Nutrición y transporte en plantas

Nutrientes: Son 16 elementos o moléculas esenciales para el crecimiento y la sobrevivencia de las plantas

Se hallan en suelo, agua, aire y medios de cultivo artificiales

- Macronutrientes (9) se requieren en grandes cantidades: C, O, H, N, P, K, Ca, Mg, S

- Micronutrientes (7) se requieren en pequeñas cantidades (trazas): Fe, Zn, Mn, B, Cu, Mo, Cl

Suelo y crecimiento vegetal

El crecimiento de las plantas depende del tipo de suelo

- Mayoría de plantas crece óptimamente en suelos con 10 a 20% de humus

- Suelos con proporciones iguales de arena, limo y humus (suelos francos) tienen las mejores condiciones de humedad y oxígeno – suelos porosos

- Pantanos y ciénagas tienen abundante materia orgánica – la mayoría de plantas no pueden crecer allí

Formación de suelos

- Proceso de miles de años

- Se forman en capas (horizontes) con propiedades distintivas (perfiles del suelo)

- La capa superior (horizonte A) concentra la mayor parte de materia orgánica

HORIZONTE O: Hojas caídas y otros materiales orgánicos en la superficie del suelo mineral

HORIZONTE A: Capa superficial con materia orgánica descompuesta; profundidad variable – pocos cm hasta más de 1 m

HORIZONTE B: Partículas de suelo más grandes que en horizonte A; menos materia orgánica, mayor contenido mineral; 30 a 60 cm bajo la superficie

HORIZONTE C: Sin materia orgánica, con fragmentos partialmente meteorizados y granos de roca que origina suelo; se extiende hasta la roca madre subyacente

Lecho de rocaHorizontes del suelo

Lixiviación y erosión

LixiviaciónEl agua arrastra (lava) nutrientes del suelo

Problema mayor cuanto más arenoso es el suelo

ErosiónPérdida de suelo por efecto del viento y del agua

Aumenta donde vegetación escasa, malas prácticas agrícolas, problemas de deslizamiento de tierra, terreno inclinado, sequía, exceso de lluvia, …

Absorción de agua y nutrientes por las raíces

Pelos de raíz, micorrizas y nódulos – esenciales para que una planta pueda absorber agua y nutrientes

Pelos radicularesProyecciones delgadas de células epidérmicas de raíz –

aumentan la superficie para absorber agua y iones minerales disueltos

Nuevos pelos se forman constantemente detrás del ápice de la raíz

Micorrizas

Mutualismo entre plantas y hongos – ambas spp. se benefician

Las hifas del hongo pasan a la planta (vía raíz) minerales absorbidos del suelo

Las células de la raíz disponen de carbohidratos para el hongo

Nódulos de raízCélulas de raíz infectadas con bacterias que fijan N2

atmosférico disponible para plantas

Mutualismo entre ciertos tipos de bacterias del suelo y leguminosas (ej. frijol común y soya)

Especializaciones de la raíz

pelosmicorrizas

nódulos

corte de nódulo

plantas de soya sin (dos hileras a la izquierda) y con nódulos bacterianos

Entrada de agua por las raíces

Por ósmosis - agua desde el suelo hacia las paredes de células de parénquima de la corteza radicular

El agua entra en el citoplasma por difusión o a través de acuaporinas; transportadores activos bombean iones minerales disueltos hacia las células

Agua y iones se trasladan de célula a célula a través de plasmodesmos

cilindro vascular

epidermis

endodermis

floemaprimario

xilemaprimario

corteza

En la raíz la capa externa del cilindro vascular es una lámina de endoder-mis, de una célula de grosor

Control de entrada de agua y iones por proteínas transportadoras

cilindro vascular

traqueidas y vasos en xilema

tubos cribosos en floema

Células parenquimáticas que conforman la endodermis secretan una sustancia cerosa en sus paredes. Las secreciones forman una banda de Caspary, que impide al agua pasar al cilindro vascular alrededor de las células

célula endodérmica

banda de Caspary

Agua y iones pueden entrar en el cilindro vascular sólo a través de células de la endodermis. Lo hacen a través de plasmo-desmos o de proteí-nas transportadoras en las membranas plasmáticas celulares

cilindrovascular

banda de Caspary

agua y nutrientes

corteza

Transporte de agua en las plantas

Movimiento de agua por el xilema desde raíces hasta hojas - posible por dos propiedades del agua: evaporación y cohesión

Traqueidas y elementos de vasosTubos conductores de agua en el xilema

Células muertas a la madurez

Permanecen las paredes fuertes, lignificadas – tubos huecos

punteadura (“perforación”) en pared lateral de una traqueida

Las traqueidas tienen extremos puntiagudos, sin punteaduras. Las punteaduras de las paredes laterales coinciden entre traqueidas adyacentes

elemento de vaso

Tres elementos de vasos adyacentes. Extremos de paredes gruesos, finamente perforados - se unen y forman tubos largos que conducen agua

Placa de perforación en el extremo de la pared de un elemento de vaso. Los extremos perforados permiten el flujo libre de agua por el tubo

Hipótesis de cohesión-tensión

Presión negativa continua (tensión) debida a la evaporación de agua de hojas y tallos (transpiración) impulsa el agua hacia arriba a través del xilema

Enlaces (puentes) de hidrógeno entre moléculas de agua (cohesión) mantienen columnas continuas dentro de los tubos del xilema, de modo que el agua no se separa en gotas

La fuerza conductora de la transpiración

La evaporación de agua en el vástago de las plantas provoca tensión en el xilema desde las raíces hasta las hojas

mesofilo (células fotosintéticas)

epidermis superiorvena

estoma

Conservación de agua en tallos y hojas Estructuras para conservar agua: cutícula y estomas

Cutícula: Una capa translúcida, impermeable – cubre las paredes de todas las células vegetales expuestas al aireConsiste de secreciones de células epidérmicas: ceras, pectina y fibras de celulosa embebidas en cutina

Estomas: Control de la pérdida de aguaAberturas a través de la epidermis, entre dos células oclusivas – regulan la pérdida de vapor de

agua y el intercambio de gases

Células guarda (oclusivas): abren o cierran el estoma – depende de la cantidad de agua en el citoplasma

- Células turgentes abren el estoma- Células colapsadas cierran el estoma

Señales ambientales abren o cierran los estomas * Disponibilidad de agua: raíces liberan ácido abscísico (ABA) cuando agua escasa en suelo; el

ABA se une a receptores de células guarda; éstas pierden solutos; salida de agua por ósmosis cierre de estomas

* Concentración de CO2 en la hoja: > concentración puede mantener estomas abiertos y aumentar tasa fotosintética (pero información contradictoria, no concluyente)

* Intensidad lumínica: luz solar estimula bombeo de K+ al citoplasma; entrada de agua por ósmosis; se abren estomas, entra CO2 fotosíntesis

* Contaminación del aire: cierre de estomas por efecto de contaminantes químicos, humo, etc.: menor fijación de CO2, menor tasa fotosintética menor crecimiento; muerte.

Transporte de compuestos orgánicos en las plantas

El floema distribuye productos orgánicos de la fotosíntesis por toda la planta

Gradientes de concentración y presión en el sistema de tubos cribosos del floema hacen que los compuestos orgánicos fluyan a todas las partes de la planta

Productos de la fotosíntesis: Las plantas almacenan carbohidratos como almidón y los distribuyen como sacarosa y otras moléculas pequeñas solubles en agua

¿Por qué moléculas pequeñas?

una célula viva que se acopla a otras iguales para formar un tubo criboso

célula anexa, al lado del tubo criboso

placa cribosa (*) en un tubo criboso

Floema: Elementos de tubos cribosos y placas cribosas

*

Transporte en el floema:Hipótesis del flujo por presión

TranslocaciónDesplazamiento de sacarosa y otras moléculas orgánicas

a través del floema a lo largo de gradientes de presión y concentración de solutos.

Por ej.: mesofilo (fuente) células anexas tubos cribosos frutos (depósito)

Hipótesis del flujo por presiónA partir de una fuente, se acumula presión interna en los

tubos cribosos; un gradiente de presión empuja el fluido rico en solutos hacia un depósito, donde los azúcares abandonan el floema.