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NUTRICIÓN EN PLANTAS
La nutrición en plantas es autótrofa fotosintética.A partir de la materia inorgánica se obtiene materia orgánica utilizando como fuente de energía la luz
H2O +sales minerales +CO2 MATERIA ORGÁNICA + O2.H2O +sales minerales +CO2 MATERIA ORGÁNICA + O2.H2O +sales minerales +CO2 MATERIA ORGÁNICA + O2.
La nutrición en las plantas tiene las siguientes fases: Alimentación, respiración y síntesis y excreción.
ALIMENTACIÓN: • Absorción: de los nutrientes inorgánicos (agua y sales). (raíz)
•Transporte savia bruta hasta las hojas.(xilema).
•´Intercambio de gases (estomas)
•Fotosíntesis ( formación de nutrientes orgánicos). (cloroplastos)•Transporte de la savia elaborada a las células. (Floema)
RESPIRACIÓN:• Es un proceso que tiene lugar en las mitocondrias de todas las células de la planta. En ellas se quema la materia orgánica para obtener energía.
SÍNTESIS DE SUSTANCIAS• La sustancias fabricadas en la fotosíntesis también se utilizan para fabricar moléculas complejas de la propia planta.
EXCRECCIÓN• Consiste en eliminar los productos de desecho generados durante el metabolismo.
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NUTRICIÓN EN BRIOFITAS
Las briofitas:
-No tienen verdaderos tejidos ni órganos. -Tiene falsas raíces (RIZOIDES), sólo sirven para fijar al sustrato a la planta.-Tienen falsas hojas ( FILOIDES).-Tienen falsos tallos (CAULOIDES), que no tiene sistema eficaz ce trasnporte
Nutrición en briófitasNo poseen raíz:
Los nutrientes son captados del aire y pasan directamente de célula a célula por difusión o transporte activo.
La superficie ha de estar húmeda para poder captar estos nutrientes
No poseen tallo: las briófitas son pequeñas para reducir la distancia entre captación de nutrientes y fotosíntesis.
LA NUTRICIÓN EN LAS CORMOFITAS
Tienen verdaderos tejidos y órganos
Tienen raíz, tallo y hojas.
H2O +sales minerales +CO2 MATERIA ORGÁNICA + O2.
ENTRADA DE AGUA
•Se produce a través de los pelos radicales.
•Los pelos radicales son evaginaciones de la epidermis que aumentan la superficie de absorción.
•Tienen mucílago que los hace viscosos y permiten que se adhieren a las partículas del suelo.
Estructura de una raíz ideal de dicotiledónea
La raíz: estructura
ENTRADA DE AGUA Junto con las sales forma la savia
bruta
El agua entra en la raíz por ósmosis:
La concentración de solutos es
mayor en las células de la raíz que
en el suelo.
El agua tiende a ir de donde hay
menos concentración a donde hay
más para igualar las
concentraciones.
¿Qué ocurre si regamos una planta
con agua salada?
Es necesario que los solutos del interior de la raíz estén por encima del suelo para que el agua penetre.
Viaja por los espacios intercelulares y a través de las células parenquimáticas, atravesando las paredes celulósicas.
Atraviesa el parénquima, la endodermis, el periciclo, hasta llegar al xilema y, desde ahí, hasta las hojas donde se realiza la fotosíntesis.
ENTRADA DE SALES MINERALES Se realiza a través de las raíces.
Se absorben disueltas (en forma iónica) Existen dos vías posibles:
VIA APOPLÁSTICA. VÍA SIMPLÁSTICA.
APOPLÁSTICA
SIMPLÁSTICA
Ver animac
ión
Vía APOPLÁSTICA•Las sales minerales entran disueltas en el agua.
•Pasan a través de las paredes y los espacios intercelulares.•Por esta vía podría incorporarse a la planta cualquier ión y esto puede ser per judicial. •La endodermis y su capa de suberina en sus paredes ( Banda de Caspary) obliga a que el agua y las sales pasen a través del citoplasma.•De esta forma se controla los iones absorbidos.
A. Vía del simplasto:
Las sales minerales disueltas en agua pasan a través del citoplasma
de la célula.
1. Los iones entran por TRANSPORTE ACTIVO(SE
SELECCIONAN) en los pelos absorbentes. Se seleccionan
en en momento de la entrada y no necesitan selección
por endodermis.
2. Luego se transportan de célula a célula hasta el xilema
donde entran a través de las punteaduras laterales. O
plasmodesmos.
El agua y las sales minerales que han
entrado por una u otra vía forman la savia bruta.
Algunas plantas presentan micorrizas: simbiosis entre
las raíces y un hongo y que ayudan a la absorción de
sales aunque carezcan de pelos absorbentes. El
hongo toma compuestos orgánicos de la planta.
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4 cm
Ectomicorrizas en Pino
Los nitratos se absorben por
las raíces.
En algunas plantas
(leguminosas) tienen nódulos
en sus raíces donde viven en
simbiosis bacterias del género
Rhizobium que fija el
nitrógeno atmósferico y lo
convierte en nitrato.
• La savia bruta asciende por el xilema, en contra de la gravedad.
• Requiere recorrer grandes distancias (decenas de m en los árboles grandes)
y se necesitan presiones de empuje altas. (20-30 kg/cm2 o 1 atmósfera
cada 10 m de ascenso )
• La velocidad depende del diámetro de los vasos leñosos:
•Coníferas (vasos estrechos: 50 ) = 1-2 m/h
•Otras plantas con vasos anchos (400 ) = 40 m/h
• El ascenso se produce según la teoría de la transpiración-tensión-
cohesión (Dixon y Joly), SIN GASTO DE ENERGÍA EN EL PROCESO
• Se consiguen columnas de agua más resistentes que cables de acero de un
grosor similar (Hasta 200 kg/cm2)
ELEMENTOS CONDUCTORES DEL XILEMA
Elementos conductores del xilema:
A. Traqueidas. B. Tráqueas. C. Vaso leñoso; formado por la
yuxtaposición de las tráqueas. P. Punteaduras: perforaciones de las
traqueas
Pares de poros El xilema está formado por células alargadas y con paredes engrosadas por lignina, lo cual aumenta su resistencia y sirven como tejido esquelético, cuyos protoplastos mueren al alcanzar su capacidad funcional.
Existe un gradiente de potenciales hídricos entre el suelo y el
aire creado por:
1.La presión de aspiración de las hojas. A medida que en las hojas se evapora el agua por transpiración, aumenta en ellas la concentración de solutos y se crea un potencial hídrico negativo entre las hojas y el xilema, provocando la entrada de agua, por ósmosis, de las células contiguas.
Así se origina la fuerza de tensión que tirará de todas las moléculas que forman la columna de agua que llena cada uno de los vasos de xilema, desde el epitelio de la raíz a los estomas de las hojas.
2.La presión radicular. La concentración osmótica del suelo es menor que la de la raíz y por lo tanto tiene un potencial hídrico mayor por lo que el agua tiende a entrar en la raíz y el xilema.
2.La capilaridad. Las moléculas de agua se adhieren a las paredes de los vasos leñosos y además están cohesionadas entre ellas (puentes de H) formando columnas difíciles de romper, siempre que sean continuas.
Una burbuja de aire basta para romper la columna. (cavitación)
La estructura dipolar del agua explica las fuerzas de cohesión ente las moléculas
Ver animación
TRANSPORTE DEL AGUA Y LAS SALES MINERALES (SAVIA BRUTA)DESDE EL SUELO HASTA LAS HOJAS
absorción de agua y sales
periciclo endodermis epidermis vía apoplástica
vía simplástica
raíz
absorción de agua y sales
tallo vasos del xilema
transportepor el xilemade la savia
bruta
TRANSPORTE DEL AGUA Y LAS SALES MINERALES (SAVIA BRUTA)DESDE EL SUELO HASTA LAS HOJAS
absorción de agua y sales
transportepor el xilemade la savia
bruta
hoja
transpiración
evaporación del agua
Ver animación
TRANSPORTE DEL AGUA Y LAS SALES MINERALES (SAVIA BRUTA)DESDE EL SUELO HASTA LAS HOJAS
• Necesitan intercambiar oxígeno y dióxido de carbono, con la atmósfera o el suelo.
• No presentan órganos respiratorios especializados como los animales debido a :
1. Tiene muchos espacios extracelulares por los que el gas difunde.
2. La tasa respiratoria es menor en vegetales que en animales lo cual implica menor necesidad de oxígeno.
3. Poca distancia entre las células vivas y la superficie.
• Se produce en los estomas
Ver animación
Tienen dos células oclusivas.• Con forma arriñonada.•Son las únicas células de la epidermis que tienen cloroplastos.•Unidas por los extremos.• Tienen anhidrasa carbónica.•Con pared engrosada en el centro.
•Las células oclusivas rodean un orificio: el OSTIOLO.Se abre cuando las células están turgentes.Se cierra cuando pierde agua.
•Debajo está una cavidad: la CAVIDAD SUBESTOMÁTICA.
EL APARATO ESTOMÁTICO
Ostíolo:permite el intercambio de CO2 y O2 con la atmósfera
Célula oclusiva
Célulasacompañantes
o células anejas
• Los estomas son muy abundantes en el envés de la hoja.
• Bajo ellos se encuentra la cámara subestomática.
• El aumento de turgencia de las células oclusivas provoca la apertura del estoma debido a:
Las dos células oclusivas están unidas por sus extremos.
Dichas células presentan su pared celular muy engrosada en su parte media.B
Estado de mayor turgencia de las células oclusivas (estoma abierto).
AEstado de menor turgencia de las células oclusivas
(estoma cerrado).
A) Estomas desinchados en una solución de sacarosa muy concentrada. B) Estomas muy turgentes y con el poro muy abierto.
APERTURA ESTOMÁTICA
¿Cómo se abren los estomas?
En la fotosíntesis, en las células oclusivas:
Disminuye [CO2] y la reacción se desplaza hacia la izquierda, lo que…
Disminuye [H+] en el interior de las células oclusivas (aumenta el pH), lo que…
Activa una enzima amilasa que hidroliza el almidón (insoluble) almacenado y forma glucosa (soluble), lo que…
Aumenta la [glucosa], lo que…Provoca la entrada osmótica de agua del medio más diluido
al más concentrado, (del exterior de las células oclusivas a su interior), lo que…
Hace que las células oclusivas se pongan turgentes lo que… Induce la apertura del ostíolo del estoma, con lo que…Entra CO2
Reacción central:
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
Anhidrasa carbónica
¿Cómo llega el CO2 a las células?El CO2 penetra en la
cámara subestomática.
Se extiende a los espaicos celulares.
Llega a las células y se consumje en la fotosíntesis.
Se crea un gradiente que hace que continúe entrando el CO2 mientras estén abiertos los estomas
CIERRE DE LOS ESTOMASDurante la noche, no se hace la fotosíntesis,
el CO2 se acumula en las células y se cierran los estomas.
La temperatura cuando es mayor de 35ºC provoca también el cierre de los estomas para evitar la pérdida de agua.
¿Cómo se cierran los estomas? (DETALLE)
De noche no se realiza la fase luminosa de la fotosíntesis y pronto tampoco la oscura, al agotarse las fuentes energéticas para fijar el CO2. La respiración se sigue produciendo, con lo que:
Aumenta [CO2], con lo que…La reacción se desplaza hacia la derecha, con lo que…Disminuye el [pH], con lo que…La amilasa se inactiva y el almidón ya no se hidroliza en
glucosa, lo que…Disminuye gradiente osmótico, con lo que…Las células oclusivas pierden agua y turgencia, lo
que…Hace que el ostiolo se cierre
Reacción central:
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
Anhidrasa carbónica
En los tallos leñosos el
intercambio gaseoso se realiza a
través de unos orificios llamados
lenticelas
Las plantas intercambian CO2 y oxígeno con la atmósfera.:
•Por la noche, en la oscuridad, no realizan la fotosíntesis, por lo que sólo hay consumo de oxígeno y desprendimiento de CO2. Esto se hace por difusión.•De día, con luz, la planta sigue respirando y realiza la fotosíntesis. La intesidad del intercambio de gases en la fotosíntesis es mayor por lo que globalmente desprende oxígeno y consume CO2, Para esto los estomas se abren (el consumo de CO2 sube el pH de las células oclusivas, por lo que se rompe el almidón en glucosa y entra agua por ósmosis; la turgencia de las células oclusivas abre los estomas).
Los estomas no se abren de día, para evitar la pérdida
excesiva de agua.
•Se abren sólo por la noche. El CO2 que entra se almacena
en forma de ácidos.
•De día, con los estomas cerrados, se libera poco a poco el
CO2 para que hagan la fotosíntesis.
OSCURIDAD (Noche)
CO2
CO2 CO2 CO2 CO2
CO2CO2
CO2
CO2
CO2 CO2 CO2 CO2
CO2CO2
CO2
LUZ (Día)
Asimilación delCO2 atmosféricoa través de losestomas:acidificaciónoscura
Descarboxilacióndel malato; almacenado yrefijación del CO2:acidificacióndiurna
Los estomas abiertospermiten la entrada de CO2 y la pérdida de H2O
Los estomas cerradosimpiden la entrada de CO2 y la pérdida de H2O
Célulasepidérmicas
Célulasepidérmicas
Célula del mesófilo Célula del mesófilo
Vacuola VacuolaPlastos Plastos
HCO3–
PEP Oxalacetato
PiPEP carboxilasa
Almidón
Triosa Fosfato
NADH
Malato
NAD*
ÁcidoMálico
ÁcidoMálico
Malato
Piruvato
Almidón
CO2
Ciclo deCalvin
__
TRANSPIRACIÓN.La transpiración es la pérdida de agua en la planta en
forma de vapor.Se lleva a cabo a través de los estomas.
FUNCIÓN DE LA TRANSPIRACIÓN.Es imprescindible para que ascienda la savia bruta.Es necesaria para la refrigeración de la planta.
Evapotranspiración: Ruta del agua a través de la hoja
Problema de la transpiraciónSe puede perder agua en exceso lo que provoca la desecación de la planta.
• La cutícula impermeabiliza la superficie vegetal.
• Se disminuye el número de estomas.• Las hojas se reducen a espinas.
• LA ESTRATEGIA CAM• En algunas plantas adaptadas a la vida en
el desierto (plantas CAM o crasuláceas) sólo abren los estomas de noche,
• Por la noche, captan y acumulan dióxido de carbono en forma de ácido málico e isocítrico,
• Durante el día, cuando los estomas están cerrados, estos ácidos liberan el dióxido de carbono y realizar la fotosíntesis.
• Ejemplo: cactus, orquídeas, Aloe vera, nopal o chumbera,…
GUTACIÓNSi la entrada de agua no
se compensa con la transpiración se produce el fenómeno de gutación típica de climas tropicales, con un alto grado de humedad.
Funciones:Contribuye a la subida
de savia bruta.Sirve como mecanismo
excretor.
FOTOSÍNTESIS
Es el proceso por el que las células con clorofila obtienen nutrientes a partir de agua, sales minerales y CO2. Para ello utilizan la energía de la luz solar.H2O +sales minerales +CO2 MATERIA ORGÁNICA +
O2.Se pasa de algo oxidado ( agua y CO2) a algo reducido (materia orgánica): hace falta electrones.Se pasa de algo sin energía (agua y CO2) a materia orgánica ( rica en energía): se utiliza la energía del sol.
FOTOSÍNTESISPara que la energía del sol pueda ser usada
debe ser absorbida por los pigmentos.
Los pigmentos de las plantas son:Clorofilas (responsables del color verde de las
plantas)Carotenoides, que absorben a otras longitudes
de onda y protegen a la clorofila.
FOTOSÍNTESIS
FotosíntesisTiene dos etapas:
Fase luminosa.Fase oscura.
Fase luminosaTiene lugar en los tilacoides de los
cloroplastos.Es necesaria la luz.En ella se rompe el agua y se forma oxígeno.La energía de la luz se transforma en energía
química (ATP).Se forma poder reductor (NADPH)
FASE LUMINOSA:La clorofila absorbe la luz,
se excita y suelta electrones.
Los electrones se transportan por la cadena transportadora de electrones.
Se utilizan para fabricar:ATP. Poder reductor.
La clorofila se recarga de electrones al romperse la molécula de agua por la luz.
En este proceso se libera oxígeno.
FASE OSCURA.
Tiene lugar en el estroma de los cloroplasto.
No necesita luz.En ella se utiliza el
ATP y el poder reductor para reducir el CO2 y transformarlo en materia orgánica.
REPARTO DE LOS NUTRIENTES ELABORADOS.
Los nutrientes producidos en la fotosíntesis se transportan a todas las zonas de las plantas.
Forman la savia elaborada:- AguaSacarosa ( disacárido)Aminoácidos.
Las células recogen nutrientes según necesidades.Queman los nutrientes para obtener energía
(respiración celular).Fabrican sus sustancias (Anabolismo).
Algunas zonas almacenan las sustancias en forma de almidón:- Raíces y tallos (para usarlos cuando no se haga la
fotosíntesis).Semillas ( en los cotiledones durante la germinación).
MECANISMO DE TRANSPORTE DE LA SAVIA ELABORADA.
El flujo de la savia elaborada es ascendente y va desde:Las zonas de producción o fuentes (hojas)A las zonas de consumo o sumideros ( tejidos
de reserva o zonas de alta actividad metabólica: raíces, frutos, semillas, meristemos…)
HIPÓTESIS DE FLUJO POR PRESIÓN
HIPÓTESIS DE FLUJO POR PRESIÓN
Explica el desplazamiento de la sabia elaborada por una diferencia de presión entre la fuente (donde se produce la savia elaborada) y el sumidero ( donde se consume.
Dibujo de un áfido alimentándose sobre un tallo. El áfido introduce su estilete (pieza bucal modificada) hasta los tubos cribosos del floema. La presión a la que se encuentra la corriente de asimilación hace que parte del fluido floemático se introduzca a través del estilete hasta el tubo digestivo del áfido, llegando incluso a salir por el extremo distal del mismo. En el dibujo puede verse emergiendo una gotita de líquido azucarado. Tomando muestras de estas gotitas se puede analizar la composición del líquido floemático
Proceso de flujo de las savia elaborada
En la fuente la savi elaborada se desplaza mediante transporte activo a las células acompañantes.
Pared celular (apoplasto)
Membrana celular
Plasmodesmos
Células delmesófilo
Célula de la vaina del haz
Célula parenquimática del floema
Célula acompañante
Elemento criboso
CO2
CO2
Carga floemática
Sacarosa
Vaso de xilema Tubo criboso
Elemento criboso
Célula acompañante
Célula Fuente
Pared celular
Vacuola
Cloroplasto
Célula Sumidero
= - 0.6 MPaP = - 0.5 MPa = - 0.1 MPa
= - 0.8 MPaP = - 0.7 MPa = 0.1 MPa
Sacarosa
H2O
H2O
= - 1.1 MPaP = 0.6 MPa = - 0.1 MPa
H2O
H2O
La carga activa de solutos en los elementos cribosos produce un aumento de la presión osmótica, el agua entra en las células lo que produce un incremento de la presión de turgencia
H2O
La descarga activa de solutos desde el floema disminuye la presión osmótica, el agua sale de las células y la presión de turgencia disminuye.
= - 0.4 MPaP = 0.3 MPa = - 0.7 MPa
H2O
H2O
Hip
óte
sis
de M
ün
ch
d
el fl
ujo
a p
resió
n
Proceso de flujo de las savia elaborada1.En la fuente la savia elaborada se desplaza
mediante transporte activo a las células acompañantes.
2. Desde la célula acompañamante se desplaza al tubo criboso. El aumento de azúcares en el tubo criboso, aumenta su concentración y el agua entra por ósmosis desde el xilema.
3. La entrada de agua en los tubos cribosos aumenta la presión hídrica y hace que la savia elaborada se desplace a los sumideros.
4. Cuando llega a los sumideros, los solutos (sacarosa) salen del floema por transporte activo
5. Al perderse azúcares, disminuye su concentración y el agua sale del floema y vuelve al xilema.
Vaso de xilema Tubo criboso
Elemento criboso
Célula acompañante
Célula Fuente
Pared celular
Vacuola
Cloroplasto
Célula Sumidero
= - 0.6 MPaP = - 0.5 MPa = - 0.1 MPa
= - 0.8 MPaP = - 0.7 MPa = 0.1 MPa
Sacarosa
H2O
H2O
= - 1.1 MPaP = 0.6 MPa = - 0.1 MPa
H2O
H2O
La carga activa de solutos en los elementos cribosos produce un aumento de la presión osmótica, el agua entra en las células lo que produce un incremento de la presión de turgencia
H2O
La descarga activa de solutos desde el floema disminuye la presión osmótica, el agua sale de las células y la presión de turgencia disminuye.
= - 0.4 MPaP = 0.3 MPa = - 0.7 MPa
H2O
H2O
Hip
óte
sis
de M
ün
ch
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el fl
ujo
a p
resió
n
Sacarosa
A B
A = BA < BA << B
Ósmosis
Incrementoen la turgencia
Difusión pasiva Flujo a presión Sacarosa
Hipótesis de Münch del flujo a presión
La diferencia de presión hisdrostática entre las fuentes y los sumideros producido por la ósmosis es lo que provoca que la savia elaborada se desplace desde las fuentes a los sumideros.
El transporte es lento ya que la luz de los vasos liberianos está interrumpida por las placas de cribosas. Estas placas , en invierno taponan los huecos con calosa e interrumpen el paso del transporte.
METABOLISMO CELULAR.
Una vez que llega la savia elaborada a la célula, se producen reacciones químicas que sirven para obtener su propia materia y energía. Estas reacciones se denominan en conjunto METABOLISMO CELULAR.
El metabolismo es el resultado de dos procesos:
• ANABOLISMO: Es el conjunto de reacciones para fabricar sustancias complejas a partir de otras más simples. Requiere gasto de energía. En él:
•Se forman las propias estructuras (celulosa, lípidos y proteínas)•O se utiliza para fabricar sustancias de reserva:
•El almidón, que se almacena en tallos, raíces y semillas.
METABOLISMO CELULAR.
CATABOLISMO:• Es el proceso por el que se degradan los compuestos orgánicos complejos en otros más simples para obtener energía.•Se produce la RESPIRACIÓN CELULAR.•La respiración celular tiene lugar en la mitocondrias de todas las células.•Tanto de día como de noche.•Tiene las mismas fases que en animales ( glucolisis, ciclo de krebs y cadena transportadora de electrones)•En estas reacciones se consumen oxígeno.•Se obtiene la energía necesaria para realizar las actividades vitales.
ÉLIMINACIÓN DE PRODUCTOS DE EXCRECIÓN.
La excreción en planta es menos importante que en animales:•Tienen una tasa metabólica menor.•Las sustancias de desecho pueden ser reutilizada en procesos anabólicos.•Es díficil distinguir entre excrección y secrección.
•Ejem: Resina• Sustancias azucaradas en flores.
MECANISMO DE ELIMINACIÓN:• En plantas acuáticas los productos de desecho se eliminan por difusión al medio.•En las plantas terrestres:
•Las sales y ácidos se acumulan en células que acaban muriendo.•Se excretan al exterior por exocitosis.
NUTRICIÓN
NUTRICIÓN HETEROTROFA DE LAS PLANTAS
Cuando la planta no obtienen los suficientes nutrientes por la fotosíntesis realizan la nutrición heterótrofa .
PLANTAS CARNÍVORAS.
Realizan la fotosíntesis.Viven en lugares pobres en nitrógeno.Toman protetínas animales para suplir la falta de nutrientes.Son parcialmente heterótrofas.
PLANTAS CARNÍVORAS.
Formas de actuación:• Segregan sustancias olorosas ( para atraer a los insectos).•Atrapan al insecto:
•Trampa foliar: Dionea•Sustancias viscosas (Drosera)
•Digieren las proteinas segregando enzimas digestivos,•Absorben los nutrientes.
¿Y cómo funcionan esas hojas- trampas?
Algunas se pueden cerrar como si fueran un cepo
Algunas tienen sustancias pegajosas o pelos especiales en los que las presas quedan atrapadas
PLANTAS PARÁSITAS.
•Sin clorofila.•No hacen la fotosíntesis.•Toman la materia orgánica fabricada en otras plantas.•Tienen HAUSTORIOS , filamentos que se introducen en los tubos cribosos y absorben las savia elaborada.
PLANTAS SEMIPARÁSITAS
Tienen clorofila.Pero necesitan tomar el agua y las sales minerales de otras plantas.Tienen HAUSTORIOS que se introducen en el xilema y recogen la savia bruta.
Ejm:el ´Muérdago.
