Captación de la Luz Solar en Plantas

La captación de la energía solar por parte de las plantas implica la existencia de una serie de estructuras especializadas. La más importante es la hoja, que es fina para favorecer la difusión de los gases, y alargada y numerosa para exponer una gran superficie a la luz. La estructura de una hoja es la siguiente:

Estructura de la Hoja

• Epidermis: Recubierta de una sustancia impermeable, la cutina.
• Parénquima: Hay dos tipos según su estructura:
  • Parénquima en empalizada: No dejan espacios intercelulares, se dispone en el haz de la hoja y tienen abundantes cloroplastos.
  • Parénquima lagunar: Se localizan en el envés de la hoja y dejan entre sí grandes espacios comunicados con el exterior de la planta a través de los estomas, lo que favorece la circulación de los gases.
• Tejidos conductores: Xilema y floema, que forman una densa red de nervios que cubre toda la hoja.

La Importancia de la Fotosíntesis

La fotosíntesis es uno de los procesos anabólicos más importantes. Se realiza en los cloroplastos. Los pigmentos fotosintéticos son capaces de absorber la luz. Estos son la clorofila, xantofila y carotenoides.

• El agua y las sales minerales se transforman en materia orgánica.
• Se transforma la energía solar en ATP.
• Se libera oxígeno.

Fases de la Fotosíntesis

Fase Luminosa (dependiente de la luz solar)

• Ocurre en las membranas tilacoidales de los cloroplastos, donde se encuentra la clorofila.
• Se utiliza luz solar y agua.
• Se produce la fotólisis (la molécula de agua se rompe).
• Se libera oxígeno a través de los estomas.
• Se liberan electrones que acaban sintetizando energía química en forma de ATP.

Fase Oscura (independiente de la luz)

• Ocurre en el estroma del cloroplasto.
• Se utiliza dióxido de carbono (que entra por los estomas) y ATP.
• El ATP aporta energía y el dióxido de carbono sufrirá una serie de transformaciones (el Ciclo de Calvin) que lo reducen a glucosa.

Factores Ambientales que Influyen en la Fotosíntesis

• Concentración de CO₂.
• Concentración de oxígeno: A medida que aumenta la concentración de O₂, el rendimiento fotosintético disminuye.
• Intensidad luminosa.
• Tiempo de iluminación.
• Humedad: Cuanta mayor agua disponible, mayor rendimiento fotosintético. Si no hay agua suficiente, la fotosíntesis no se produce, por lo que los estomas se cierran.
• Temperatura: Conforme aumenta la temperatura, la actividad fotosintética aumenta, hasta que llega a un valor en el cual desciende debido a que los estomas se cierran y las proteínas se desnaturalizan.

Transporte de Savia Elaborada

La savia elaborada está formada por azúcares, aminoácidos y otras sustancias ricas en nitrógeno. Esta savia se transporta por el floema, que está formado por células alargadas, dispuestas en fila con los tabiques perforados, formando unos tubos llamados tubos cribosos. La savia lleva una dirección ascendente y descendente, desde las zonas de producción o fuentes (hojas) hasta las zonas de consumo o sumideros, que pueden ser cualquier parte del vegetal: tejidos de reserva, frutos, semillas, meristemos apicales, etc. El mecanismo de circulación de savia elaborada se explica mediante la hipótesis de flujo de presión. Según esta hipótesis, las células fotosintetizadoras producen savia elaborada. Se produce un gradiente de concentración entre las zonas donde se produce y las zonas donde se consume. En la zona fuente hay alta concentración de azúcares y en la zona sumidero hay baja concentración de azúcares. El agua entra por ósmosis y ayuda al transporte de los nutrientes, que son extraídos por las células que los necesitan para utilizarlos o para almacenarlos, haciendo que la concentración de nutrientes disminuya, con lo que la mayor parte del agua regresa al xilema.

Mecanismo de Flujo de Presión

1. La glucosa fabricada en el parénquima clorofílico pasa por transporte activo al floema.
2. Al acumularse sacarosa en el tubo criboso, entra agua por ósmosis desde los vasos contiguos del xilema. Se genera entonces un aumento de la presión hidrostática en el interior de los tubos cribosos, provocando el transporte de la savia elaborada hacia las zonas de menor presión.
3. Cuando llega a los sumideros, la sacarosa sale del tubo criboso y es utilizada para sintetizar biomoléculas como almidón y celulosa. Al disminuir en el floema la concentración de sacarosa, el agua contenida en su interior retorna al xilema, por ósmosis, generando una tensión o presión hidrostática negativa en el interior de los tubos cribosos, que provoca también el transporte de la savia elaborada.

Transporte de Savia Bruta

El ascenso de la savia bruta se realiza a través de los vasos leñosos (xilema). Se lleva a cabo en contra de la gravedad, gracias a varios fenómenos físicos naturales que dependen tanto de la estructura interna de las plantas como de las propiedades del agua. Al conjunto de estos fenómenos se les denomina mecanismos de tensión-adhesión-cohesión, y los procesos son:

• Presión radicular: A medida que el agua entra por ósmosis en las raíces, esta va «empujando» el agua a través del xilema. Este mecanismo actúa solo en las plantas de pequeño tamaño, pero necesita de otros procesos para las plantas de gran tamaño.
• Transpiración: Pérdida de agua por evaporación, debida al aporte energético del sol. Se produce un efecto de succión, ya que la pérdida de agua por los estomas hace que la columna de savia bruta avance.
• Tensión-Cohesión: Se produce una cohesión elevada por los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. La molécula de agua es un dipolo y se unen unas a otras mediante puentes de hidrógeno; estas atracciones intermoleculares producen una elevada cohesión, pudiendo soportar presiones negativas sin que se interrumpa la columna de savia bruta. El ascenso de savia bruta es mayor por la capilaridad de los vasos leñosos a los que se adhieren las moléculas de agua. El ascenso será mayor por los vasos cuanto menor es el diámetro del vaso. El empuje del agua molécula a molécula es la causa de la presión negativa observada en el xilema.

Regulación de los Estomas

Factores que Influyen en la Apertura y Cierre de los Estomas

• Temperatura: Cuando se llega a valores altos de temperatura, algunas plantas cierran sus estomas para evitar la pérdida de agua. Esto es común en zonas muy calurosas.
• Presencia de luz:
  • Sin luz: La planta solo respira, aumenta la concentración de CO₂ y los estomas se cierran.
  • Con luz: Provoca la entrada de iones potasio (K⁺). Además, se realiza fotosíntesis y respiración celular, pero se consume más CO₂, lo que baja la concentración de CO₂ y los estomas se abren.
• Concentración de iones (K⁺):
  • Entrada de K⁺ en células oclusivas: Las células se vuelven hipertónicas, entra agua por ósmosis y los estomas se abren.
  • Salida de K⁺ de células oclusivas: Las células se vuelven hipotónicas, sale agua y los estomas se cierran.

Clasificación y Adaptaciones Vegetales

Briofitas

Se caracterizan porque no tienen vasos conductores, ni flores ni frutos. Son plantas pequeñas que viven en lugares húmedos o acuáticos. Se reproducen por esporas. Fueron los primeros vegetales que, en el Paleozoico, aseguraron el paso a la vida terrestre. No tienen tejidos especializados ni siquiera verdaderas raíces. Pueden vivir en troncos, rocas, muros, tejados, etc. Sus hojas pueden llevar un nervio conductor central a través del cual realizan la absorción de agua y sales minerales. Son los musgos, las hepáticas y los antoceros.

Pteridofitas

Son de tamaño mediano que se caracterizan porque tienen vasos conductores pero no tienen ni flores ni frutos. Viven en lugares frescos, húmedos y umbrosos. Son plantas perennes sin desarrollo secundario que en las zonas tropicales llegan a alcanzar los veinte metros de altura y presentan aspectos de palmeras. Tienen verdaderas raíces, tallos y hojas. Tuvieron su origen en el periodo Devónico, donde formaron bosques de donde proceden los actuales depósitos de carbón. Se reproducen por esporas. Son los helechos y los equisetos.

Talofitas

Plantas pluricelulares que no presentan tejidos ni órganos especializados, carecen de raíces, tallos y hojas. Ejemplos: Algas. Toman los nutrientes directamente del medio a través de la membrana de sus células.

Cormofitas

Plantas con tejidos especializados, han desarrollado raíces, tallos y hojas. Presentan estructuras especialmente adaptadas para la absorción y el transporte en el medio terrestre.

Vías de Absorción de Agua y Sales Minerales

Vía Simplástica

Las sales minerales y el agua pueden pasar entre la pared y la membrana de los pelos absorbentes y atravesar las células. En este caso, las membranas celulares permiten el paso de sales de forma selectiva.

Vía Apoplástica

Consiste en la ruta mediante la cual una parte del agua y una parte de las sales minerales circulan por el interior de la raíz a través de las paredes celulares y de los espacios intercelulares, hasta llegar a la endodermis. Atravesando la membrana y el citoplasma de las células de la banda de Caspary por ósmosis, mientras que las sales minerales penetran en las células de la endodermis por transporte activo.