Nutrición en las Plantas: Procesos Esenciales para la Vida Vegetal

Introducción a las Funciones de Nutrición Vegetal

La nutrición en las plantas es un proceso vital que les permite obtener la energía y los materiales necesarios para su crecimiento y desarrollo. A diferencia de los animales, las plantas son organismos autótrofos, capaces de producir su propio alimento a través de la fotosíntesis. Sin embargo, los mecanismos para absorber, transportar y procesar los nutrientes son complejos y variados, adaptándose a diferentes tipos de organización vegetal.

Tipos de Organización Vegetal

• Plantas con organización tipo talo: Organismos vegetales simples sin diferenciación clara de raíces, tallos y hojas (ej. algas, líquenes).
• Plantas con organización tipo cormo: Organismos vegetales más complejos con diferenciación en raíz, tallo y hojas (ej. la mayoría de las plantas terrestres).

1. Obtención y Transporte de Nutrientes

1.1. La Absorción del Agua

La absorción del agua se realiza a través de las raíces, específicamente por los pelos absorbentes. El proceso por el que el agua penetra en los pelos radicales es la ósmosis. Tras penetrar en las células epidérmicas, el agua pasa por los espacios intercelulares y atraviesa las paredes de celulosa y el parénquima hasta alcanzar el xilema, desde donde comienza el ascenso por el tallo.

1.2. La Entrada de las Sales Minerales

Las sales minerales entran en la raíz por transporte activo, puesto que se realiza en contra del gradiente de concentración. En este proceso intervienen proteínas transportadoras.

Vías de Entrada de Sales Minerales

• Vía apoplástica o vía B: Las sales minerales entran disueltas en el agua y pasan a través de los espacios intercelulares y entre las paredes vegetales de celulosa. Al llegar a la banda de Caspari, los iones son seleccionados y penetran por transporte activo; el agua lo hace por ósmosis.
• Vía simplástica o vía A: Las sales entran mediante transporte activo en las células. Una vez en el citoplasma, las sales circulan entre células a través de los plasmodesmos. Al conjunto de agua y sales minerales se le denomina savia bruta.

1.3. El Transporte de la Savia Bruta

El transporte de la savia bruta (agua y sales minerales) desde la raíz hasta las hojas se realiza a través del xilema. Este ascenso es posible gracias a la acción conjunta de varios procesos:

Teoría de Transpiración-Tensión-Cohesión

• Transpiración del agua en las hojas: Produce la presión de aspiración de las hojas. La salida de agua a través de los estomas origina una presión negativa (tensión) que aspira el agua hacia arriba, ya que se crea un gradiente entre las hojas y el xilema. El ascenso ocurre gracias a la cohesión de las moléculas de agua entre sí.
• Presión radicular: Crea un flujo de agua entre el suelo y la raíz.
• Capilaridad: Característica del agua que le permite ascender por un tubo fino debido a la cohesión entre las moléculas de agua y a la adhesión de estas moléculas de agua a las paredes del tubo.

1.4. La Incorporación de los Gases

Las plantas necesitan incorporar O₂ y también CO₂. Absorben ambos gases de la atmósfera mediante tres tipos de estructuras:

Estructuras de Intercambio Gaseoso

• Pelos radicales: Situados en la raíz, especializados en captar los gases disueltos en el agua del suelo.
• Lenticelas: Orificios en los tallos leñosos que permiten la entrada de los gases.
• Estomas: Estructuras de la epidermis especializadas en el intercambio de gases; por ellos entra el CO₂ y se libera el O₂.

Un estoma está formado por dos células oclusivas que se hinchan o deshinchan, permitiendo o no el paso de los gases por el ostíolo. La turgencia de las células oclusivas se debe a la entrada de agua desde sus células adyacentes, lo que provoca la apertura del estoma.

Regulación de la Apertura y Cierre Estomático

La apertura y el cierre de los estomas, en función de las necesidades fisiológicas de la planta, están regulados por diferentes factores:

• Cambios en la concentración de iones potasio (K⁺): Al entrar K⁺ en las células oclusivas, estas se vuelven hipertónicas respecto a las células adyacentes y, como consecuencia, absorben agua por ósmosis, lo que aumenta su turgencia y provoca la apertura del estoma, permitiendo la entrada de gases. Al salir los iones K⁺, se produce el efecto contrario.
• Exposición a la luz: La entrada de K⁺ se activa por la luz. Durante el día los estomas se abren, y durante la noche se cierran.
• Concentración de CO₂: También tiene relación con la luz, ya que de noche solo se produce la respiración y, por ello, se acumula CO₂ y se cierran los estomas. De día, la fotosíntesis consume CO₂, lo que produce un gradiente respecto al exterior y provoca la apertura del estoma.
• Altas temperaturas: Provocan el cierre estomático para impedir pérdidas de agua. Las plantas de climas áridos, por ejemplo, cierran sus estomas durante el día y los abren por la noche.

2. La Fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso anabólico mediante el cual las plantas transforman la materia inorgánica en materia orgánica utilizando la energía luminosa.

Importancia de la Fotosíntesis

• Sintetiza la materia orgánica.
• Transforma la energía solar en energía química.
• Libera oxígeno.

Tiene lugar en los cloroplastos, orgánulos celulares cuyas moléculas, los pigmentos fotosintéticos o fotorreceptores, son capaces de absorber la energía luminosa.

Pigmentos Fotosintéticos

• Clorofilas a y b, de color verde. Son las más abundantes.
• Carotenoides, que oscilan desde el amarillo al rojo oscuro, pasando por el marrón.

Las algas rojas y las cianobacterias poseen pigmentos especiales capaces de absorber la escasa luz que atraviesa el agua profunda.

Factores que Influyen en la Eficacia Fotosintética

La eficacia de la fotosíntesis, es decir, la cantidad de materia formada por unidad de tiempo, está influida por:

• Intensidad lumínica: A mayor intensidad de luz, mayor actividad fotosintética, pero hasta un límite.
• Concentración de CO₂: Incrementa el rendimiento hasta un límite.
• Temperatura: Si es muy baja, la fotosíntesis apenas se realiza; al ir aumentando, la eficacia fotosintética también aumenta, pero si es excesiva, la eficacia disminuye debido a la desnaturalización de las enzimas.

2.1. El Proceso Fotosintético

Se divide en dos fases:

• La fase luminosa: Se da en presencia de luz y tiene lugar en los tilacoides del interior de los grana, contenidos en los cloroplastos. Sucede lo siguiente:
  1. Los pigmentos fotosintéticos captan la energía luminosa y liberan electrones, que pasan de una molécula a otra produciendo energía química en forma de ATP.
  2. Se produce la fotólisis del agua (ruptura de la molécula por acción de la luz).
  3. Los H⁺ obtenidos en la fotólisis son recogidos por moléculas transportadoras específicas que poseen poder reductor.
  4. El oxígeno producido en la fotólisis se libera a la atmósfera.

  La energía y el poder reductor obtenidos en la fase luminosa se utilizan en la fase oscura.

• La fase oscura: No precisa la luz para realizarse y se da tanto de día como de noche. Tiene lugar en el estroma del cloroplasto. En ella, el CO₂ captado de la atmósfera se incorpora para formar moléculas de glucosa, utilizando la energía en forma de ATP y el poder reductor. Este conjunto de reacciones se conoce como Ciclo de Calvin.

3. El Transporte de la Savia Elaborada

Tras la fotosíntesis, es necesario que sus productos se distribuyan por toda la planta. El transporte se realiza a través del floema, un tejido vascular compuesto por células vivas comunicadas entre sí por placas perforadas o cribosas.

La savia elaborada es un fluido constituido por agua (procedente de los tubos del xilema), sacarosa y aminoácidos.

El proceso de reparto de la savia elaborada por el organismo se denomina translocación y se desarrolla en sentido ascendente o descendente. La hipótesis principal para explicar el transporte de la savia elaborada es la del flujo por presión.

Mecanismo de Circulación de la Savia Elaborada

1. La savia elaborada pasa, por transporte activo, desde las células productoras del parénquima clorofílico hasta las células acompañantes de los vasos cribosos.
2. Desde las células acompañantes, se desplaza a las células cribosas a través de los plasmodesmos. Además, el incremento de concentración de azúcares provoca el paso de agua por ósmosis desde las traqueidas del xilema.
3. Dentro de los vasos del floema, la savia circula de célula a célula, atravesando las placas cribosas.
4. Los tubos del floema incrementan su presión, y la diferencia de presión entre estos y los sumideros provoca la circulación de la savia hacia ellos.
5. Al perder hidratos de carbono, las células del floema quedan con una concentración hipotónica respecto a las del xilema, lo que origina el paso del agua desde el floema al xilema.

4. La Excreción en los Vegetales

Las plantas también producen metabolitos de desecho que deben ser eliminados. Los mecanismos de excreción en las plantas son más sencillos que en los animales y presentan unas características concretas:

Características de la Excreción Vegetal

• Se forman en pequeñas cantidades.
• Parte de estos metabolitos son reutilizados.
• Algunos productos de excreción se pueden considerar secreciones, ya que son útiles para la planta. Los principales productos de excreción vegetal son las sustancias volátiles en flores y frutos, las resinas, el látex, entre otros.

5. La Nutrición Heterótrofa en los Vegetales

Algunas plantas deben completar o sustituir su nutrición autótrofa por la heterótrofa cuando las condiciones de su entorno lo exigen.

Tipos de Nutrición Heterótrofa en Plantas

• Las plantas carnívoras: Son fotosintéticas y suelen vivir en medios donde los suelos son pobres en nitrógeno, por lo que complementan su nutrición con el nitrógeno contenido en insectos que capturan y digieren.
• Las plantas parásitas: No son fotosintéticas; viven sobre otras plantas a las que absorben la savia elaborada.
• Las plantas semiparásitas: Son fotosintéticas; absorben el agua y las sales minerales de otra planta mediante raíces modificadas.