Procesos Fundamentales de la Fisiología Vegetal: Nutrición, Transporte y Reproducción

La Fotosíntesis y su Dinámica

La fotosíntesis es el proceso clave de la nutrición autótrofa. Las plantas fabrican su propio alimento, por lo que son organismos autótrofos, pero también lo utilizan para obtener energía mediante la respiración celular. Ambas reacciones forman parte del metabolismo de los vegetales.

Ecuación química: 6CO₂ + 6H₂O + LUZ → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

La fotosíntesis convierte la materia inorgánica en orgánica, transforma la energía luminosa en energía química y libera oxígeno. La RubisCO (Ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa-oxigenasa) es la enzima principal en el anabolismo vegetal y es fundamental para la fotosíntesis. También es la fijadora principal de carbono inorgánico (CO₂) en carbono orgánico (C₆H₁₂O₆).

• Cuando la RubisCO actúa como carboxilasa, aumenta la afinidad por el CO₂ y este se fija en los centros activos de la enzima, dando lugar a la fotosíntesis.
• Cuando actúa como oxigenasa, aumenta la afinidad por el O₂, que se une a los centros activos de la enzima, provocando la fotorrespiración (proceso que consume ATP).

Ecuación de la respiración celular: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ENERGÍA

Factores que afectan a la fotosíntesis

Los factores principales son la luz, la temperatura, el CO₂ y el agua.

• Gráfica 1 (una línea): La intensidad fotosintética aumenta casi exponencialmente porque la alta disponibilidad de CO₂ hace que este se una a los sitios activos de la RubisCO en los cloroplastos. Cuando los sitios activos de la enzima están ocupados por CO₂ (unidos al sustrato), la enzima se satura y trabaja a su velocidad máxima.
• Gráfica 2 (dos líneas): La intensidad fotosintética de una planta será mayor cuanto menor sea la proporción relativa de O₂ frente a CO₂. El rendimiento fotosintético aumenta porque, a menor concentración de oxígeno, hay menos posibilidad de fotorrespiración.

Transporte de Sustancias en las Plantas

Las plantas necesitan transportar sustancias porque la raíz absorbe agua y sales minerales, mientras que las hojas producen materia orgánica mediante la fotosíntesis. Los helechos y las plantas con semillas tienen un sistema de transporte especializado y cuentan con dos tipos de células: autótrofas (realizan la fotosíntesis) y heterótrofas (no realizan la fotosíntesis).

Existen dos vías de transporte principales:

• Savia bruta: Transporta agua con sales minerales desde las raíces hasta las hojas a través de los vasos leñosos o xilema.
• Savia elaborada: Transporta agua con sustancias orgánicas desde las hojas al resto de la planta a través de los vasos cribosos o floema.

Conclusión: Las plantas presentan un sistema de transporte formado por el xilema y el floema, que permiten el movimiento de la savia bruta y la savia elaborada.

Movimiento de la savia bruta (Xilema)

Se desplaza basándose en la teoría de cohesión-tensión:

1. La absorción: El agua en los pelos radicales genera una presión denominada presión radicular, que impulsa el agua hacia arriba (aunque no es suficiente para llevarla hasta las hojas).
2. La transpiración: La pérdida de agua por los estomas de las hojas disminuye la presión en el interior de la hoja, generando una presión ascendente que favorece el ascenso de la savia bruta por los tubos huecos del xilema. Este es el mecanismo más importante.
3. Cohesión-adhesión: La cohesión mantiene las moléculas de agua unidas mediante puentes de hidrógeno, mientras que la adhesión permite que el agua se pegue a las paredes del conducto (capilaridad). Esto forma una columna continua de agua.

El xilema presenta cuatro tipos celulares:

• Elementos de los vasos o tráqueas.
• Traqueidas: Junto con las tráqueas, constituyen los elementos conductores.
• Células parenquimáticas: Funcionan para el almacenamiento o comunicación.
• Células de sostén: Fibras de esclerénquima y esclereidas.

Movimiento de la savia elaborada (Floema)

Durante la fotosíntesis, la savia bruta se transforma en savia elaborada, la cual se transporta por el floema. Este tejido está formado por:

• Elementos conductores: Tubos o elementos cribosos y células cribosas (células vivas, sin núcleo, con pared primaria engrosada con depósitos de calosa).
• Elementos no conductores: Células parenquimáticas (siendo las más abundantes las células acompañantes) y células de soporte (fibras de esclerénquima y esclereidas).

El movimiento por el floema se llama translocación y se explica mediante la hipótesis de la corriente a presión: el flujo se debe a la diferencia de presión entre las zonas fuente (hojas) y los sumideros (zonas de destino).

En las zonas fuente, la sacarosa entra por transporte activo a las células acompañantes y, a través de los plasmodesmos, llega al tubo criboso. La alta concentración de sacarosa disminuye el potencial hídrico, haciendo que el agua entre por ósmosis desde el xilema, aumentando la presión interna y desplazando la savia hacia los sumideros. Allí, la sacarosa se retira por transporte activo, el potencial hídrico aumenta y el agua sale por ósmosis, reduciendo la presión y manteniendo el flujo continuo.

Incorporación de Nutrientes en las Plantas

Es importante distinguir entre alimento (sustancias que toman los organismos) y nutriente (sustancias que toman las células y que componen los alimentos).

Absorción de agua y sales minerales

Se realiza principalmente en las raíces, específicamente en los pelos radicales. Las sales minerales entran por transporte activo (con gasto de energía y proteínas transportadoras), mientras que el agua entra por ósmosis.

• Musgos: Absorción por la superficie de cualquier célula, sin órganos especializados.
• Plantas vasculares: Utilizan raíces con pelos radicales. El transporte puede ser por vía simplástica (a través del citoplasma) o vía apoplástica (por las paredes celulares, bloqueada eventualmente por la banda de Caspary).

Intercambio gaseoso

Las células autótrofas requieren O₂ para respirar y CO₂ para la fotosíntesis; las heterótrofas solo requieren O₂. Al no tener un aparato respiratorio complejo, los gases se difunden de célula a célula.

• En musgos, el intercambio es directo por la superficie.
• En plantas superiores, la superficie está cutinizada para evitar la desecación, por lo que usan estomas, lenticelas o pelos radicales.
• Factores influyentes: Concentración de iones K⁺, temperatura, humedad, estado hídrico, luz y niveles de CO₂.

Captación de luz

Realizada por la clorofila en los cloroplastos. Se localiza en:

• Espermatofitas: Hojas.
• Musgos: Filidios y caulidios.
• Pteridofitas: Frondes.

El Fruto y la Reproducción Sexual

El fruto

• Gimnospermas: Carecen de fruto verdadero. Sus semillas pueden estar protegidas por escamas duras formando conos o estróbilos (pseudofrutos).
• Angiospermas: El carpelo se desarrolla para proteger la semilla, dando lugar al fruto.

Según su consistencia:

• Carnosos: Pericarpio jugoso (tomate, manzana).
• Secos: Paredes del ovario endurecidas. Se dividen en:
  • Dehiscentes: Se abren al madurar (legumbres).
  • Indehiscentes: No se abren espontáneamente (bellota, nuez).

La Reproducción Sexual de las Espermatofitas

Aparecen en el periodo Carbonífero. Las flores son hojas transformadas (brácteas) que protegen los órganos sexuales. El transporte de gametos ocurre por polinización (aire, insectos o animales).

La flor de las angiospermas consta de:

• Androceo: Parte masculina (estambres con filamento, antera y sacos polínicos).
• Periantio: Parte estéril (cáliz de sépalos y corola de pétalos).
• Gineceo: Parte femenina (carpelo con ovario, óvulos, estilo y estigma).