1. Función de nutrición en las plantas
1.1 La absorción del agua y las sales minerales
La absorción del agua y las sales minerales se hace a través de las raíces, que poseen en su epidermis unas células especializadas en la absorción llamadas pelos absorbentes. Estos presentan una evaginación o repliegue externo de su membrana plasmática, que aumenta la superficie de absorción. Una sola planta puede tener miles de millones de pelos absorbentes en su raíz.
Tras penetrar en las células epidérmicas, el agua y las sales minerales van pasando por los espacios intercelulares y las células de la raíz hasta alcanzar el xilema, desde donde comienza el ascenso por el tallo.
Al conjunto formado por el agua y las sales minerales que han penetrado en la planta se le llama savia bruta, ya que aún no ha sido procesada.
Las plantas NO tienen una bomba que empuje a la savia bruta como el corazón de los animales pero esta tiene que subir, contra la gravedad, desde las raíces hasta las hojas de la planta.
Esto se debe fundamentalmente a dos procesos:
a) Transpiración en las hojas; el agua se evapora en las hojas por los estomas. Esto genera un "vacío" (como en una jeringuilla o en una pajita cuando sorbemos o cuando aspiramos de una manguera para vaciar el depósito de gasolina de un coche) que aspira al agua hacia arriba.
b) Capilaridad; es una característica del agua que le permite ascender sola por un tubo fino. Podemos ver esta propiedad si metemos la punta de un papel en agua o se nos queda una toalla con un trocito en el agua: el agua va a subir sola y mojar todo el papel o la toalla.
1.3. La incorporación de los gases
Las plantas necesitan incorporar O2, como todos los organismos aerobios, para obtener energía en la respiración celular, y también CO2, puesto que es una de las moléculas necesarias para la fotosíntesis.
La mayoría del intercambio gaseoso de las plantas ocurre por los estomas (estructuras de la epidermis del envés de las hojas) .
Un estoma está formado por dos células oclusivas que se hinchan o deshinchan dejando pasar o no los gases a través del ostiolo.
La fotosíntesis es el proceso anabólico mediante el cual las plantas transforman la materia inorgánica en materia orgánica utilizando la energía luminosa. Es un proceso biosintético.
1.4.1 Importancia de la fotosíntesis
La fotosíntesis es un mecanismo fundamental para la vida en nuestro planeta por tres razones fundamentales:
a) Sintetiza materia orgánica a partir de materia inorgánica (autótrofos); son el primer escalón en las cadenas tróficas, los productores en los ecosistemas. Todos los demás seres vivos necesitan que el carbono que necesitan esté incorporado en compuestos orgánicos (heterótrofos).
b) Transforman la energía solar en energía química (fototrofos); los demás seres vivos necesitan energía para vivir pero solo pueden hacerlo en forma de energía química (quimiotrofos).
c) Liberan oxígeno a la atmósfera (subproducto de la fotosíntesis); la mayoría de los seres vivos (aerobios) consumen O2 y liberan CO2 al obtener su energía en la respiración celular. La fotosíntesis permite que ese CO2 se gaste y el O2 se recupere y, por lo tanto, que la vida aerobia sea posible.
La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos, orgánulos celulares que tienen los pigmentos fotosintéticos capaces de absorber la energía luminosa: la clorofila.
Tras la fotosíntesis es necesario que sus productos se distribuyan por toda la planta. El transporte se realiza a través del floema.
La solución formada por los productos obtenidos en la fotosíntesis se llama savia elaborada y es un fluido constituido principalmente por agua y nutrientes orgánicos.
1.6. Respiración celular
Como el resto de seres vivos aerobios, las plantas obtienen la energía química que necesitan de un proceso, que ocurre en las mitocondrias de todas las células, llamado respiración celular.
1.7. Excreción en los vegetales
Como resultado del metabolismo se generan todas las moléculas necesarias para las células pero también algunas sustancias de desecho que deben ser eliminados.
Las plantas no tienen sistemas de excreción porque reciclan gran parte de los desechos.
Los gases, como el oxígeno y parte del dióxido de carbono, se expulsan por los estomas.
El resto se elimina por las resinas o el látex, por la caída de las hojas, o se acumula en la parte muerta del tronco de los árboles.
Algunas plantas completan o sustituyen su nutrición autótrofa por la heterótrofa. Los casos más importantes son:
a) Plantas carnívoras; son plantas fotosintéticas que suelen vivir en suelos muy pobres en nitrógeno. Para poder prosperar en esos suelos completan su nutrición matando y digiriendo a pequeñas presas (normalmente insectos). Para atraerlos hay desarrollado diversos mecanismos: trampas que impiden que el insecto escape, superficies pegajosas, … Tras atraparlos viertes enzimas digestivas sobre el insecto y luego absorben los compuestos nitrogenados.
b) Plantas holoparásitas; no son fotosintéticas y viven sobre otras plantas absorbiendo su savia elaborada mediante unas raíces especializadas (haustorios).
c) Plantas hemiparásitas; son fotosintéticas y viven sobre otras plantas absorbiendo su savia bruta mediante unas raíces especializadas (haustorios).
2. Función de relación en las plantas
La función de relación es el conjunto de procesos mediante los cuales los seres vivos obtienen información de las condiciones ambientales y responden a ellas. Es imprescindible para su supervivencia, su adaptación al medio en el que viven y el desarrollo del resto de sus funciones vitales.
Las plantas no poseen receptores sensoriales que recojan la información del medio, ni sistema nervioso, que elabore la respuesta, ni aparato locomotor que la efectúe.
Sin embargo, las plantas son capaces de captar estímulos variados tales como los cambios en la intensidad luminosa, en la temperatura o en la humedad ambiental, y de elaborar respuestas tan distintas como desarrollar órganos, producir cambios fisiológicos, llevar a cabo reacciones bioquímicas e incluso generar movimientos.
La mayor parte de las respuestas de las plantas ante los cambios que se producen en su medio suelen ser lentas en comparación con las de otros grupos de organismos. No obstante, en ocasiones pueden ser muy rápidas, como el cierre de las hojas de una venus atrapamoscas (Dionaea muscipula) cuando un insecto se posa sobre ella. Otro ejemplo es el de la Mimosa púdica, que cierra sus foliolos cuando se aplica sobre ellos una presión mecánica.
La función de coordinación entre los estímulos ambientales y las respuestas que elabora la planta está regulada por el sistema hormonal (hormonas vegetales).
Los vegetales también pueden moverse frente a algunos estímulos pero son movimientos en los que no existe desplazamiento.
Los vegetales también pueden moverse frente a algunos estímulos pero son movimientos en los que no existe desplazamiento. Hay dos tipos principales:
a) Tropismos; son movimientos de crecimiento provocados por un estímulo externo al que el vegetal se acerca o se aleja. Si el movimiento es de acercamiento al estímulo, el tropismo se considera positivo, y si es de alejamiento del estímulo, se considera negativo. Los cambios que originan son permanentes y afectan a una GRAN parte de la planta.
Los tropismos se clasifican según el estímulo que los produce:
b) Nastias; son movimientos no permanentes cuya dirección no está determinada por el estímulo al que responden y que afectan a una PEQUEÑA parte de la planta. Las más importantes son:
La reproducción asexual consiste en la formación de nuevos individuos genéticamente idénticos partiendo de células de un solo progenitor. Tiene la ventaja de ser rápida y sencilla pero el inconveniente de que no genera variabilidad genética en la población.
Hay dos tipos de reproducción asexual: la esporulación y la multiplicación vegetativa.
Es un tipo de reproducción que consiste en la formación de un nuevo individuo a partir de unas células asexuales especiales, las esporas, formadas en unos órganos llamados esporangios. Las esporas son cuerpos pequeños, resistentes a las condiciones desfavorables al estar en estado de latencia (hasta que encuentran un lugar con las condiciones adecuadas y germinan originando una nueva planta).
La dispersión de las esporas se realiza por el agua, el aire e incluso por animales. La esporulación es típica de las plantas sin semillas ni flores (musgos y helechos).
Es la obtención de un nuevo individuo a partir de células meristemáticas de la planta madre que conservan su carácter embrionario para dividirse y desarrollarse. Puede ser de dos grandes tipos: los naturales y los artificiales.
NATURALES
a) Bulbos; son órganos subterráneos de almacenamiento de nutrientes. Morfológicamente es una adaptación de las hojas al almacenamiento de sustancias de reserva (engrosamiento de la vaina), con modificaciones en el tallo (platillo o disco) y raíces adventicias.
b) Tubérculos; son tallos modificados y engrosados donde se acumulan sustancias de reserva, comúnmente almidón. La reproducción de este tipo de plantas se realiza utilizando en la plantación el mismo tubérculo, que posee yemas en la superficie capaces de rebrotar y originar nuevos ramas y raíces adventicias. El ejemplo más típico sería la patata.
c) Rizomas; son tallos subterráneos con varias yemas que crecen de forma horizontal emitiendo raíces y brotes herbáceos de sus nudos. Las plantas con rizomas son perennes, pierden sus partes aéreas en climas fríos, conservando tan solo el órgano subterráneo que almacena las sustancias de reserva para la temporada siguiente. Un ejemplo típico es el jengibre.
d) Estolones; son ramas laterales más o menos delgados que nacen de la base del tallo, que crecen horizontalmente con respecto al nivel del suelo o subterráneo. Tienen entrenudos largos que generan raíces adventicias. La separación de estos segmentos enraizados da lugar a plantas hijas. El ejemplo más típico sería la fresa.
ARTIFICIALES
a) Esquejes; la propagación por esquejes es una técnica de multiplicación vegetal en la que se utilizan trozos de tallos, los que colocados en condiciones ambientales adecuadas son capaces de generar nuevas plantas idénticas a la planta madre.
b) Acodos; es un método de propagación en el cual se provoca la formación de raíces adventicias a un tallo que está todavía unido a la planta madre. Luego, el tallo enraizado, acodado, se separa para convertirlo en una nueva planta que crece sobre sus propias raíces.
c) Injertos; son segmentos de plantas que se adhieren a otra receptiva más resistente o de características interesantes (por ejemplo cítricos, frutales de pepita, cacao, rosales).
3.2. Reproducción sexual en las plantas
En los musgos y helechos (vegetales sin semillas) la dependencia del agua es aún muy elevada porque el gameto masculino es una célula flagelada que tiene que nadar para fecundar al óvulo femenino (como en los animales).
Estas plantas tienen dos etapas diferentes: el gametofito (planta que produce gametos) y el esporofito (planta que produce esporas) que se van alternando (reproducción alternante).
En las plantas con semillas (gimnospermas y angiospermas) se desarrolló el grano de polen como estructura protectora para evitar la desecación de los gametos masculinos y posibilitar su llegada al ovario femenino sin necesidad de agua.
Como la reproducción sexual varía entre los principales grupos de plantas vamos a estudiarla en cada grupo.
El reino Plantae, conocido generalmente como plantas, incluye a los organismos pluricelulares, eucariotas, fotosintéticos (sus pigmentos son la clorofila a y b), con cloroplastos , almidón como sustancia de reserva y cuyas células poseen una pared celular formada por celulosa.
Filogenéticamente son descendientes de las primeras algas verdes de las que se diferencian en que sus células están agrupadas en tejidos y órganos con una especialización del trabajo.
Podemos distinguir:
Las briófitas, son plantas no vasculares que crecen en ambientes húmedos. Se caracterizan por presentar tamaños pequeños y crecer en estructuras altamente empaquetadas que recuerda a un cojín o almohadón. Las encontramos sobre diversos tipos de rocas y troncos en el suelo y como epífitas en los árboles de los bosques.
4.1.1 Reproducción sexual de los musgos
Presentan una reproducción alternante con una fase haploide (n) que produce los gametos (gametofito) y una fase diploide (2n) que produce las esporas (esporofito).
En los briofitos, la fase que realiza los procesos fotosintéticos y tiene un mayor desarrollo es el gametofito (haploide). Dominancia del gametofito.
La fase de esporofito (diploide) crece como un tallo sin ramificaciones y un esporangio terminal. Solo vive el tiempo necesario para producir las esporas y se alimenta del gametofito (sobre el que crece).
4.1.2 Anatomía de los musgos
El gametofito tiene tras partes: los rizoides ("raícillas"), los cauloides ("tallitos") y los filoides ("hojitas"). Tienen la función de la raíz, el tallo y las hojas aunque son muy simples y de pequeño tamaño.
Tras la fecundación va a crecer sobre el gametofito el esporofito que consta característicamente de un largo filamento y una cápsula o esporangio en el extremo. Aquí se producirá la meiosis y se formarán las esporas.
Los musgos son vegetales muy importantes porque pueden vivir en lugares donde no hay un suelo desarrollado. Por ejemplo en la tundra donde se encuentra congelado todo el año a pocos centímetros de profundidad, sobre rocas y troncos, etc
Gracias a esto suponen un alimento muy importante para los herbívoros de esas regiones (sobre todo en invierno).
Además ayudan a romper las rocas y a formar un suelo de mayor profundidad (junto con los líquenes que estudiamos el tema pasado). También retienen la humedad y el agua, ayudan a frenar la erosión y sirven de hábitat para muchos invertebrados.
Cuando están en zonas permanentemente encharcadas forman las turberas de las cuáles se obtiene la turba. Antiguamente se usaba como combustible de baja calidad para la gente que no podía pagar el carbón y la madera, y hoy en día puede usarse en jardinería para mejorar el suelo o en centrales térmicas.
Como sus rizoides no pueden penetrar en el sustrato son bastante frágiles y no debemos cogerlos o dañarlos (están protegidos porque en algunas zonas están bastante amenazados).
Los helechos son plantas vasculares (tienen vasos conductores: xilema y floema) y NO tienen flores ni semillas.
Como en los musgos, esto quiere decir que hay una alternancia de generaciones de morfología diferente, una que produce gametos, el gametofito o protalo y otra que produce esporas, el esporofito.
Al contrario de los musgos la planta que normalmente llamamos helecho es el esporofito: mucho más grande que el gametofito y que vive varios años (dominancia del esporofito).
4.2.1 Anatomía de los helechos
El esporofito es la fase más visible, la dominante, está representada por una planta verde en la que es posible diferenciar raíz, tallo y hojas, y puede ser de porte herbáceo a arbóreo (aunque suelen ser medianas).
El tallo suele ser un rizoma subterráneo, del cual surgen las raíces adventicias, y las grandes hojas o frondes. El rizoma suele vivir varios años bajo la tierra aunque se pierdan las hojas.
Las frondes son de gran tamaño y están MUY divididas en pínnulas alrededor de un nervio medio llamado raquis. Crecen de una forma particular "desenrollándose" (crecimiento circinado)
En el envés de los frondes encontramos los esporangios (producen las esporas) agrupados formando soros.
Son plantas importantes que forman el sotobosque de los grandes bosques caducifolios. Sirven de alimento invernal a los herbívoros cuando los árboles de mayor tamaño han perdido las hojas.
Se usan en jardinería y floristería como plantas ornamentales (son muy bonitos) en zonas umbrías (no aguantan bien demasiado sol).
4.3. Gimnospermas o Coníferas
Son plantas leñosas, vasculares, con raíz, tallo y hojas, y que se reproducen con flores y semillas. El término gimno (desnudo) spermas (semillas) guarda relación con que el ovario de sus flores no está totalmente cerrado y no forma verdaderos frutos.
Aunque han sido desplazadas por las angiospermas, todavía tienen gran importancia en la vegetación de la Tierra, ya que forman grandes bosques, más o menos continuos en regiones frías, bien por latitud o por altitud.
Se han adaptado a climas secos y fríos y, por ejemplo, el bosque boreal (taiga) es el bioma más uniforme de la Tierra y ocupa alrededor del 11% de la superficie de la Tierra. Se extiende desde Alaska hasta Canadá, y a través del norte de Eurasia por Escandinavia y Rusia. Los bosques boreales están constituidos principalmente por coníferas (Pinus, Picea, Abies, Larix, etc.), la mayoría de hoja perenne, capaces soportar el largo y oscuro invierno y realizar fotosíntesis en cuanto sale el sol. La arquitectura de sus ramas favorece que no acumulen mucha nieve, o al menos que sean capaces de soportar su peso.
4.3.1 Anatomía de las coníferas
Sus hojas son perennes y normalmente pequeñas y duras. Son típicas las formas de aguja o brácteas.
Sus flores son pequeñas, desnudas y unisexuales (masculinas o femeninas). Se agrupan formando inflorescencias en forma de cono (masculinos o femeninos). La inflorescencia femenina crece formando la piña que protege las semillas pero no debe confundirse con un verdadero fruto.
La polinización es anemógama; los granos de polen tienen dos sacos aéreos que favorecen su llegada hasta la flor femenina por el viento.
En la fecundación, uno de los anterozoides se une a una oosfera, que origina un cigoto diploide que dará lugar al embrión. El óvulo, como ya dijimos antes, se encuentra desnudo en lugar de protegido por la pared del ovario como en el caso de las angiospermas.
El embrión queda englobado en células de reserva, el endospermo o albumen, y protegido por el tegumento del óvulo, que se hace leñoso.
El proceso es muy lento y en un mismo árbol encontramos piñas de tres años consecutivos.
4.3.2 Importancia de las coníferas
Como hemos dicho, forman los grandes bosques del hemisferio norte y son MUY importantes porque nos permite aprovechar la madera como material de construcción, fabricación de muebles, etc.
Son plantas vasculares, con raíz, tallo y hojas, y que se reproducen con flores y semillas. El termino angiosperma proviene de las palabras griegas “angion” que significa recipiente, y de la palabra “sperma”, que se quiere decir semilla. Por tanto, el nombre angiosperma significa recipiente de semillas y se llama así porque tienen verdaderos frutos.
La anatomía de las angiospermas es la que estudiamos en la UD 4 Reino Plantas I.
4.4.1 Reproducción sexual de las angiospermas
Ya hemos estudiado la estructura típica de una flor completa hermafrodita que aparece en las angiospermas y consta de cuatro tipos de estructuras dispuestas en verticilos: sépalos (verdes, protectores), pétalos (vistosos y coloreados), estambres (estructuras masculinas, forman los granos de polen) y carpelos (estructuras femeninas, contienen óvulos).
Como ya sabemos, no todas las flores presentan todos los tipos de piezas: pueden carecer de sépalos y pétalos (flores desnudas), o carecer de estambres o carpelos (flores unisexuales).
Al contrario que en las gimnospermas hay una enorme variabilidad en las flores de las angiospermas (forma, simetría, color, olor, textura, disposición en la planta - inflorescencias, tipo/número/soldadura/posición de los verticilos florales) debido fundamentalmente a la polinización y, en menor medida, a los mecanismos de dispersión de los frutos y semillas.
4.4.1.1. Polinización
La polinización consiste en el transporte del grano de polen desde el estambre de una flor hasta el estigma del pistilo de otra flor. Según el vector que intervenga en el transporte se habla de: anemofilia (mediante el viento), zoofilia (por animales) e hidrofilia (por agua).
a) Polinización anemófila; hay que tener en cuenta que la probabilidad de que un grano de polen transportado por el viento se deposite en el estigma de otra flor de la misma especie es bajísima. Por ese motivo, las plantas anemófilas liberan gran cantidad de polen al aire. Algunas especies provocan reacciones alérgicas (rinoconjuntivis, fiebre del heno) a personas sensibilizadas o con problemas respiratorios. Algunas de las angiospermas que causan más reacciones alérgicas en nuestra región son las gramíneas (Familia Poaceae) o el olivo (Olea europaea). Las plantas con polinización anemófila suelen tener:
• Aparición de las flores antes que las hojas (especialmente en caducifolios).
• Flores con sépalos y pétalos muy reducidos (flores desnudas o muy reducidas).
• Estambres en amentos colgantes, o con largos filamentos.
• Estigmas grandes, plumosos, sobresaliendo de la flor.
• Producción de grandes cantidades de polen.
• Granos de polen ligeros, de pared lisa (desnudos), que se mantienen flotando en el aire largas distancias.
b) Polinización zoofílica; el transporte del polen por animales (insectos, mamíferos y aves) requiere que la planta presente las siguientes características:
• señales visuales (colores, marcas, dibujos) y/o químicas (olores) para anunciarse y ser reconocible.
• algún tipo de recompensa para el animal que visita la planta: alimento (polen, néctar) u otras sustancias (aceites) que puedan interesar al animal. El proporcionar una recompensa asegura la fidelidad del animal, de modo que le interese visitar regularmente determinado tipo de flores, y por tanto realice el transporte de polen entre plantas de la misma especie.
En este aspecto, existe todo tipo de variantes: plantas que tienen diferentes polinizadores; plantas con polinizadores específicos; animales especializados exclusivamente (o casi) en determinadas flores; y animales capaces de polinizar flores de diferentes especies. Las plantas con polinización zoófilica suelen tener:
• granos de polen que se adhieran a los polinizadores (pegajosos y rugosos).
• flores de tamaño y forma adecuadas para que el animal pueda recolectar el polen y las recompensas.
c) Polinización hidrofílica; este tipo de polinización se da en plantas acuáticas que viven total o parcialmente sumergidas.
No debemos prejuzgar uno de los mecanismos como mejor que el otro. Todos tienen sus ventajas y sus inconvenientes:
a) La polinización anemofílica tiene la ventaja de que no necesita gastar en flores grandes y vistosas, ni en néctares ni alimentos muy ricos en nutrientes (el viento es gratis). Tampoco necesita esperar a que las temperaturas sean altas y permitan que los animales (insectos en su gran mayoría) puedan desplazarse: puede realizar la fecundación antes.
Por contra tiene la desventaja de que necesita fabricar enormes cantidades de polen pues la probabilidad de que un grano alcance un estigma es muy baja (especialmente si las plantas están alejadas). También les perjudican los ambientes muy húmedos porque el polen aguanta menos en el aire.
b) La polinización zoofílica tiene la ventaja de necesitar fabricar mucho menos polen porque la probabilidad de que un grano alcance un estigma es mucho mayor.
Pero tiene la desventaja de depender completamente de esos animales y de gastar mucha energía y recursos en convencerlos de que las polinice.
Ambas estrategias pueden ser más o menos exitosas dependiendo del medio, de la planta y de múltiples factores aunque es cierto que la aparición de la polinización entomófila (insectos) parece uno de los factores del éxito evolutivo de las angiospermas.
El proceso de fecundación comienza en el momento en que los granos de polen se depositan en el estigma del carpelo. El grano de polen se abre y se desarrolla un tubo polínico en cuyo interior van los gametos masculinos.
El tubo polínico irá creciendo hasta llevar a los núcleos espermáticos al ovario de la flor.
Una vez que llega al saco embrionario, ocurre la doble fecundación, que consiste en:
· núcleo espermático (n) + ovocélula (n) = zigoto (2n) → embrión (2n)
· núcleo espermático (n) + 2 núcleos polares (n+n) = endosperma secundario (3n)
La gran diversidad de los frutos y de las semillas está estrechamente relacionada con los distintos modos de dispersión de las angiospermas. Como en el caso del polen, hay varios factores que intervienen en estos procesos:
a) el aire (dispersión anemócora): frutos secos, pequeños y ligeros que suelen tener estructuras (vilanos, sámaras, ...) para favorecer ser llevados por el viento.
b) el agua (dispersión hidrócora); los frutos deberán flotar y tener una cubierta impermeable.
c) los animales (dispersión zoócora); los frutos deberán ser carnosos y atractivos (colores, olores) para que los animales los consuman y transporten sus semillas hasta expulsarlas por las heces. Otra posibilidad es presentar ganchos o púas para engancharse al pelaje y así ser llevados por el animal durante un tiempo.
d) Incluso hay plantas que tienen mecanismos para dispersar por si mismas sus semillas o frutos (autocoria).
Tras la fecundación igual que se forma el fruto por el crecimiento del ovario se va a desarrollar la semilla en su interior.
La semilla puede permanecer en estado latente, inactivo, durante mucho tiempo pero cuando las condiciones del medio son adecuadas inicia su germinación. La germinación es el conjunto de procesos por los que el embrión reanuda su crecimiento y forma una plántula.
Para que la germinación se produzca es preciso que se den unas condiciones determinadas en relación con la propia semilla (su madurez y su poder germinativo) y con el medio ambiente (humedad suficiente, temperatura adecuada y oxigenación del suelo).
La semilla absorbe agua, se hincha y se rompen loa tegumentos, lo que permite la salida en primer lugar de la radícula (va a formar la raíz). Si los cotiledones se exponen a la luz de modo que se inicia la fotosíntesis, se habla de germinación epigea; si los cotiledones quedan bajo tierra, se denomina germinación hipogea.
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