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Biodiversidad y nutrición en las plantas

Tema 8

Características comunes del Reino Plantas:

• Eucariotas pluricelulares.• Autótrofos fotosintéticos.• Pared celular de celulosa.• Como sustancia de reserva acumulan almidón.• La reproducción de las plantas presenta alternancia de

generaciones:– Esporofito Produce esporas, que al germinar genera

una nueva planta. (Rep. Asexual)– Gametofito Produce gametos, que al fusionarse

generan un embrión. (Rep. Sexual)• Tienen crecimiento indeterminado.

BOTÁNICA: Parte de la biología que se encarga del estudio de las plantas.

Importancia de las plantas

• Realizan la fotosíntesisH2O + CO2 + E solar C6H12O6 + O2

Son los productores en las cadenas tróficas.

• Producción de medicamentosSintetizan numerosas sustancias que pueden ser usadas como medicamentos. Ej: quinina (tratar la malaria), ac acetilsalicílico (tratar cefaleas).

• Productos industriales (madera, papel).Usos de la madera: combustible, carbón vegetal, construcción de muebles y casas.

Fotosíntesis

Evolución

• Las plantas aparecieron a partir de la evolución de las algas verdes (medio acuático).

• Para conquistar el medio terrestre, desarrollaron una serie de estructuras que permitieron su adaptación:– Tejidos de sostén (↑acción fuerza gravedad).– Cutícula evita su deshidratación.– Síntesis de sustancias protectoras ante herbívoros y parásitos.

Ej: sustancias venenosas, amargas o de olor intenso.– Esporas gruesas para evitar su deshidratación.– Embriones protegidos para evitar su desecación.– Desarrollo de un sistema vascular que comunica la parte aérea

con la subterránea.

Clasificación de las plantas

• Los criterios que se utilizan para su ordenación son:– Presencia / ausencia de tejidos conductores =

plantas vasculares o no vasculares.– Producción o no de semillas– Producción o no de frutos.

EL REINO PLANTAS: clasificación

• PLANTAS NO VASCULARES: las briofitas (musgos). • PLANTAS VASCULARES SIN SEMILLAS: pteridofitos

(helechos)• PLANTAS VASCULARES CON SEMILLAS:

espermatofitos.- Gimnospermas: flores sin cáliz ni corola y

semillas desnudas (pinos, abetos, etc)- Angiospermas plantas con flores completas y

con semillas protegidas en el interior de un fruto. Pueden ser monocotiledóneas o dicotiledóneas.

Tipos de estructura

Talo

• Estructura vegetal relativamente simple que no posee un cuerpo diferenciado en raíz, tallo y hojas.

• Tienen estructura talo: algas, líquenes y briofitos.

Cormo

• Estructura caracterizada por la presencia de tejidos conductores, raíz, tallo y hojas.

• Son cormofitas:– Pteridofitas (sin semillas)– Espermafitas (con semillas)

Los briófitos tienen: cauloides, filoides y rizoides.

Características generales de los briófitos (División Bryophyta)

• Son plantas no vasculares (carecen de xilema y floema).• En la alternancia de generaciones, el gametofito domina sobre el

esporofito.• El gametofito carece de hojas, tallos y raíces verdaderos; sino

filoides, cauloides y rizoides (mismo aspecto, pero no desempeñan la función correspondiente). Estructura talo.

• ↓tamaño. Dependen del agua para sus procesos reproductivos.• El esporofito vive adherido al gametofito y consta de:

– Pie: Por donde se adhiere al gametofito y obtiene nutrientes de él.– Cápsula: Contiene os órganos productores de esporas. Está protegida

por la caliptra.– Seta: “tallo” que une la cápsula al pie.

Filoide

Cauloide

Rizoide

Musgos

Hepáticas

Briofitos (musgos)

Briofitos (musgos)

Tienen rizoides, cauloides y filoides (no tienen ni raíces, ni tallos, ni hojas verdaderos).

Son avasculares.

Briofitos (musgos)

BriofitosMusgo

Hepática

Ciclo biológico de briófitos

En los musgos la fase aparente (que podemos observar) es el gametofito (n), que es haploide. Este produce arquegonios (estructura productora de gametos femeninos u oosferas) y anteridios (estructura productora de gametos masculinos o anterozoides).Como resultado de la unión de ambos tipos de gametos (oosferas y anterozoides) se forman cigotos diploides, que se desarrollan encima del gametofito, dando lugar al esporofito, también diploide. El esporofito desarrolla esporangios, en los que por meiosis se forman esporas haploides. Cuando estas esporas caen al suelo forman una estructura filamentosa llamada protonema, que crece y se desarrolla regenerando un nuevo gametofito y cerrando el ciclo.

Gametofito (2n)

Esporofito (n)

Protonema incipienteProtonema desarrollado

Gametofito en desarrollo a partir del protonema

Gametofito

Anteridios

Arquegonioforos (portan los arquegonios)

Arquegonios con oosferas

Arquegonios y oosfera de una hepática talosa (Marchantia sp)

Cápsulas de esporófito

Características generales de los helechos (Pterydophytas)

• Son los 1ºs vegetales con vasos conductores.• La generación dominante es el esporofito:

– Rizoma: Tallo subterráneo de crecimiento horizontal. De él parten las raíces y las hojas.

– Raíces: Absorben agua y nutrientes del suelo y los conducen hasta el xilema.

– Hojas o frondes: ↑superficie fotosintética. En su parte posterior se suelen localizar los soros: conjunto de esporangios producen esporas.

• El gametofito es hermafrodita (contiene anteridios y arquegonios), diminuto y se llama prótalo.

• Dependen del agua para que los gametos masculinos puedan nadar hasta la oosfera y producir la fecundación.

Helechos y equisetos

PTERIDOFITOS (HELECHOS)

PTERIDOFITOS (HELECHOS)

Los esporangios de los helechos se agrupan en soros, que pueden estar en el envés de la hoja o en su borde.

PTERIDOFITOS (Equisetos)

PTERIDÓFITOS (Equisetos)

Los equisetos, vulgarmente conocidos como “cola de caballo” son pteridófitos muy usados en herboristerías.

PTERIDÓFITOS (HELECHOS)

Selaginella denticulata

PTERIDÓFITOS (HELECHOS)

Adiantum capillus-veneris o culandrillo de pozo es un helecho frecuente en las fuentes, manantiales y pozos (en lugares donde brota agua).

Ciclo biológico de Pteridofitos

Ciclo biológico de los pteridófitos

SorosEsporangio con esporas

Gametofito (prótalo)

En algunas especies los gametofitos son unisexuales (hay gametofitos masculino y gametofitos femeninos), en tanto que en otras especies es el gametofito hermafrodita (produce anteridios y arquegonios).

Espermafitas(Plantas vasculares con semillas)

Gimnospermas

• Producen semillas desnudas, ya que no se producen en el interior de un ovario.

• Ej: Pinos, abetos, cipreses…• Los primordios seminales

(“óvulos”) se suelen apoyar en unas hojas especiales = brácteas, que se agrupan formando conos o piñas.

Angiospermas• Producen verdaderas flores

como órganos reproductores.

• Semillas protegidas en el interior de un fruto.

• Constituyen el 90% de todas las especies que existen dentro del reino plantas.

• Ej: Tomillo, rosal, roble, margarita…

ESPERMATÓFITOS (PLANTAS CON SEMILLAS)

ESPERMATÓFITOS (PLANTAS CON SEMILLAS): GIMNOSPERMAS


PINO PIÑONERO

PINO HALEPO O PINO CARRASCO


PINO RESINERO O PINO NEGRAL


CIPRÉS

ENEBRO


ABETOS

La flor en angiospermasEstán formadas por un conjunto de hojas especializadas:• Esporófilos

– Estambres = Androceo: Parte masculina de la flor. • Antera: Contiene los sacos polínicos forman los granos de polen.• Filamento

– Carpelos = gineceo: Parte femenina de la flor. (Puede haber 1 o + carpelos, sueltos o soldados).• Estigma: Parte superior. Recibe al grano de polen.• Estilo: Parte intermedia.• Ovario: Parte inferior, que contiene uno o más óvulos.

• Periantio (hojas estériles)– Sépalos: Protección al capullo. El conjunto de sépalos cáliz.– Pétalos: Suelen tener colores llamativos para atraer animales polinizadores. El

conjunto de pétalos corola.• Pedúnculo: Tallo sobre el cual se asientan estas hojas.• Receptáculo: Extremo superior del pedúnculo ensanchado.

• La mayoría de las flores son hermafroditas (androceo + gineceo). Otras son unisexuales.

ESPERMATOFITOS (PLANTAS CON SEMILLAS): ANGIOSPERMAS

ESPERMATÓFITOS (PLANTAS CON SEMILLAS): ANGIOSPERMAS DICOTILEDÓNEAS

FLORES DE ENCINA

(PLANTA ANEMÓFILA)

FLORES DE ALMENDRO

(PLANTA ENTOMÓFILA)

ESPERMATÓFITOS (PLANTAS CON SEMILLAS): ANGIOSPERMAS

FRUTOS CARNOSOS Y FRUTOS SECOS

ESPERMATÓFITOS (PLANTAS CON SEMILLAS): ANGIOSPERMAS

ESPERMATÓFITOS (PLANTAS CON SEMILLAS): ANGIOSPERMAS MONOCOTILEDÓNEAS

Nutrición en plantas• Las plantas tienen nutrición autótrofa fotosintética. • Realizan la fotosíntesis fundamentalmente en las hojas

(también en tallos herbáceos).• Toman del sustrato: agua y sales minerales (N, P, S, K…); y

de la atmósfera: CO2.

• Procesos indispensables para la nutrición autótrofa:1. Absorción de agua y minerales en la raíz.2. Ascenso de savia bruta hasta las hojas. Transpiración.3. Fotosíntesis4. Translocación y transporte de azúcares por el floema.5. Respiración celular.6. Excreción de sustancias de desecho.

Obtención de otros elementos: fijación del nitrógeno.

1. Absorción de agua y sales minerales

• Se produce a través de los pelos radicales de la epidermis de sus raíces.

• S, B, Ca, Cl, Cu, P, Fe, Mg, Mn, Mo, N, K, Zn…• El agua penetra por las células de la raíz, cuya pared es

permeable. Posibles vías de conducción del agua hasta los vasos del xilema:– Vía apoplástica El agua circula por las paredes

celulares y los espacios intercelulares. (Más rápida).– Vía Simplástica Agua y minerales atraviesan las

membranas celulares y circulan a través del interior de las células.(En determinados puntos se produce el cambio de la via apoplástica a la simplástica).

• Las células de la endodermis de la raíz poseen en su pared celular una capa de suberina, que la hace impermeable y obliga al agua y sales minerales a atravesar la membrana plasmática vía simplástica.(Endodermis = capa más interna de la corteza de la raíz. Rodea el tejido vascular).

• Esta banda impermeable = banda de Caspary Provoca que toda sustancia absorbida pase a través de los procesos de selección de la membrana plasmática, filtrándose. Esto supone un mecanismo de protección.

• Finalmente, el agua y las sales minerales entran al xilema, constituyendo la savia bruta.

Las hifas del hongo contribuyen a aumentar la capacidad de absorción de fosfatos y otros minerales (↑supeficie radicular).

2. Ascenso de savia bruta• El agua asciende en contra de la gravedad gracias a 3 fenómenos,

conocido como mecanismo de transpiración-cohesión-tensión.

• La transpiración (= pérdida de agua por los estomas) de las hojas ejercen la suficiente presión para que la savia bruta alcance las partes elevadas de la planta.

Esta pérdida de agua está regulada por las células oclusivas de los estomas, que hacen que el ostiolo esté más o menos abierto. (Normalmente, de día están abiertos y de noche cerrados No luz).

• Cuando el agua sale a la atmósfera, se genera una presión (= tensión) negativa en las células de la hoja, provocando el flujo masivo de agua desde las raíces (efecto succión).

• La cohesión del agua facilita el proceso, gracias al fenómeno de la capilaridad.

Sistema de apertura – cierre de estomas:

• Apertura: Se produce una entrada de iones Cl y K entrada de agua ↑turgencia ↑presión en las células oclusivas se genera un espacio entre ellas el estoma se abre.(Las células oclusivas se expanden longitudinalmente).

• Cierre: Salida de iones Cl y K salida de agua ↓presión interna de las células oclusivas se relajan el estoma se cierra.

TRAQUEIDAS (XILEMA)

• PRESIÓN RADICULAR: el agua que entra continuamente a través de los pelos radicales ejerce un efecto de empuje, que si bien es insuficiente por sí misma para generar todo el movimiento de la savia bruta, contribuye al movimiento de la misma.

3. Fotosíntesis

TRANSPIRACIÓN E INTERCAMBIO DE GASES

CLOROPLASTOS A MICROSCOPÍA ÓPTICA Y A MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA

1- Membrana externa2- Membrana interna3- Grana

4- Tilacoide5- Estroma

Pigmentos fotosintéticos Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. Los pigmentos que se

encuentran en las plantas absorben diferentes porciones de la luz visible :

• Clorofila a (pigmento principal). Tiene dos puntos máximos de absorción: a 430 nm y a 665 nm (luz azul y roja respectivamente).

• Pigmentos accesorios que absorben la luz y la transfieren a la clorofila a. Gracias a estos pigmentos se absorben casi toda las radiaciones del espectro visible (entre 400 y 700 nm).

-Clorofila b (pigmentos secundarios, transfieren la energía). También de color verde.

-Carotenos: Uno de los que se encuentran en las plantas es el beta-caroteno. Los carotenoides son pigmentos rojos o anaranjados.

- Xantofilas: pigmentos de color amarillo.

PIGMENTO COLOR

Clorofila A Verde azulado

Clorofila B Verde oliva

Beta carotenos

Naranja

Xantofilas Amarillo

PIGMENTOS ACCESORIOS

Fotofosforilación

membrana del tilacoide

Estroma

Interior del tilacoide

Z

FSIIQ

PQ

b6-fPC

FSIFd

partícula F

4e-

4e-

4e-4e-4e-

4e-

4e-

H2O O2

4e-

4H+

H+

H+

H+ H+

4H+

2NADP 2NADP2H

4e-

H+

ADP + Pi

ATP

LuzLuz

Ciclo de Calvin

H2O CO2

GLUCOSAOTROS COMPUESTOS ORGÁNICOSO2

ATP

NADPH

NADP

ADP

REACCIONES LUMÍNICAS CICLO DE CALVIN

ESQUEMA GENERAL DE LA FOTOSINTESISESQUEMA GENERAL DE LA FOTOSINTESIS

LUZ CLOROPLASTO

4. Transporte a través del floema

5. Metabolismo

• ANABOLISMO: Reacciones de síntesis y transformación de compuestos.

Ej: elaborar compuestos y componentes celulares para el crecimiento de la planta.

• CATABOLISMO: Reacciones de degradación para obtener energía.

Ej: respiración celular.

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RESPIRACIÓN CELULAR: Obtención de energía (ATP)

La fijación del nitrógeno

• N es el bioelemento que más influye en el crecimiento de vegetales. (Forma parte de proteínas, ácidos nucleicos, clorofila…).

• La principal fuente de N en plantas es nitrato (NO3) y amonio (NH4). Las plantas toman NO3 y lo transforman en amonio para utilizarlo en su metabolismo.

• El nitrato del suelo procede de la acción de microorganismos descomponedores de materia.

• Las raíces de leguminosas forman usa asociación simbiótica con bacterias del género Rhizobium, formando nódulos en la raíz. Esta bacteria posee el enzima nitrogenasa, capaz de fijar N2 atmosférico en NH3. (Es necesario un entorno anaerobio).

6. Excreciones vegetales

El metabolismo de los vegetales genera sustancias que deben ser eliminadas. (Los vegetales generan menos productos de desecho que los animales).

• Ej: Las plantas halofitas (viven en terrenos muy salinos) acumulan sal en sus células. Se acumulan en glándulas salinas en las hojas, desde donde se excretan para ser eliminadas con las precipitaciones.

• Otro producto de desecho: oxalato de calcio se acumula en las vacuolas.

Otras sustancias producidas por las plantas, con utilidad para el ser humano:

• Látex: Bloquea las heridas de la planta y evita la entrada de microorganismos. Es la base del caucho natural.

• Resinas: Sustancia pegajosa con función de cicatrización. Cuando la resina se fosiliza, se convierte en ámbar.

• Néctar: Disolución concentrada de azucares y otros nutrientes que fabrican las flores para atraer a ciertos animales polinizadores. Se produce en los nectarios.

• Productos tóxicos de defensa: Disuaden a los animales de ingerirlas. Suele acumularse en sus vacuolas o bien se producen en el momento en el que han sido atacadas. Ejemplos: canavanina (venenoso para orugas), nicotina (afecta al SN de herbívoros), jasmonatos (impiden la digestión de alimentos a insectos)…

CANALES RESINÍFEROS DE HOJA Y TALLO DE PINO

EXCRECCIÓN Y SECRECIÓN EN PLANTAS

• La excreción es la eliminación de sustancias de desecho producidas en el metabolismo. Cuando se trata de sustancias útiles para la planta, hablamos entonces de secreción.

• Aceites esenciales: Los aceites esenciales son mezclas de varias sustancias químicas biosintetizadas por las plantas, que dan el aroma característico a algunas flores, árboles y semillas.

Planta del incienso

ROMERO TOMILLO

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