UNIDAD II ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA VEGETAL

Transcripción

1 UNIDAD II ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA VEGETAL COMPETENCIAS E INDICADORES DE DESEMPEÑO Identifica los órganos encargados, mecanismos y factores que influyen en el intercambio gaseoso y producción de energía en los vegetales. Describe y explica la reproducción sexual y asexual en diferentes clases de plantas. Diferencia la acción de las fitohormonas en las plantas. LA ESTRUCTURA DE LAS PLANTAS TERRESTRES La Botánica es la ciencia que estudia los componentes y las características de los constituyentes del mundo vegetal. En este Reino se incluyen todos aquellos organismos vivos que tienen una característica fundamental en común. Esta característica los diferencia del resto de los reinos de la naturaleza: la capacidad de realizar la fotosíntesis. La clasificación del Reino Vegetal es muy compleja, así como la descripción de los principales grupos y aspectos que la constituyen. Al ser seres vivos realizan las funciones vitales que caracterizan a todo ser vivo: nutrición, relación y reproducción. Aunque algunas de estas funciones son menos espectaculares que las que podemos encontrar en representantes de otros reinos, los vegetales poseen características que los hacen interesantísimos, sobre todo si tenemos en cuenta que suponen el escalón más importante y básico de todo ecosistema. Los vegetales son los seres productores. Aportan alimento al resto de los seres vivos y determinan el nivel productor de cualquier bioma. Observe estas imágenes: 1. Sabe distinguir un briófito? 2. Cuál es un alga diatomea? 3. Cuál es, además de fotosintético, carnívoro? 4. Cuál es la imagen que define el grupo de algas rodofitas? 5. Qué imagen define perfectamente una planta vascular? 1

2 6. Qué imagen define a un vegetal espermatofito del grupo de las angiospermas? EXTRAÍDO DE: Las plantas cormófitas son los vegetales que ya han colonizado a la perfección el medio terrestre, y por esto su estructura presenta una organización más sofisticada y precisa que en los musgos. Esta organización es el CORMO. En la estructura del cormo se diferencian: raíz, tallo y hojas. Son los órganos vegetativos para la realización de las funciones de nutrición y relación. La raíz Es un órgano que crece hacia el suelo. Suele existir una raíz principal y otras que salen de ella, secundarias. Existe una zona con pelos absorbentes (zona pilífera). Hay varios tipos: axonomorfa (raíz principal distinta de las secundarias), y fasciculada (raíz principal no se diferencia de las secundarias). El tallo Es el órgano aéreo que sostiene las hojas, flores y frutos. Tiene engrosamientos de donde salen las hojas (nudos) y espacios entre ellos sin hojas (entrenudos). También poseen yemas, en el extremo para el crecimiento (yemas terminales) y en los laterales para formar las ramas (yemas axilares). Por su interior circulan los vasos conductores que llevan la savia. Los tallos pueden ser herbáceos (blandos y verdes), leñosos (resistentes y no verdes). Pueden ser árboles (con tronco principal y ramas) y arbustos (ramificados desde la base). El estipe es un tipo de tallo leñoso sin ramas y con hojas en la punta del tallo. También existen tallos subterráneos, como los bulbos y los tubérculos. 2

3 Las hojas Son órganos verdes, generalmente laminares, que salen del tallo y de las ramas y que tienen la misión de alimentar al vegetal mediante la nutrición autótrofa: fotosíntesis. Constan de la lámina plana (limbo), el rabillo que la une al tallo (pecíolo), los vasos conductores (nervios) y los poros por donde se intercambian los gases (estomas). El limbo tiene haz (cara superior) y envés (cara inferior). Las hojas pueden tener y presentar aspectos muy variables, y se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios: número de limbos (simples o compuestas); forma del limbo (aciculares, acorazonadas, ovaladas, redondeadas, lineares); por el borde del limbo (enteras, serradas, dentadas, onduladas, hendidas o partidas); por la forma y disposición de los nervios (uninervias, palmatinervias, con forma de palma de una mano), penninervias (con un nervio principal, y de ahí salen los secundarios); por su inserción en el tallo (alternas, si en cada nudo hay una hoja, y opuestas, si de cada nudo salen de dos en dos una a cada lado). EXTRAÍDO DE: PROCESOS DE TRANSPORTE EN LAS PLANTAS La nutrición vegetal Para construir, renovar sus estructuras y realizar todos los procesos vitales, los seres vivos necesitan materia y energía. Se denomina nutrición al conjunto de procesos implicados precisamente en el intercambio de materia y energía de un ser vivo con el medio que le rodea. 3

4 Los vegetales son seres vivos de nutrición autótrofa y fotosintética. Se denominan autótrofos porque son capaces de transformar en materia orgánica la inorgánica del medio, y fotosintéticos porque para esto obtienen la energía de la luz solar. Los procesos de la nutrición son: la absorción de los nutrientes, el intercambio de gases (oxígeno y dióxido de carbono), el transporte de nutrientes por todo el organismo, el catabolismo (degradación de las moléculas en otras más sencillas con obtención de energía) y la excreción de sustancias tóxicas producidas durante el metabolismo celular. La captación de nutrientes en vegetales, su transporte La incorporación de nutrientes en los vegetales se realiza de forma diferente, según sea un vegetal de organización talofítica o cormofítica. Los de organización talofítica toman los nutrientes directamente del medio a través de la membrana de sus células, por lo que no tienen, ni necesitan, órganos de absorción y de transporte. Los de organización cormofítica sí presentan estructuras especialmente adaptadas para la absorción y el transporte en el medio terrestre. Estas estructuras son: Raíz: subterránea (normalmente) a través de la cual obtienen agua y sales disueltas. Tallo: estructura por la cual transportan el agua y las sales minerales desde la raíz a las hojas, y los productos de la fotosíntesis desde las hojas a la raíz, y al resto del vegetal. 4

5 Hojas: es el lugar donde los compuestos inorgánicos se transforman en orgánicos. Esta función la realizan transformando la energía de la luz en energía química de enlace. En el interior de estas estructuras se localiza el sistema vascular. Está formado por vasos conductores, que forman el xilema y el floema y transportan sustancias necesarias para la nutrición. La incorporación del agua y las sales minerales se realiza por las raíces, a través de los pelos radicales (radiculares). Estas estructuras aumentan considerablemente la superficie de contacto de la raíz con el suelo. Son evaginaciones de la epidermis. El agua penetra en la raíz por ósmosis. Este fenómeno se produce porque en el interior de la raíz existe más concentración de solutos que en el exterior. El agua llega así, circulando hasta los conductos leñosos. Las sales minerales requieren energía para penetrar en la raíz, por tanto su transporte es activo. Se realiza en contra de gradiente de concentración. Existen unas proteínas en la propia membrana que permiten el paso de sales, que se absorben en forma de iones. 5

6 El conjunto de agua y sales minerales que han llegado hasta el xilema se denomina savia bruta. Esta savia es transportada por los vasos leñosos hasta las hojas, donde se utiliza en la fotosíntesis. EXTRAÍDO DE: La importancia de la fotosíntesis La fotosíntesis se realiza en los cloroplastos, donde se encuentran los pigmentos capaces de captar y absorber la energía luminosa procedente del Sol. Estos pigmentos son: clorofila (verde), xantofila (amarillo) y carotinoides (anaranjados). Se trata de uno de los procesos anabólicos más importantes de la naturaleza, ya que la materia orgánica sintetizada en su transcurso permite la realización del mismo. En este: Se transforma materia inorgánica en orgánica: a partir de la fuente de carbono del dióxido de carbono del aire. Fase oscura. Se transforma la energía luminosa en química: que es usada por todos los seres vivos. Los vegetales son el primer y único eslabón productor de la cadena trófica. Fase luminosa. El oxígeno se libera como producto residual, y lo usan la mayor parte de los organismos para la respiración celular. EXTRAÍDO DE: El intercambio de gases: las plantas necesitan oxígeno atmosférico para respirar, para realizar su metabolismo respiratorio. También necesitan dióxido de carbono para la fotosíntesis, tomando de esa fuente el carbono necesario para construir sus propias moléculas orgánicas. Para permitir la entrada y salida de estos gases, la planta presenta una serie de estructuras muy especializadas: Los estomas: son la vía más importante de entrada de gases en la planta. Una vez que han entrado estos gases, se disuelven en agua y se transportan hacia cualquier parte del vegetal por el floema. Los pelos radicales: por estos entran los gases disueltos en agua, que se absorben del suelo. Las lenticelas: son las aberturas de las paredes de los tallos leñosos. 6

7 EXTRAÍDO DE: Cómo se abren y cierran los estomas? Los estomas se abren o se cierran en función de la urgencia de las células oclusivas que lo forman. Si se hinchan, porque reciben agua de las células adyacentes, el estoma se abre, al combarse sus paredes celulares, con lo que los gases entran o salen por el ostiolo. Si, por el contrario, las células adyacentes absorben el agua de las oclusivas y estas, en definitiva, pierden agua, se vuelven flácidas y el estoma se cierra, obstruyendo la salida y entrada de gases. EXTRAÍDO DE: 7

8 Relación entre fotosíntesis y respiración celular Los vegetales son organismos autótrofos, por tanto utilizan la energía luminosa para la formación de materia orgánica a partir de inorgánica (fotosíntesis). Para el resto de las actividades del vegetal (crecimiento, floración, fructificación, etc.) necesitan energía química procedente de la respiración celular (igual que los animales). Esta materia orgánica de la que hablamos, está compuesta fundamentalmente de azúcares procedentes de la fotosíntesis. La respiración celular es independiente a la presencia o no de luz. En esta se consume oxígeno, durante las 24 horas del día, al contrario de lo que sucede en la fotosíntesis, en la que el oxígeno se desprende en la fase luminosa, es decir, durante el día. En la fotosíntesis se fija dióxido de carbono y se desprende oxígeno. En la respiración se consume oxígeno y se desprende dióxido de carbono, liberándose energía. EXTRAÍDO DE: La excreción en vegetales En los vegetales no existe una excreción propiamente dicha. No tienen, por tanto, estructuras especializadas para realizar esta función. Como su tasa metabólica es menor que la de los animales, la cantidad de sustancias de desecho es muy baja. Además, algunos de estos productos son reutilizados en procesos anabólicos: concretamente el agua y el dióxido de carbono se pueden emplear para realizar la fotosíntesis. Los pocos desechos producidos no siempre salen al exterior. Se pueden acumular en vacuolas o espacios intercelulares. Las sustancias de desecho pueden ser gaseosas, sólidas o líquidas: Sólidas: pueden ser cristales de oxalato cálcico. Líquidas: aceites esenciales (menta, lavanda, eucaliptus), resinas, látex (caucho), etc. Gaseosas: dióxido de carbono y etileno (gas de los frutos maduros). EXTRAÍDO DE: 8

9 REPRODUCCIÓN Y DESARROLLO EN LAS PLANTAS La reproducción sexual y asexual. Los ciclos biológicos en vegetales La reproducción asexual en vegetales En la reproducción asexual no intervienen gametos. De un solo individuo se separa una unidad reproductora, constituida por una célula o grupo de células, que dan lugar, tras su desarrollo, a un duplicado del progenitor. A partir de un solo individuo se pueden formar gran cantidad de descendientes, que son idénticos entre sí e idénticos a su progenitor. No existen combinaciones genéticas porque no hay mezcla ni unión de gametos. En vegetales las modalidades más frecuentes de reproducción asexual son: Regeneración: a partir de un pequeño fragmento del vegetal se puede reproducir un vegetal completo. A partir de raíces, tallos o yemas, se puede reproducir la planta completa (esquejes, un trozo de patata con ojos, un bulbo (ajo), un estolón). Escisión o fragmentación: a partir de la rotura espontánea del organismo progenitor en dos o más fragmentos. Cada uno de estos da lugar a un individuo completo (algas filamentosas). 9

10 Esporulación: divisiones sucesivas del núcleo de una célula materna. Luego el núcleo se rodea de una pequeña porción de citoplasma y se aísla por una membrana dentro de la célula madre. Finalmente, se liberan las células hijas, llamadas esporas, al romperse la membrana de la célula madre. Este proceso se da en todos los vegetales en algún momento de su ciclo vital. EXTRAÍDO DE: Reproducción sexual La mayoría de los vegetales, al igual que el resto de los seres pluricelulares, se reproducen de forma sexual. También existen muchos que alternan ambas formas de reproducción a lo largo de su ciclo de vida. En la reproducción sexual, los descendientes tienen características diferentes a los progenitores, gracias a: La formación de los gametos: células especializadas que son el vehículo de transporte de la información genética. Son haploides porque se forman a partir de una división reduccional: la meiosis. La formación del cigoto: cuando se unen los gametos y se funden sus núcleos se genera una célula diploide de nuevo, con características de los dos progenitores. El desarrollo del cigoto: que se divide por mitosis sucesivas, con las nuevas instrucciones genéticas del nuevo núcleo. 10

11 Los gametos que intervienen en una fecundación pueden ser iguales (isogamia) o diferentes (anisogamia). En los vegetales lo frecuente es la anisogamia. Existe un gameto llamado femenino y uno llamado masculino. El femenino es grande e inmóvil, y el masculino pequeño y móvil. El femenino se llama óvulo y el masculino anterozoide (espermatozoide en animales). Estos gametos se forman en gametangios. Las especies vegetales, al igual que las animales, pueden ser: Unisexuales o dioicas (existen dos tipos de individuos diferentes, cada uno de sexo distinto). Monoicas o hermafroditas (el mismo individuo tiene los dos sexos y produce los dos tipos de gametos). En este último caso no se suele dar la autofecundación y los órganos suelen madurar en momentos diferentes. Lo más frecuente es la fecundación cruzada. En esta los dos individuos hermafroditas se fecundan mutuamente. EXTRAÍDO DE: Los ciclos biológicos Según el momento en el que se produce la meiosis (división reduccional de cromosomas) se distinguen tres tipos de ciclos biológicos: a. Ciclo haplonte Presente en algas unicelulares. Estos organismos presentan dotación cromosómica haploide. La meiosis se produce inmediatamente después de la fecundación. 11

12 b. Ciclo diplonte Presente en algas pluricelulares. Propia de organismos diploides. La meiosis se produce al formarse los gametos. El cigoto es diploide y el adulto también. c. Ciclo diplohaplonte Presente en vegetales, musgos, helechos y plantas con semillas. Presentan ciclo con alternancia de fases o generaciones. Existen individuos haploides y otros diploides. La meiosis se produce al formarse las esporas. La fase diploide es la esporofítica, un tipo de individuo produce por meiosis esporas. Estas esporas dan lugar a un adulto haploide llamado gametofito, en el que se forman los gametos haploides. Tras la fecundación se produce un cigoto diploide que origina una nueva fase esporofítica. 12

13 La evolución del ciclo biológico en las plantas El reino de las plantas incluye, además de los espermatófitos (plantas con semilla) y consideradas las más evolucionadas, los helechos (pteridófitas) y los musgos (briófitas), plantas de características más primitivas. La evolución de las plantas guarda una estrecha relación con la evolución de sus ciclos biológicos diplohaplontes. En estos ciclos se observa una continua y progresiva disminución y regresión de las fases gametofíticas haploides (que es dominante en musgos) y que prácticamente llegan a desaparecer en las espermatofitas en beneficio de la fase diploide. La dotación cromosómica diploide aumenta la estabilidad genética de los individuos, porque cada carácter tendrá dos genes que lo guarden. La evolución ha seleccionado la fase diploide cada vez más larga y de mayor importancia. EXTRAÍDO DE: La reproducción en las espermafitas Las plantas con semilla, o espermafitas, presentan órganos reproductores que se localizan en una parte concreta de la planta, en la flor. Es en esta donde, después de la fecundación, se produce la semilla. Esta estructura diploide ha sido la responsable del gran éxito evolutivo de los vegetales que la poseen: espermatófitos. En angiospermas la estructura de reproducción de estos vegetales espermatófitos verdaderos es la flor. Está formada por un conjunto de hojas muy modificadas y agrupadas en capas concéntricas llamadas verticilos florales. Una flor puede tener, si es completa, los siguientes verticilos florales: Pedúnculo floral: une la flor al tallo. En el extremo se ensancha dando el receptáculo donde se insertan las piezas de la flor y los nectarios (glándulas que producen néctar). Periantio: que es la envoltura de la flor. Formado por los sépalos (que forman el cáliz) y los pétalos (que forman la corola). Esta última sirve para atraer a los insectos y facilitar la polinización. Órganos sexuales: protegidos por el periantio. Presenta los órganos sexuales masculinos o estambres (formados por el filamento y la antera) y cuyo conjunto forma el androceo y los órganos sexuales femeninos o carpelos (formados por el ovario, el estilo y el estigma) y cuyo conjunto forma el gineceo. 13

14 Para que se produzca la fecundación se deben unir los granos de polen fabricados en las anteras de los estambres con los óvulos u oosferas contenidos en los ovarios de los carpelos femeninos. El grano de polen contiene dos núcleos espermáticos. Este grano de polen llegará al estigma del carpelo y atravesará el estilo, hasta llegar al óvulo. Según la procedencia del polen, podrá darse la autopolinización (procedente de la misma planta) aunque este suceso no es frecuente, y la polinización cruzada (el polen y el óvulo están en distinto pie de planta). Cómo llega el grano de polen hasta el estigma de la parte femenina de la planta, depende del tipo de polinización y de las características del propio grano de polen: por el aire (anemófila) y por los insectos (entomófila). Tras la fecundación aparece una semilla que encierra en su interior al embrión. Esta semilla, en angiospermas, queda encerrada en su fruto, que se produce por la transformación del ovario del carpelo. Al germinar, de la semilla saldrá un pequeño vegetal con un eje verde del que podrán salir una (monocotiledónea) o dos (dicotiledóneas) hojitas verdes (cotiledones) que empiezan a realizar la fotosíntesis. EXTRAÍDO DE: 14

15 RESPUESTA DE LAS PLANTAS AL AMBIENTE La coordinación vegetal. Hormonas y movimientos Los movimientos vegetales Las plantas son capaces de percibir los cambios ambientales que actúan como estímulos externos, y reaccionar frente a estos. Como la movilidad de la planta es muy reducida, la respuesta ante estos estímulos no origina desplazamiento, sino un tipo u otro de movimiento. Estas respuestas pueden ser: tropismos: movimientos de crecimiento del vegetal en los que varía la orientación de la planta. Pueden ser negativos: cuando la planta se aleja del estímulo, y positivos si esta se acerca al estímulo. Los principales son fototropismo: movimientos hacia o en contra de la luz, y geotropismo: movimientos en contra o hacia el suelo. Además existen las nastias: movimientos pasajeros de determinadas zonas del vegetal. Fotonastias: hacia o en contra de la luz. Sismonastias: estímulos ligados al contacto del vegetal con algo, o a su sacudida. EXTRAÍDO DE: Las hormonas en vegetales Las hormonas vegetales se denominan fitohormonas, y se producen en las células de secreción que no forman glándulas. Controlan el crecimiento y desarrollo del vegetal. Existen hormonas que activan los procesos de crecimiento, floración, yemas apicales, crecimiento celular en los meristemos, formación de raíces en los esquejes (auxinas); que hacen germinar las semillas e inducen a la formación de flores y frutos (giberelinas); que retardan la caída de la hoja y el envejecimiento, e inducen a la diferenciación celular y formación de nuevos tejidos (citoquininas); que provocan el cierre de los estomas cuando hay sequía, o inhiben el crecimiento del vegetal en momentos de crisis, produciendo una especie de letargo (ácido abscísico) y, por último, que facilitan la maduración de los frutos y la degradación de la clorofila, haciendo caer las hojas (etileno). 15

16 Las auxinas y giberelinas se encuentran y fabrican en los meristemos apicales, y de ahí van a las zonas de ramificación y a todos los órganos del vegetal. Las citoquininas se sintetizan en el ápice de las raíces y circulan por el xilema hasta el tallo. El ácido abscísico se sintetiza en las hojas y discurre por el floema hasta los meristemos apicales. Se le denomina hormona del estrés porque somete a cambios a los tejidos que se encuentran en condiciones ambientales extremas. El etileno es un gas que fabrican todos los tejidos de las espermafitas. EXTRAÍDO DE: BIBLIOGRAFÍA Sugerida para esta Unidad y desarrollo de la guía: Libro: La vida en la Tierra Editorial Prentice Hall Libro: Biología Helena Curtis Editorial Médica Panamericana 16