: etapa en la cual se utiliza directamente la energía lumínica; se lleva a cabo en los tilacoides de los cloroplastos. Varios pigmentos intervienen en la absorción de la luz. Entre ellos están diferentes tipos de clorofila (a, b, c, d) y carotenoides (carotenos y xantofilas). Estos pigmentos le transfieren la energía lumínica a la clorofila a, la cual se excita y de la cual saltan electrones que al pasar de un transportador a otro liberan energía que se utiliza en la síntesis de ATP (adenosín trifosfato).
- Fase oscura: en esta etapa se utiliza el ATP sintetizado en la fase lumínica para producir los carbohidratos. La fase oscura es seguida inmediatamente después de la fase lumínica, así que ocurre en presencia de la luz, pero no la utiliza.

RESPIRACIÓN:

Proceso bioquímico mediante el cual la energía química de los compuestos orgánicos es transformada en energía almacenada en los enlaces de ATP, para ser utilizada en los diferentes procesos biológicos.

Puede realizarse en condiciones aeróbicas ( con oxígeno ) o anaeróbicas (sin oxígeno).

La ecuación de la respiración aeróbica es la siguiente:

enzimas
C6 H12 O6 + 6O 2 ------------- 6 CO2 + 6 H2O + ATP

Consta de las siguientes etapas: Glicólisis, el ciclo de Krebs y transporte de electrones. En la respiración además de producir ATP, se forman compuestos intermedios utilizables en la síntesis de sustancias importantes para la planta como proteínas y vitaminas.

TRANSPIRACIÓN

• Pérdida de agua de la planta en forma de vapor.

• Aproximadamente el 99% del agua tomada por las raíces de las plantas es liberada a la atmósfera en forma de vapor a través de este proceso.

• Se lleva a cabo a través de los estomas principalmente, la epidermis y las lenticelas.

Por qué se pierde tanta agua?

Para realizar la fotosíntesis se requiere CO2 , y para que éste entre en las células de la planta debe encontrar una superficie húmeda. Pero al estar el agua expuesta al aire ocurre evaporación, y este vapor sale a través de los estomas por donde entra también el CO2 .

Procesos involucrados en la transpiración:

1. Evaporación del agua de la superficie de las células que bordean los espacios intercelulares de las hojas.

2. Difusión del vapor de agua de los espacios intercelulares a la atmósfera a través de los estomas.

Los estomas son muy abundantes en las hojas. En la hoja de tabaco se han encontrado 12,000 estomas por cm .

Mecanismos de apertura y cierre de los estomas:

• Están regulados por los cambios en la concentración de solutos en las células de guarda y consecuentemente en el proceso de ósmosis.

• La apertura ocurre cuando las células de guarda acumulan solutos, disminuyendo el potencial de agua, lo que causa que el agua de las células epidermales adyacentes pase por ósmosis a las células de guarda. Esto las vuelve túrgidas y el poro se abre.

• El cierre ocurre por el proceso inverso: La disminución de solutos en las células de guarda causa un incremento en el potencial de agua, y ésta pasa por ósmosis a las células adyacentes. Esta pérdida de agua ocasiona una disminución en la turgencia en las células de guarda y esto a su vez resulta en el cierre del poro.

• Se ha encontrado que los iones de potasio son los encargados de causar los gradientes en el potencial de agua, y los azucares producidos por la fotosíntesis de las células de guarda.

Efectos ambientales sobre los estomas:

• Disponibilidad de agua en el suelo: Cuando las hojas se comienzan a secar por baja disponibilidad de agua los estomas se cierran, incluso antes de que comience el marchitamiento.

• Concentración de CO2 en las hojas: Concentraciones bajas de CO2 hace que los estomas se abran, y altas concentraciones hace que se cierren.

• Luz: En la mayoría de las plantas los estomas se abren al amanecer y se cierran en el atardecer, lo que permite la entrada de CO2 en el día para la fotosíntesis.

• Humedad atmosférica: La humedad relativa es el porcentaje de vapor de agua retenido en el aire. Valores altos de humedad atmosférica causan el cierre de los estomas.

• Temperatura: Para temperaturas menores de 30 C, un aumento en la temperatura causa una apertura en los estomas, pero temperaturas elevadas, (mayores de 30 a 35 C) provocan generalmente el cierre de los estomas.

• Velocidad del viento: Brisas ligeras pueden causar un cierre parcial de los estomas, quizás por la llegada de CO2 a las hojas. Sin embargo también se puede incrementar la transpiración ya que se desplaza el aíre húmedo que rodea a la atmósfera.

Desventajas de la transpiración:

Retarda el crecimiento y puede causar la muerte de la planta por deshidratación.

Ventajas de la transpiración:

• Se produce la corriente de transpiración, que es el flujo de agua con sales minerales en el xilema desde las raíces hasta las hojas.

• Se produce un enfrimiento en las hojas.

Pregunta: Por qué no utilizar sustancias que cierren los estomas para la conservación del agua especialmente en épocas de sequía?

Estrategias de las plantas para disminuir la transpiración:

• Absorción de CO2 en la noche
• Convertir hojas en espinas
• Cutícula
• Caducifolia

GUTACIÓN:

Es el fenómeno por el cual las plantas eliminan el exceso de agua en estado líquido, a través de unas estructuras secretoras denominadas hidátodos. Esta agua contiene sustancias disueltas y es común que se presente cuando la atmósfera está cargada de humedad, sin vientos y con temperaturas relativamente bajas.


TRANSPORTE DE AGUA Y NUTRIENTES:

Las plantas absorben de su medio ambiente las materias primas para elaborar sustancias orgánicas requeridas para su desarrollo. A través de los estomas, la epidermis y las lenticelas absorben el dióxido de carbono para la fotosíntesis y el oxígeno para la respiración.

Las plantas requieren para su crecimiento y desarrollo elementos esenciales para su crecimiento. Estos elementos son: nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio, azufre, cloro, manganeso, boro, zinc, cobre, hierro y molibdeno.

En las plantas terrestres el agua y los nutrientes son generalmente absorbidos por las raíces, principalmente a través de los pelos absorbentes, aunque a veces puede efectuarse a través de tallos y hojas, especialmente en las plantas epífitas. En las plantas acuáticas sumergidas, la absorción generalmente la pueden efectuar a través de todo su cuerpo.


El agua es el componente principal de las células vegetales, las que la requieren para llevar a cabo la mayoría de sus funciones metábolicas. En el agua del suelo se encuentran los minerales que la planta requiere para su crecimiento. Estas sustancias, denominada la savia bruta, viaja a través del xilema específicamente por medio de las traqueidas y los elementos de vaso.

La teoría que explica la subida de la savia desde la raíz hasta las hojas se denomina la teoría de la Cohesión – Tensión, y se resume de la siguiente manera. El agua presente en las hojas se evapora a través del proceso de transpiración. Esta pérdida de agua de las células más cercanas a la epidermis crea un gradiente en el potencial de agua de las células adyacentes, siendo menor en las células más superficiales. Esto hace que el agua de las células más saturadas pase a las menos saturadas, y se crea una tensión que llega hasta las células conductoras del xilema. Dado el alto grado de cohesión que existe entre las moléculas de agua, esta tensión se puede transmitir a lo largo del tallo hasta la raíz. Este proceso hace también perder a las raíces su potencial de agua y así el agua pasa del suelo hasta la raíz.

La absorción de los nutrientes se hace a través de la epidermis y luego éstos pasan por el cortex por medio de los plasmodesmos. En algunas ocasiones la absorción puede llevarse a cabo por un fenómeno pasivo. Sin embargo las células de la raíz acumulan más sustancias minerales, por lo que se requiere transporte activo(se requiere energía y proteínas transportadoras).

Transporte de sustancias orgánicas (savia elaborada) a través del floema: Este proceso se denomina Translocación y consiste en el transporte de sustancias elaboradas en las hojas a los demás órganos de la planta. La teoría que explica este fenómeno se denomina Flujo de masa o Flujo por presión, y se resume a continuación. Las sustancias elaboradas mediante el proceso de la fotosíntesis en el clorénquima pasan por transporte activo a los tubos cribosos y a las células cribosas. Esto crea un potencial de agua en el tubo criboso menor que en las células adyacentes, lo que hace que parte del agua de la corriente de la transpiración pase al tubo criboso por ósmosis. Con este movimiento de agua bajan las diferentes moléculas a los lugares de consumo o de almacenamiento de la planta. El transporte a través del floema puede realizarse en dos direcciones, de arriba hacía abajo y viceversa.

HORMONAS DE CRECIMIENTO

• Sustancias orgánicas importantes para el crecimiento, desarrollo, reproducción y otras funciones de las plantas.
• Pueden estimular o inhibir procesos.
• Algunas hormonas son producidas en un tejido y transportados a otros y allí actúan o se utilizan en sitio en que son producidos.
• Se requieren en mínimas cantidades.
• Existen cinco grupos: Auxinas, Citocininas, Etileno, Acido abscísico y Giberelinas.

AUXINAS:

• Se producen en las partes terminales de los tallos y de allí migran al resto de la planta, a través de la células de parénquima presentes en el xilema y el floema por transporte activo.
• El ácido indolacético es la única auxina natural que se conoce.

Funciones:

• Diferenciación celular: En regeneración de tejidos heridos, las células de parénquima pueden diferenciarse en células de los tejidos vasculares.
• Promueve elongación de las células
• Estimula la división de las células del cambium vascular.
• Crecimiento de raíces adventicias en estacas.
• Formación de frutos partenocárpicos, es decir frutos que no producen semillas, ya que no ocurre fertilización. Se le adiciona a las flores femeninas y estimulan la maduración del ovario.
• Evita la caída de las hojas: Una disminución en las auxinas causa la caída de las hojas. Importantes en cultivos de plantas ornamentales para evitar la defoliación.
• Control de malezas: Existen algunas auxinas sintéticas como el 2,4,D que ha sido utilizado como herbicida. Promueven un crecimiento acelerado y la planta consume sus propios componentes celulares.


CITOCININAS

Se producen en las puntas de las raíces y se transportan por el xilema al resto de la planta.

Funciones:
• Produce desarrollo de yemas laterales
• Produce formación de yemas en tejidos callosos.
• Retrasa el envejecimiento de las hojas.

ETILENO:

Es un gas que se transporta por difusión.
Funciones:
• Maduración de frutos
• Promueve la caída de hojas, flores y frutos.

ACIDO ABSCÍSICO:

• Se produce en las hojas y en las semillas
• Se transporta a través del floema.

Funciones:
• Promueve la dormancia en semillas y en las yemas
• Estimula el cierre de los estomas en condiciones de estrés hídrico

GIBERELINAS:

Presentes en todas las partes de la planta, especialmente en semillas maduras.
Funciones:
• Estimula la división y elongación celular
• Rompe la dormancia de semillas
• Acelera la germinación
• Promueve la floración.
• Induce el almacenamiento de proteínas en semillas.
• Produce frutos partenocárpicos.

BIBLIOGRAFÍA

Jensen, W.F. y F. Salisbury. Botánica. México, McGraw-Hill. 1988.762 p.

Uribe, Frank. Botánica General. 1991. Ed. Universidad de Antioquia.