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Universidad de Costa Rica
Escuela de Biología
LA AUTOTROFIA EN
PLANTAS
Material exclusivo para el curso B-0110
Organismos, estructura, función e importancia.
Octubre 2014
¿Porqué una planta es autotrófica?
Cuando se trata de responder esa pregunta
generalmente solo se piensa en la fotosíntesis,
pero la autotrofía va más allá de eso y entre
otros aspectos incluye:
Nutrición hídrica
Nutrición mineral
Nutrición carbonada
Adecuado control de todo su desarrollo.
MOVIMIENTO DE AGUA TRAVES DE TODA LA PLANTA
Por cada gramo de materia orgánica producida
por la planta, se absorben a través de las
raíces, se transportan por el tallo y se pierden
a la atmósfera aproximadamente 500 g de H2O
Estructura de la raíz
Ascenso del agua por el xilema
Para explicar ello se han postulado dos
mecanismos:
1- Presión de Raíz
2- Cohesión y tensión sobre el xilema
Presión de Raíz
Esta es una presión hidrostática que se
ejerce sobre el xilema cuando la raíz
absorbe iones activamente y los lleva a
su interior
Esto favorece la entrada de agua, que
genera una presión.
La gutación es un efecto de la presión radical:
evidencia de la presión de raíz
La presión radical y el ascenso de agua
Esta presión no es suficiente para llevar el agua
hasta la parte más alta de un árbol.
Presión de raíz generalmente es menor de 0,1
mPa y un árbol puede requerir hasta 3 mPa.
Algunas plantas como las confieras no
desarrollan presión de raíz.
Tensión y cohesión sobre el xilema
Es la teoría que mejor explica el
ascenso del agua a través del
xilema, especialmente en plantas
arbustivas y árboles.
Tensión y cohesión sobre el xilema
Lo que esta teoría establece es que al
evaporarse el agua por transpiración, a través
de los estomas, se genera un déficit hídrico en
las hojas, que se va transmitiendo hasta la
raíz, lo que favorece la absorción
Teoría de la CohesiónTensión:
Böhm, 1893; Dixon and
Joly, 1894
Aspectps necesarios:
1- Fuerza de succión y
tensión sobre xilema
2- Adhesión a sólido
3- Cohesión
.
Tensión y cohesión sobre el xilema
La columna de agua debe mantenerse continua y esto se
logra gracias a la cohesión y la adhesión de las
moléculas de agua a las paredes de las traqueidas o los
vasos.
El xilema está adaptado para no colapsar por la gran
tensión y la fuerza de la columna de agua.
La lignificación y el que esté muerto ayudan a esto.
PÉRDIDA DE AGUA
El agua se pierde en las plantas en forma:
1- Líquida: Por gutación.
2- Gaseosa: Por difusión.
Pérdida de agua en forma de vapor
El vapor de agua se pierde:
A- Difusión cuticular:
Por lo general es de
aproximadamente un 5 %, ya que la cutícula está
diseñada para evitar la desecación.
B- Difusión en Peridermis (superficie suberizada con
lenticelas).
C- Difusión estomática: Es la mayor parte del agua
que se evapora en las plantas.
Transpiración
Pérdida de agua, en
forma de vapor, a
través de las distintas
partes de la planta, en
su mayoría por los
estomas.
El agua se evapora en la hoja
El agua se evapora en las cavidades subestomáticas.
La energía proporcionada por el sol calienta el sitio y
provoca una agitación térmica responsable de la
evaporación.
Si la superficie está mojada, se genera más vapor, lo cual
crea un gradiente de concentración entre el exterior e
interior.
Evaporación del agua en hojas
Estoma
Resumen de factores que afectan la
transpiración
Los más importantes son:
Luz
Temperatura
Humedad
Viento
Morfología
Importancia de la transpiración
Ж Absorción y transporte de sustancias.
Ж Efecto refrigerante de la superficie foliar. Baja la
temperatura hasta 3 ºC respecto a la atmosférica.
Ж Necesaria para el crecimiento normal de las
plantas, ya que ayuda a mantener un estado de
turgencia óptimo.
La transpiración es un mal…
Es un mal
necesario y de
importancia vital
para las plantas
y la vida como
tal.
¿APARTE DEL AGUA QUE MÁS HACE A LAS
PLANTAS AUTOTRÓFAS?
NUTRICION MINERAL
FOTOSÍNTESIS (Nutrición carbonada)
CONTROL DEL DESARROLLA Y ADAPTACIONES ESPECIALES
NUTRICION MINERAL
Las plantas requieren de elementos esenciales, que
pertenecen a ese grupo si cumplen las siguientes reglas:.
Regla 1. Un elemento es esencial si su deficiencia impide
que la planta complete su ciclo vital.
Regla 2. Para que un elemento sea esencial, este no se
puede reemplazar por otro elemento con propiedades
similares.
Regla 3. El elemento debe ser parte de una estructura o
participar directamente en el metabolismo de la planta.
Nivel óptimo de nutrimento
Los nutrientes llegan a la raíz por tres vías
Movimiento de iones
Flujo de masa: los nutrientes
se mueven en la solución del
suelo hacia las raíces por la
corriente de la transpiración.
Difusión: según el gradiente
de concentraciones.
Intercepción: las raíces
interceptan los iones al crecer
hacia las zonas donde están los
nutrientes
FLUJO DE MASA: N, Ca, Mg, S, B, Cu, Mo, Mn, (Fe)
DIFUSION: P, K (Fe)
INTERCEPCION RADICAL: Fe, Ca
Disponibilidad de nutrimentos en suelo según pH
SINTÓMAS VISUALES DE DEFICIENCIA
NUTRICIONAL
DEFICIENCIAS DE NUTRIENTES
Hojas viejas
Hojas nuevas
Hojas nuevas y viejas
Terminal buds
N, P, K, Mg, Mo
S, Fe, Mn, Cu
Zn
Ca, B
Manchas
necroticas
Sin manchas
necroticas
Nervaduras
verdes
Nervaduras
amarillas
K, Mo
N, P, Mg
Fe, Mn
S, Cu
Nervaduras
verdes
Nervaduras
amarillas
Mg
N
El cultivo sin suelo
LA FOTOSÍNTESIS
¿Qué es la fotosíntesis?
Es un proceso muy complejo que no se limita a la
siguiente ecuación:
CO2 + H2O + clorofila y luz → C6H12O6 +O2
Fotosíntesis es mucho más que eso e involucra
centenares de reacciones y muchos pigmentos.
Pigmentos fotosintéticos
Pigmento
Grupo de organismos
Clorofila a
Todos los eucarióticos
Clorofila b
Plantas superiores, briófitos,
helechos, euglenoides, algas
verdes y proclorófitas.
Clorofila c
Diatomitas, dinoflagelados, algas
pardas.
Clorofila d
Algas rojas y cianobacterias
Carotenoides
Todos los organismos
fotosintéticos
Ficobiliproteínas
Algas rojas y cianobacterias
Anillo de porfirina
Carotenoides
Ubicación de los pigmentos fotosintéticos
Estructura del Cloroplasto
Membrana del Tilacoides
Pigmento fotosintéticos
(oxidar el agua y formar ATP y NADPH),
Lumen del
tilacoide
Espacio
Intermembrana
Granum
(pila de
tilacoides)
Control entrada y
salida de sustancias
Las enzimas usan el CO2 para
producir carbohidratos,.
Los pigmentos se agrupan en Fotosistemas
Los fotosistemas son grupos de pigmentos y proteínas,
una de cuyas partes es una antena y la otra un centro
de reacción.
El centro de reacción de cada fotosistema contiene una
molécula específica de clorofila a, que al reibir luz se
excita y desprende un electron del Mg.
Organización del tilacoide y transferencia electrones
El electrón viaja a través de los acarreadores
dispuestos en el tilacoide
Productos de la fase luminosa
ATP
sintasa
3H+  1ATP
1NADPH  6H+  2ATP
FASE BIOQUÍMICA -
CICLO CALVIN BENSON
3 x CO2
FASE LUMINICA
FLUJO DE ELECTRONES NO CÍCLICO
Cadena de
transporte
electrónico
Fotosistema II
e-
e-
Fotosistema I
e-
eNADP+
NADPH
+ +
H H
+H
+
P
P
FIJACIÓN DEL CO2
3 x ribulosa 1,5 bifosfato
6 x 3-fosfoglicerato
6 X ATP
3 x ADP
H2O
eADP
O2
++ +
H H
P
+
+ Pi
eATP
Fotón
6 x ADP
3 x ATP
Fotón
REGENERACIÓN DEL
RECEPTOR DEL CO2
e-
e-
6 x NADPH
P
Cadena de
transporte
electrónico
+H
5 x gliceraldehido 3-fosfato
ADP
P
+ Pi
ATP
P
6 x 1,3-bifosfoglicerato
FLUJO DE ELECTRONES CÍCLICO
Fotosistema I
P
REDUCCIÓN
6 x gliceraldehido 3-fosfato
+
6 x NADP
6 x Pi
e-
Fotón
P
1 x gliceraldehido 3-fosfato
COMPUESTOS
ORGÁNICOS
La fase Bioquímica de la fotosíntesis
Andrew Benson 24 septiembre
1917-
Melvin Calvin: 8 abril
de 1911- 8 de junio de
1997.
CICLO CALVIN BENSON
CO2
CO2
FOTOSINTESIS
FOTORRESPIRACION
O2
O2
Fotorrespiración
PLANTAS CAM
Algunos factores ambientales a los que las
plantas responden
Luz
Fuerza gravitacional
Temperatura y factores
climáticos
Movimientos lunares
Contactos mecánicos
Interacciones bióticas
Usos de la luz
1- Fuente de energía: fotosíntesis
2- Producción de calor
3- Fuente de información:
Sensores de luz
• Fitocromos: luz roja y roja distante
• Criptocromos: luz azul
• Fotorreceptores de ultravioleta
Fitocromo
Control del desarrollo de las plantas:
• B- Ambiental
• A- Genético
• La expresión de muchos procesos endógenos es
producto de la interacción entre ambos factores y en
ello median las sustancias hormonales.
PRINCIPALES HORMONAS DE LAS PLANTAS
1- Auxinas
2- Giberelinas
3- Citoquininas
4- Etileno
5- Ácido absícico
6- Poliaminas
7- Brasinosteroides
8- Ácido jasmónico
9- Ácido salicílico
10- Oligosacarinas
11- Sistemina (oligopéptido de 18 aminoácidos).
¿Porqué en las plantas se discute el uso del
término hormona?
Esto es porque el término se tomó de los
animales, donde hay algunas premisas básicas:
1- Hay un sitio localizado de síntesis
2- Existe un transporte de la sustancias desde el
sitio de síntesis hasta una célula blanco o
diana.
3- El control de la respuesta fisiológica es a través
de cambios en el nivel endógeno de la
hormona.
En las plantas sucede que:
•
Cualquier órgano puede sintetizar hormonas: todas las células tienen
esa capacidad.
•
•
No necesariamente la sustancia hormonal se transporta
En las plantas es difícil encontrar células específicas que reciben las
señales.
•
La sensibilidad de los tejidos varía con la condición ambiental, edad,
estado fisiológico, estructura genética u otro.
•
•
Las proporciones entre las distintas sustancias hormonales son más
importantes que la presencia per se o la concentración individual.
•
Las sustancias hormonales de plantas actúan generalmente a
concentraciones muy bajas.
•
Ninguna hormona tiene el control exclusivo de un proceso fisiológico,
sino que existe una interacción sinergística.
ALGUNAS EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LAS
AUXINAS
•
•
•
•
•
•
Afectan la división y diferenciación celular
Estimulan el alargamiento celular
Estimulan la diferenciación vascular
Controlan el enraizamiento
Controlan la dominancia apical
Promueven el desarrollo de frutos y otros
órganos
• Estimulan la partenocarpia
• Modificación de la expresión génica
ALGUNOS EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LAS
GIBERELINAS
1- Estimulan la división y alargamiento celular
2- Control del crecimiento y alargamiento del tallo
3- Eliminan el enanismo
4- Estimulan la germinación de semillas y eliminan
letargo
5- Inducción floral
6- Control del desarrollo de los frutos
Algunos efectos de la citocininas
1- Controlan la división y el ciclo celular
2- Favorecen la expansión celular
3- Controlan la diferenciación celular y la formación de
órganos
4- En conjunto con las auxinas controlan también la
dominancia apical
5- Retrasan la senescencia celular
6- Afectan la germinación
7- Controlan el desarrollo de los cloroplastos y la síntesis
de pigmentos
8- Participan en la inducción floral
9- Controlan la expresión de muchos genes
ALGUNOS EFECTOS DEL ETILENO
1- Inhibidor del desarrollo
2- Estimula la ruptura de la testa y la actividad metabólica de las
semillas, por lo que favorece la germinación
3- Inhibe el crecimiento del tallo y la raíz
4- Induce la diferenciación radicular
5- Controla la expansión foliar
6- Promueve el alargamiento del tallo en plantas acuáticas
7- Favorece la resistencia al estrés
8- Regula abscisión de órganos
9- Estimula la maduración de los frutos
Algunos efectos del ABA
1- Incrementa la resistencia al estrés hídrico:
a- Actúa como sensor del estrés en la raíz
b- Cierre de los estomas
2- Defensa contra los patógenos
3- Defensa contra las lesiones
4- Resistencia al frío
5- Evita viviparismo en semillas y controla
desarrollo embrionario
6- Inhibe el desarrollo vegetativo
7- Favorece la abscisión: estimula la síntesis de
etileno
Recuerde
• Las plantas tienen una enorme versatilidad y
son muchos los factores que controlan su
crecimiento y modulan la expresión de los
genes.
• Son sésiles y deben adaptarse al ambiente
donde crecen.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN