Nutrición Vegetal: Explorando los Procesos Biológicos de las Plantas
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Nutrición Vegetal
Las plantas son organismos autótrofos que realizan fotosíntesis. Obtienen agua, sales minerales y dióxido de carbono del medio en que viven, y utilizan la luz como fuente de energía para fabricar su propia materia orgánica.
Nutrición en Plantas Talofíticas y Cormofitas
En los vegetales con organización talofítica (sin verdaderos tejidos), el proceso de nutrición es simple. La incorporación de materia inorgánica se realiza directamente del medio, generalmente acuático.
Las plantas cormofitas, más desarrolladas, presentan órganos específicos:
- Raíces: Absorben agua y sales minerales del suelo.
- Hojas: Captan la luz y fijan el dióxido de carbono de la atmósfera.
Las cormofitas poseen un sistema de vasos conductores para transportar las sustancias incorporadas y las elaboradas en la fotosíntesis.
Briofitas: Musgos y Hepáticas
Las briofitas (musgos y hepáticas) se consideran vegetales primitivos con estructuras sencillas, carentes de tejidos conductores. Destacan:
- Rizoides: Falsas raíces que fijan el vegetal al sustrato.
- Cauloides: Falsos tallos.
- Filoides: Falsas hojas donde se realiza la fotosíntesis.
Los musgos y hepáticas viven en ambientes terrestres húmedos. Obtienen agua y sales minerales, e intercambian gases, por difusión a través de su superficie, ya que sus epitelios carecen de cutícula impermeable. El transporte interno se realiza por difusión entre células y, a veces, por transporte activo.
Absorción en Plantas Cormofitas
Existen 16 elementos químicos esenciales para el desarrollo de las plantas terrestres, provenientes del suelo y absorbidos por las raíces. Estos bioelementos se dividen en:
- Macronutrientes: Requeridos en grandes cantidades.
- Micronutrientes (Oligoelementos): Requeridos en pequeñas cantidades.
Las raíces mantienen el aporte continuo de agua, compensando la pérdida por transpiración. La zona de absorción es la zona pilífera, con células epiteliales y pelos absorbentes de paredes delgadas y sin cutícula. El agua penetra por ósmosis. Las plantas en suelos salinos tienen adaptaciones para obtener agua, como acumular sales en vacuolas.
Factores que Afectan la Absorción de Agua
- Temperatura: Incrementa la absorción.
- Aireación del suelo: Induce raíces ramificadas y pelos largos.
- Cantidad de agua en el suelo: Favorece la entrada a las raíces.
- Capacidad de retención del suelo: Dificulta el paso del agua a la raíz.
La absorción de sales minerales se realiza como iones, principalmente por transporte activo, con gasto de energía y enzimas transportadoras. También existen canales iónicos y mecanismos de difusión.
La savia bruta (agua y sales minerales) circula hacia el cilindro central (xilema) por dos vías:
- Simplástico: A través de plasmodesmos.
- Apoplástico: Por el exterior de la membrana celular, interrumpido por la banda de Caspary en la endodermis.
Las micorrizas facilitan la absorción de agua, fosfatos y oligoelementos.
Transporte de la Savia Bruta
La savia bruta se transporta por el xilema (tejido leñoso) hasta las hojas, donde parte se elimina por transpiración y otra se usa en la fotosíntesis. El xilema está formado por células muertas (traqueidas) huecas, cilíndricas, con paredes reforzadas por lignina.
Mecanismos de Transporte Ascendente
- Cohesión-tensión:
- Transpiración: Genera presión negativa, succionando el agua.
- Capilaridad: El agua asciende por los finos tubos del xilema.
- Presión radicular: Presión osmótica que empuja el agua hacia arriba.
Transpiración e Intercambio de Gases
En las hojas se produce la transpiración (pérdida de agua por evaporación) y el intercambio de gases, principalmente a través de los estomas. La velocidad de transpiración depende de:
- Luz: Abre los estomas durante el día.
- Viento: Incrementa la transpiración.
- Humedad relativa del aire: Disminuye la transpiración si es alta.
- Temperatura: Incrementa la evaporación y transpiración.
El intercambio de CO2 y O2 se realiza por los estomas:
- Noche: Respiración celular (consumo de O2 y liberación de CO2).
- Día: Respiración y fotosíntesis (consumo de CO2 y liberación de O2).
Globalmente, la planta libera O2 y consume CO2. La gutación es la pérdida de agua en forma líquida por los hidátodos, debido al exceso de agua y al desequilibrio entre transpiración y absorción.
Fotosíntesis
La fotosíntesis convierte la energía luminosa en energía química para sintetizar sustancias orgánicas:
6 CO2 + 6 H2O + energía luminosa → C6H12O6 (glucosa) + 6 O2
Consta de dos fases en los cloroplastos:
- Fase luminosa (membranas tilacoidales): La energía luminosa descompone el agua, produciendo O2, electrones y protones. La energía se almacena en ATP.
- Fase oscura (estroma): Se utiliza CO2, ATP y compuestos con N, S y P para sintetizar materia orgánica (ciclo de Calvin).
Los productos se utilizan para elaborar glúcidos, lípidos, aminoácidos y bases nitrogenadas. El rendimiento fotosintético se ve afectado por:
- Concentración de CO2: A mayor concentración, mayor rendimiento.
- Concentración de O2: A mayor concentración, menor rendimiento.
- Intensidad luminosa: Incrementa la actividad hasta un límite.
- Temperatura: Influye en la actividad enzimática.
La fotosíntesis mantiene el ciclo de la materia y el flujo de energía en los ecosistemas. El O2 liberado es esencial para los organismos aerobios, y la fijación de CO2 regula el efecto invernadero.
Transporte de la Savia Elaborada
La savia elaborada (glúcidos, principalmente sacarosa) se transporta por el floema (vasos liberianos o tubos cribosos y células acompañantes) hacia todas las partes de la planta. Los vasos liberianos son células vivas con placas cribosas perforadas.
Mecanismos de Transporte por el Floema
- Mecanismo pasivo (flujo de masa o flujo de presión): Movimiento por gradiente de presión entre órganos productores y consumidores.
- Mecanismo activo (corrientes intracitoplasmáticas): Transporte a través del citoplasma con consumo de energía.
El movimiento es lento y se ve afectado por la calosa (en estaciones frías), las características de los solutos, la actividad metabólica, la temperatura, la luz y el oxígeno.
Metabolismo y Almacenamiento de Nutrientes
Las células utilizan los nutrientes en reacciones metabólicas:
- Anabolismo: Síntesis y transformación de compuestos.
- Catabolismo: Degradación para obtener energía (respiración celular).
El metabolismo secundario produce compuestos como terpenoides, carotenoides, derivados de fenoles, alcaloides y derivados de porfirinas. Las plantas almacenan nutrientes como polisacáridos (almidón), grasas y proteínas en tejidos parenquimáticos de raíces, tallos, semillas y bulbos.
Excreción en Plantas
La excreción es la eliminación de sustancias de desecho. Las plantas carecen de aparato excretor. Algunas sustancias se eliminan con la caída de las hojas. Otras se expulsan por tejidos secretores:
- Néctar: Atrae insectos polinizadores.
- Resinas: Almacenadas en canales resiníferos.
- Aceites esenciales: Expulsados por pelos glandulares o almacenados en bolsas oleíferas.
- Látex: Almacenado en tubos laticíferos.
En plantas adaptadas a suelos salinos, el exceso de sal se acumula en tejidos o se segrega por transporte activo. Algunos desechos sólidos se almacenan en vacuolas como cristales de oxalato cálcico.