GTP_T4.Biología vegetal - Ciencias con D. Germán

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:
3. Flujo de agua
1. Difusión de iones minerales
A medida que el agua fluye a
través del suelo, transporta
minerales disueltos.
A medida que los minerales son absorbidos, un
pequeño gradiente de concentración se
genera, difundiendo los iones minerales
lentamente hacia la raíz.
Un gradiente de presión hidrostática se
genera por la toma de agua en las raíces,
siendo el agua y los solutos literalmente
“chupados”.
2. Hifas de hongos (mutualismo)
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
Carga positiva:
Por antiporte usando una bomba de protones
Aniones
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
cationes como el K+.
a
los
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
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
Evaporación
Epidermis
superior
Mesófilo
Espacio
de aire
Epidermis
inferior
Cutícula
CO2 O2
Xilema CO O
2
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
Las punteaduras entre los vasos de xilema permite el
movimiento lateral del agua y los iones.
pared
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”.
lignina
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 CO2 y poca
pérdida de agua
baja presión en el citoplasma
células de guarda flácidas
Estoma abierto:
Mucha entrada de CO2 y gran
pérdida de agua
alta presión en el citoplasma
células de guarda turgentes
Los estomas se abren por:
- Luz (fotosíntesis).
- Concentración reducida de CO2.
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.
Los estomas están en
fosas que mantienen una
capa de humedad que
reduce la pérdida de
agua por evaporación.
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 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