Nutrició de les plantes: absorció, transport, fotosíntesi i substàncies de reserva

La nutrició de les plantes

Les plantes són organismes autòtrofs fotosintètics, és a dir, tenen com a font de matèria la matèria inorgànica (diòxid de carboni, aigua i sals minerals) i com a font d’energia, l’energia lluminosa procedent del Sol.

Les substàncies inorgàniques procedeixen del sòl i de l’aire.

Nutrició de les plantes briòfites (molses i hepàtiques)

No tenen ni arrels, ni tija ni fulles. Al seu lloc tenen rizoides, cauloides i fil·loides.

No tenen teixit conductor, i per tant tota la planta està implicada en l’absorció de nutrients, l’intercanvi de gasos i el transport de substàncies mitjançant la difusió entre les seves cèl·lules i el medi.

Viuen a ambients molt humits.

Nutrició en plantes cormofítiques (pteridòfits i espermatòfits)

Tenen teixits i òrgans especialitzats.

• Les arrels, a través de les quals absorbeixen aigua i sals minerals del sòl.

• Les fulles, que capten la llum i fixen el diòxid de carboni de l’atmosfera.

• Els vasos conductors, pels quals transporten substàncies absorbides per les arrels i també les produïdes a la fotosíntesi de les fulles.

Altres formes de nutrició de les plantes

Plantes carnívores. Són autòtrofes, però viuen a llocs de sòls pobres en nutrients minerals, i completen la nutrició capturant preses.

Tenen fulles modificades que actuen de trampes per capturar les preses, i moltes vegades també tenen glàndules nectaríferes i odoríferes per atraure els animals.

La digestió de les preses és extracel·lular mitjançant enzims i es completa amb la participació de microorganismes.

• Semiparàsites. Fan la fotosíntesi, però viuen sobre les branques dels arbres i les seves arrels entren dins l’arbre per xuclar-ne la saba.

• Holoparàsites. Són estrictament heteròtrofes. No tenen clorofil·la i les seves arrels entren dins les tiges i arrels d’altres plantes hostes d’on obtenen els compostos (orgànics i inorgànics) necessaris per nodrir-se.

La incorporació dels nutrients

La incorporació de la majoria de bioelements es fa a través de l’arrel. L’arrel fixa la planta al sòl i pot acumular substàncies de reserva.

Estructura primària de l’arrel

Absorció de minerals

Les sals minerals entren mitjançant dos mecanismes de transport:

• Transport passiu: per difusió. A favor d’un gradient de concentració, sense consum d’energia.

• Transport actiu: Es realitza en contra d’un gradient de concentració. Impedeix que les sals minerals surtin de la cèl·lula. Hi ha unes proteïnes en la pròpia membrana que permeten el pas de sals que s'absorbeixen en forma d'ions.

Absorció d’aigua

L’aigua entra a l’arrel, a través dels pèls absorbents, per òsmosi (difusió), des del sòl a l’interior de l’arrel, perquè l’interior de les cèl·lules és més concentrat i entra aigua per equilibrar concentracions.

• Temperatura. El seu augment afavoreix el metabolisme, i per tant, incrementa l’absorció.

• Aeració del sòl. Quan és major augmenta la superfície d’absorció perquè le arrels estan molt ramificades amb pèls radicals llargs i nombrosos.

• Quantitat d’aigua del sòl. El seu augment afavoreix l’entrada a les arrels sempre que la concentració de sals del sòl sigui inferior a la de l’interior dels pèls radicals.

• Capacitat de retenció del sòl. Moltes vegades l’aigua del sòl no està lliure o queda adherida a les partícules del sòl.

Recorregut de la saba bruta fins al xilema

Els nutrients travessen els distints teixits de l’arrel fins a arribar al xilema mitjançant dues vies:

• Via simplàstica: Consisteix en el pas de l’aigua i de les sals minerals de cèl·lula a cèl·lula a través dels plasmodesmes (porus que travessen les parets i membranes cel·lulars).

• Via apoplàstica: Consisteix en el pas de l’aigua i sals minerals per les parets celul·lòsiques i pels espais intercel·lulars, sense entrar dins les cèl·lules. Aquesta via arriba fins l’endodermis, on hi ha la banda de Caspary. Per tant les substàncies han de seguir la via simplàstica.

El transport de la saba bruta pel xilema

La saba bruta es transporta per l’arrel i la tija fins a les fulles. Una part s’elimina per transpiració i l’altra s’utilitza en la fotosíntesi.

Mecanismes de transport de la saba bruta

En el transport ascendent de la saba bruta intervenen una sèrie de mecanismes capaços de moure una gran quantitat d’aigua en contra de la gravetat.

• Succió per transpiració. L’aigua s’evapora a través dels estomes de les fulles, i això genera una pressió negativa (tensió), i així l’aigua puja pels vasos del xilema cap a les fulles. Es produeix una succió que fa que entri més aigua per l’arrel, puja per la tija i ocupa l’espai que ha deixat l’aigua evaporada. Aquest procés s’anomena flux de transpiració.

Cohesió-adhesió: La cohesió es deu als ponts d’hidrogen. A més les molècules d’aigua també s’adhereixen a les parets de cel·lulosa del xilema (adhesió). La força d’atracció de la transpiració es transmet per tota la columna d’aigua. La cohesió i l’adhesió, i els fins vasos del xilema fan que la saba bruta pugi per capil·laritat.

Pressió radicular

L’entrada contínua d’aigua per òsmosi a través dels pèls radicals “empeny” les molècules d’agua cap amunt.

L’intercanvi de gasos i la transpiració

Les fulles són els òrgans on es realitza l’intercanvi de gasos i la transpiració.

L’intercanvi de gasos

Les plantes intercanvien oxigen i diòxid de carboni de l’atmosfera principalment a través dels estomes.

Durant el dia. Les plantes fan la fotosíntesi i respiren. La intensitat de l’intercanvi de gasos de la fotosíntesi és superior a la de la respiració, per tant, globalment, de dia consumeixen diòxid de carboni i desprenen oxigen.

Durant la nit. Les plantes no fan la fotosíntesi, consumeixen oxigen i desprenen diòxid de carboni a causa de la respiració cel·lular.

La transpiració: És la pèrdua d’aigua per evaporació per part de les fulles per un procés de difusió simple.

Hi ha una sèrie de factors que influeixen en la transpiració:

• Temperatura. A major temperatura, més evaporació.

• Vent. Facilita l’evaporació d’aigua i augmenta la transpiració.

• Humitat relativa del aire. La humitat elevada disminueix la transpiració.

Obertura i tancament d’estomes

Els estomes estan formats per cèl·lules epidèrmiques diferenciades. L’ostíol connecta amb una cambra subestomàtica.

L’obertura i el tancament dels estomes té lloc pel canvi de turgència de les cèl·lules oclusives (estomàtiques). Quan s’omplen d’aigua augmenta la turgència i l’ostíol s’obri. Quan perd turgència es tanca. Aquest intercanvi d’aigua està regulat per l’ió K+

L'estoma s'obre quan la intensitat de la llum augmenta i es tanca quan disminueix. L'obertura estomàtica està associada a l'acumulació de potassi K+ i el tancament a la disminució de sacarosa. L'ió potassi augmenta amb la sortida del sol.

Quan el potasi entra als vacúols, per òsmosi entra aigua de les cèl·lules adjacents i augmenta la turgència i s’obri l’ostíol. Quan surt el potassi, surt aigua i es tanca l’ostíol.

Els factors que influeixen en l’obertura i tancament dels estomes són:

• Llum. produeix un augment dels sucres a les cèl·lules oclusives, i això provoca l’entrada d’aigua per òsmosi a les cèl·lules, i l’estoma s’obre durant el dia. A la nit, quan la concentració de sucres baixa, els estomes es tanquen.

• Diòxid de carboni. Si la concentració és alta dins el mesòfil de la fulla degut a la respiració cel·lular, l’estoma es tanca.

• Disponibilitat d’aigua. Els estomes es poden tancar quan hi ha un dèficit d’aigua (estrés hídric).

La fotosíntesi

La fotosíntesi és un procés pel qual les plantes converteixen l’energia lluminosa en energia química, la qual s’utilitza per sintetitzar matèria orgànica.

Té lloc als tilacoides dels cloroplasts del mesòfil de les fulles, a les tiges verdes i als sèpals de les flors.

Per realitzar la fotosíntesi es necessita aigua (saba bruta) i diòxid de carboni (aire).

En la fotosíntesi hi ha dues fases: la lluminosa (intervé la llum), i una fase fosca (química).

Importància de la fotosíntesi

És un dels processos anabòlics (=constructius) més important que ocorr en la biosfera, ja que la matèria orgànica sintetitzada permet el funcionament de la mateixa.

Es transforma matèria inorgànica en orgànica, indispensable per a tots els organismes.

Transforma energia lluminosa en energia química, que és usada per la pràctica totalitat dels éssers vius.

L’oxigen s’allibera com a producte residual, però és utilitzat per la major part dels organismes en la respiració cel·lular.

La fotosíntesi fixa el diòxid de carboni de l’atmosfera en forma de molècules orgàniques, lo que regula l’efecte hivernacle.

El transport de la saba elaborada

• La saba elaborada conté entre un 10 i un 25% de soluts (glúcids, aminoàcids i sals), dels quals gairebé el 90% és sacarosa (quan arriba a l’òrgan receptor es descompon en glucosa).

• El moviment de la saba bruta és ascendent i els de la saba elaborada pot ser ascendent o descendent.

• Es realitza als vasos liberians mitjançant un moviment anomenat traslocació.

• La sacarosa passa de les cèl·lules fotosintetitzadores a la tija, i després va cap als brots i fruits, i baixa cap a l’arrel o tija on s’emmagatzema en forma de midó.

Mecanisme de traslocació

• En els òrgans fotosintètics els glúcids surten del citoplasma com a sacarosa, la qual entra als vasos liberians per transport actiu a les cèl·lules acompanyants, i des d’aquestes a través dels plasmodesms entra als tubs cribosos del floema.

• A l’augmentar la concentració de sacarosa, entra aigua en el vas liberià per òsmosi, procedent del xilema.

• Aquest flux augmenta la pressió a l’interior dels tubs i impulsa la saba des de l’origen fins a les zones de menys pressió, els òrgans consumidors, tant cap amunt com cap avall.

• L’òrgan consumidor capta sacarosa; la seva concentració baixa en el tub liberià.

• La disminució de la concentració de soluts fa que l’aigua surti del floema per òsmosi i torna al xilema.

A les estacions fredes, el flux de la saba elaborada és lent, ja que els buits de les plaques criboses es taponen amb cal·losa (polisacàrid), i això interromp el pas de la saba. A la primavera següent la calosa es dissol i el moviemt torna a començar.

La síntesi i l’emmagatzematge de substàncies

Síntesi de i degradació de substàncies

Quan els nutrients arriben a les cèl·lules, aquestes els utilitzen en dos tipus de processos:

Anabolisme. Síntesi i transformació de composts per renovar i fabricar els components cel·lulars dels teixits en creixement.

Catabolisme. Degradació de composts per obtenir l’energia necessària

(respiració cel·lular)

Les plantes sisntetitzen composts orgànics complexos, que són d’importància vital per a la planta o bé pels seus consumidors.

7.2. EMMAGATZEMATGE DE SUBSTÀNCIES DE RESERVA

Moltes plantes emmagatzemen part dels nutrients com a substàncies de reserva (midó, greixos, proteïnes). Es dipositen principalment a l’arrel o a la tija, i la planta els utiliza en el moment necessari.

8. LES SUBSTÀNCIES DE REBUIG

Són el resultat del metabolisme cel·lular no aprofitable pels organismes. En aquest sentit, es considera que les plantes no fan excreció ni posseeixen òrgans específics per fer-ho. 

Els productes “d’excreció” de la respiració cel·lular són CO2 i H2O, que s’eliminen pels estomes i són recaptats per usar-los a la fotosíntesi (per lo tant també són molècules necessàries).

El producte “d’excreció” de la fotosíntesi és l’O2, que també surt a l’exterior pels estomes.

En alguns casos, les plantes acumulen altres productes d’excreció als vacúols (cristalls d’oxalat càlcic) o a les glàndules de sal (excés de sals).

Moltes plantes tenen teixits secretors pels quals s’expulsen diverses substàncies, com nèctar, resines, olis, làtex, ….

El nèctar és una barreja de sucres. S’emmagatzema en unes glàndules o nectaris situats a les flors, i atrau insectes pol·linitzadors del qual s’alimenten.

Les resines s’emmagatzemen als canals resinífers de gimnospermes.

Els olis essencials s’expulsen a l’exterior mitjançant pèls glandulars o s’emmagatzemen en bosses oleiríferes (labiades).

El làtex s’emmagatzema als tubs laticífers. Es pot fer servir com a matèria primera, el cautxú, del làtex de la planta Hevea brasiliensis.