El Reino Plantae: Características Generales
Sus integrantes son organismos pluricelulares autótrofos y poseen pared celular de celulosa.
Nutrición Vegetal: Autótrofa Fotosintética
Las plantas elaboran su propia materia orgánica a partir de la inorgánica, utilizando la energía solar como fuente de energía. Esto es posible gracias a los cloroplastos, que poseen moléculas específicas (pigmentos fotosintéticos) para captar la energía solar y transformarla en energía química.
Organización Estructural de las Plantas
Plantas con organización tipo Talo (Talofitas)
No poseen tejidos ni órganos diferenciados. Aunque sean terrestres (musgos, hepáticas), están ligadas al agua para su reproducción y viven en ambientes húmedos. Los primeros vegetales fueron las briofitas; su pequeño tamaño y dependencia de los medios húmedos les permiten absorber el agua y las sales minerales directamente en los tejidos fotosintéticos.
Plantas con organización tipo Cormo (Cormofitas)
Poseen tejidos estructurados en órganos (raíz, tallo, hojas) especializados en absorción, transporte y fotosíntesis.
Absorción de Agua y Sales Minerales
Absorción de Agua
La absorción se realiza a través de las raíces, que poseen en su epidermis pelos absorbentes. Estos pelos son evaginaciones de la membrana plasmática que aumentan la superficie de absorción.
El agua entra a los pelos radicales por ósmosis. Para que esto suceda, la concentración de solutos en el suelo debe ser menor que la que tienen las células epidérmicas. El agua pasará de la solución menos concentrada a la más concentrada, penetrando así en la raíz. Posteriormente, el agua pasa por los espacios intercelulares, atraviesa las paredes de celulosa y el parénquima hasta alcanzar el xilema.
Entrada de Sales Minerales
Las sales entran en la raíz por transporte activo, realizándose en contra de gradiente (de una disolución menos concentrada a una más concentrada). En este proceso intervienen proteínas transportadoras localizadas en la membrana de las células de la raíz. Existen dos mecanismos principales para la entrada de sales:
- Vía Apoplástica (Vía B): Las sales entran disueltas en el agua y pasan a través de los espacios intercelulares y entre las paredes vegetales de celulosa del parénquima cortical (el apoplasto). Al llegar a la Banda de Caspari de la endodermis, los iones son seleccionados y penetran por transporte activo en sus células, mientras que el agua lo hace por ósmosis.
- Vía Simplástica (Vía A): Las sales entran mediante transporte activo en las células. Este proceso es selectivo y no necesita una posterior selección en la endodermis. Una vez en el citoplasma (el simplasto), las sales circulan entre células contiguas a través de los plasmodesmos.
La savia bruta es el conjunto de sales minerales y agua que han penetrado en la planta.
Transporte de la Savia Bruta
Dixon y Joly enunciaron la Teoría de la Transpiración-Tensión-Cohesión. Para ascender, la savia bruta debe estar sometida a grandes presiones. Existe un gradiente de potenciales hídricos entre el suelo, la planta y la atmósfera. La causa de este gradiente es la variación progresiva de sus respectivas concentraciones de solutos, lo que favorece el ascenso de la savia, que fluye desde la zona de mayor gradiente a la de menor gradiente.
Mecanismos que Hacen Posible el Ascenso de la Savia
- Transpiración del agua en las hojas: Produce la presión de aspiración de las hojas. La salida de agua origina una presión negativa llamada tensión, que aspira el agua hacia arriba, creando un gradiente entre las hojas y el xilema. El ascenso es posible gracias a la cohesión de las moléculas de agua entre sí. En zonas tropicales, durante la noche, se puede liberar agua en forma de gotas, fenómeno conocido como gutación.
- Presión radicular: Crea un flujo de agua entre el suelo y la raíz. Es un mecanismo eficaz para plantas pequeñas, pero no suficiente para plantas grandes.
- Capilaridad: Característica del agua que le permite ascender por un tubo fino debido a la cohesión y a la adhesión.
Intercambio Gaseoso y Estomas
Mecanismos de Incorporación de Gases
Las plantas absorben gases mediante:
- Pelos radicales: Ubicados en la raíz, captan gases disueltos en el agua del suelo.
- Lenticelas: Orificios en los tallos leñosos que permiten la penetración de gases.
- Estomas: Estructuras de la epidermis especializadas en el intercambio de gases. Por ellos entra el CO₂ y se libera O₂. Un estoma está formado por dos células oclusivas que se hinchan o deshinchan, regulando el paso de gases a través del ostiolo.
Regulación del Cierre y Apertura de los Estomas
Factores ambientales influyentes:
- Cambios en la concentración de iones potasio (K+): Es el factor más influyente.
- Entrada de iones: Las células oclusivas se vuelven hipertónicas, absorben agua por ósmosis, aumenta su turgencia y el estoma se abre.
- Salida de iones: Las células oclusivas se vuelven hipotónicas, se vacían de agua, se arrugan y el estoma se cierra.
- Cambios en la exposición a la luz: La entrada de iones se activa por la luz. Durante el día, los estomas están abiertos; durante la noche, están cerrados.
- Cambios en la concentración de CO₂: Relacionado con la luz. De noche solo hay respiración, por lo que se acumula CO₂ y los estomas se cierran.
- Altas temperaturas: Provocan el cierre estomático para impedir pérdidas excesivas de agua. Las plantas de climas áridos desarrollan este mecanismo cerrando sus estomas durante el día y abriéndolos por la noche.
La Fotosíntesis: Proceso Anabólico Vital
La fotosíntesis es un proceso anabólico y biosintético mediante el cual las plantas transforman la materia inorgánica en materia orgánica utilizando la luz solar.
Importancia Biológica de la Fotosíntesis
- Síntesis de materia orgánica: Utiliza el CO₂ como fuente de carbono, incorporándolo a la materia viva e iniciando las cadenas tróficas. Por ello, los organismos fotosintéticos se denominan productores.
- Transformación energética: Transforma la energía solar en energía química, la única forma de energía que los demás organismos pueden utilizar para vivir.
- Liberación de oxígeno: El oxígeno (O₂) es un producto de la fotosíntesis y se libera a la atmósfera.
Pigmentos Fotosintéticos y Localización
La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos. Los pigmentos fotosintéticos son capaces de absorber la energía luminosa. Se clasifican en dos tipos principales:
- Clorofilas (a y b): De color verde. Absorben longitudes de onda de los colores violeta, azul, naranja y rojo. Son las más abundantes.
- Carotenoides: Colores que van desde el amarillo hasta el rojo, pasando por el marrón. Absorben longitudes de onda de color violeta, azul y verde.
Factores Ambientales que Influyen en la Eficacia Fotosintética
La eficacia de la fotosíntesis se mide por la cantidad de CO₂ asimilado o la cantidad de O₂ liberado, y está influida por:
- Intensidad lumínica: A mayor intensidad de luz, mayor actividad fotosintética, hasta un límite en el que se estabiliza.
- Concentración de CO₂: Incrementa el rendimiento hasta un límite en el que la planta ya no puede asimilar más.
- Temperatura: Si es muy baja, la fotosíntesis apenas se realiza. Al aumentar, la eficacia fotosintética también aumenta. Si es excesiva, la eficacia disminuye.
Fases del Proceso Fotosintético
El proceso fotosintético consta de dos fases:
1. Fase Luminosa (Dependiente de la Luz)
Se da en presencia de luz y tiene lugar en los tilacoides.
- Los pigmentos fotosintéticos (clorofilas y carotenos) captan la energía luminosa y liberan electrones que pasan de una molécula a otra, produciendo energía química en forma de ATP.
- Se produce la fotólisis del agua.
- Los H⁺ obtenidos en la fotólisis son recogidos por moléculas transportadoras específicas que tienen poder reductor (NADPH).
- El oxígeno (O₂) producido en la fotólisis se libera a la atmósfera.
La energía (ATP) y el poder reductor (NADPH) obtenidos en la fase luminosa se utilizan en la fase oscura.
2. Fase Oscura (Independiente de la Luz)
No precisa luz para realizarse (ocurre tanto de día como de noche) y tiene lugar en el estroma del cloroplasto.
El CO₂ captado de la atmósfera se incorpora para formar moléculas de glucosa, utilizando la energía en forma de ATP y el poder reductor procedentes de la fase luminosa. Este conjunto de reacciones se conoce como el Ciclo de Calvin.