Biología Vegetal 2ª Parte: El transporte en las plantas angiospermas Tema 4 de Biología NS Diploma BI Curso 2012-2014 Opción Evolución 1/48
Antes de comenzar Pregunta guía Cómo una sequoia de 100 m de altura, hacer llegar el agua desde la raíz hasta las hojas? Conocimientos previos
Superficie de absorción radicular El sistema radicular proporciona una gran superficie para la absorción de iones minerales y agua mediante la ramificación y los pelos radiculares. Las raíces más superficiales proveen anclaje y recogen el agua o los nutrientes próximos a la superficie del suelo. El sistema de ramificación radicular maximiza el área superficial para la absorción. Las raíces más superficiales profundizan en el suelo para absorber agua e iones minerales. Los pelos radiculares incrementan más todavía el área superficial para la absorción. Pelos radiculares Raíz Web plantandsoil.unl.edu
Paso del suelo a la raíz El agua y los iones minerales deben primero llegar a las raíces para que puedan ser absorbidos. Hay 3 formas formas mediante las cuales los iones minerales presentes en el suelo pasan a la raíz: 1. Difusión de iones minerales 3. Flujo de agua A medida que los minerales son absorbidos, un pequeño gradiente de concentración se genera, difundiendo los iones minerales lentamente hacia la raíz. 2. Hifas de hongos (mutualismo) A medida que el agua fluye a través del suelo, transporta minerales disueltos. Un gradiente de presión hidrostática se genera por la toma de agua en las raíces, siendo el agua y los solutos literalmente chupados. Existe un tipo de relación de mutualismo entre algunas plantas y hongos. El hongo produce un micelio, alrededor de las raíces de la planta (micorriza), que ayuda a incrementar la concentración de iones minerales (fosfatos y nitratos). En compensación, el hongo recibe azúcares de la planta.
Absorción radicular: Transporte activo En los pelos radiculares los iones minerales son absorbidos por transporte activo (con gasto de energía). Iones Cationes Aniones Carga positiva: Por antiporte usando una bomba de protones Carga negativa: Por simporte con iones H + arcilla Intercambio iónico (antiporte) Simporte Las células de los pelos radiculares poseen abundantes mitocondrias (ATP) y proteínas transportadoras/bombas de iones en su membrana.
Absorción mediante intercambio iónico (cationes) Las partículas de arcilla en el suelo están cargadas negativamente. Los cationes son facilmente absorbidos en el suelo y retenidos por las partículas con carga negativa. Una bomba de protones saca H + desde los pelos radiculares al exterior (suelo). Los H + reemplazan a los cationes como el K +. Los cationes son absorbidos hacia el interior del pelo radicular siguiendo el gradiente electroquímico. Pasan a través de un canal iónico. arcilla Los cationes son sustituidos por H +
Absorción mediante simporte (aniones) Un gradiente elecroquímico es generado por la bomba de protones: El interior del pelo radicular llega a tener más carga negativa que el exterior. Los aniones (como el nitrato) no pueden difundir siguiendo el gradiente electroquímico, ya que también están cargados negativamente. En su lugar, la energía del gradiente de H + es usado para transportar activamente los aniones al interior del pelo radicular, en un proceso denominado simporte.
Sostenimiento vegetal Las plantas terrestres se sostienen a sí mismas gracias a las capas engrosadas de celulosa, a la turgencia celular y al xilema lignificado. Cerca de los límites externos del tallo, el grosor de la celulosa de la pared celular es mayor en relación al tamaño celular, aportando rigidez al tallo. Lignina Polímero, no polisacárido, más abundante en la pared celular de los vegetales. El agua es transportada desde la raíz al resto de la planta a través de los vasos de xilema. Para añadir soporte, anillos de lignina están presentes de forma periódica a lo largo de la longitud del tallo. Al haber muchos vasos de xilema lignificados, el soporte resultante es grande. Célula flácida baja presión hidrostática planta marchita Célula turgente Alta presión hidrostática Planta turgente Web www.kscience.co.uk
Transpiración: Propiedades del agua Concepto: La transpiración es la pérdida de vapor de agua por las hojas y tallos de la planta. Para entenderla hay que conocer la cohesividad, adhesión y potencial hídrico del agua. Una de las propiedades de la molécula de agua es su elevada cohesión, debida a la atracción electrostática por su caracter dipolar. Por otro lado, el movimiento de las moléculas de agua en estado líquido depende de su energía libre (fracción de la energía total que puede transformarse en trabajo). El potencial hídrico (Ψ) es la magnitud más empleada para expresar y medir el estado de energía libre del agua. El agua se mueve de forma espontánea siguiendo un gradiente de potencial hídrico, moviéndose de mayor a menor potencial hídrico. La adhesión hace referencia a la capacidad del agua, debido a su polaridad, de interactuar con las moléculas que forman las paredes del xilema.
Transpiración Los vasos de xilema transportan el agua a lo largo de la planta desde la raíz, donde entra por ósmosis. Cuando el agua llega al mesófilo de la hoja es calentada por los rayos solares, llegando a evaporarse y transpirar a través de los poros de los estomas. Cutícula Epidermis superior Evaporación Mesófilo Espacio de aire Epidermis inferior Cutícula CO 2 O Xilema 2 CO 2 O 2 Estoma A medida que el agua va perdiéndose por transpiración en la hoja, el potencial hídrico disminuye, generándose un gradiente de potencial que succiona (tensión) de las moléculas de agua en el xilema, haciendo llegar más agua al interior de la hoja desde el suelo, donde el potencil hídrico es mayor. La cohesión de las moléculas de agua hace que el arrastre por transpiración tenga repercusión en toda la planta.
Transpiración: teoría tensión-cohesión El 90% del agua que absorbe una planta por la raíz se pierde por transpiración. Mayores tasas de transpiración permiten una corriente de transpiración mayor y por tanto, una mayor tasa de toma de agua. Esta teoría es conocida como la teoría de la tensión-cohesión, que mantiene: La eliminación de una molécula de agua por transpiración genera una presión inferior a la atmosférica en las células de la hoja, que induce el ingreso de otra molécula de agua desde el tejido vascular, la cual, por la propiedad cohesiva del agua y gracias a su adhesión al xilema, arrastra con ella una cadena de moléculas de agua que se extiende desde las células de la raíz hasta la parte superior de la planta.
Transpiración: estructura vasos de xilema Los vasos de xilema poseen dos tipos de células de conducción: traqueidas y elementos de vaso. Ambos tipos son células muertas huecas sin citoplasma, donde solo quedan sus gruesas paredes lignificadas. Las traqueidas son afiladas en ambos extremos y poseen punteaduras que permiten el paso de agua de una célula a otra, mientras que los elementos de vasos, son más largos y tubulares, con placas de perforación en sus paredes terminales.
Transpiración: estructura vasos de xilema La transpiración tiene lugar a través de los vasos de xilema. Web biology.ualberta.ca flujo unidireccional agua pared lignina Las punteaduras entre los vasos de xilema permite el movimiento lateral del agua y los iones. El movimiento ascendente a través del xilema se debe a la tensión generada por la corriente de transpiración, donde la cohesión entre las moléculas de agua permite que el agua pueda ser succionada. La adhesión es la atracción entre las moléculas de agua y la celulosa de la pared vegetal.
Regulación de la transpiración: estomas Las células oclusivas pueden regular la transpiración abriendo y cerrando los estomas. Estoma cerrado: poca entrada de CO 2 y poca pérdida de agua baja presión en el citoplasma células de guarda flácidas Estoma abierto: Mucha entrada de CO 2 y gran pérdida de agua alta presión en el citoplasma células de guarda turgentes Los estomas se abren por: - Luz (fotosíntesis). - Concentración reducida de CO 2. Los estomas se cierran por: - Escasez de agua: se produce la hormona ácido absícico (ABA) para forzar el cierre de los mismos y evitar la deshidratación. - oscuridad.
Regulación de la transpiración: factores abióticos
Regulación de la transpiración: factores abióticos
Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas
Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas
Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas Una gruesa cutícula cérea evita la pérdida de agua a través de las células de tanto la epidermis superior como inferior. Si una célula epidérmica no tiene cutícula, el agua se perderá rápidamente ya que la pared de celulosa no constituye una barrera para la pérdida de agua. Un menor número de estomas conlleva una menor pérdida de agua, al reducirse la posibilidad de que ésta se pierda.
Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas Marran grass habita en ecosistemas dunares, siendo capaces de tolerar la escasés de agua debido a la pobre retención de agua que posee la arena y a los efectos desecadores del viento. La gruesa epidermis superior se enrolla, dejando a los estomas en un espacio cerrado no expuestos al aire. Las hojas se reducen a espinas, por lo que el tallo se convierte en el principal tejido fotosintético y acumula grandes cantidades de agua. Los estomas están en fosas que mantienen una capa de humedad que reduce la pérdida de agua por evaporación. Los pelos en la superficie interna permiten retener el vapor de agua evitando su pérdida a través de los estomas.
Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas
Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas
Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas Animación1
Adaptaciones para reducir la transpiración: Xerofitas
Translocación activa en el floema Web Campbell
Translocación activa en el floema
Translocación activa en el floema
Translocación activa: estructura vasos de floema Los tubos cribosos de floema constituyen una columna vertical continua formada por células vivas. El floema posee dos tipos de células de conducción: los elementos del tubo criboso y las células acompañantes. Los elementos del tubo criboso poseen una placa cribosa en sus paredes terminales, y carecen de núcleo en la madurez, asociándose habitualmente a células acompañantes, que sí tienen núcleo. Video Resumen Santillana
Translocación activa en el floema Web Whfreeman.com Animación2