INRODUCCIÓN A LA FISIOLOGÍA VEGETAL

Dr. Joel Pineda PDepartamento de Suelos, UACh

PREMISAS FUNDAMENTALES EN FISIOLOGIA VEGETAL

El funcionamiento de las plantas puede entenderse partiendo de los fundamentos de la Física y la química. La fisiología vegetal acepta la teoría celular : a) la célula es la unidad fundamental de la vida, b) la vida no existe en unidades menores a las células, c) las células solo surgen a partir de divisiones de otras célulasLas células eucariotas tiene organelos limitados por membranas, las procariotas carecen de organelos limitados por membranas.

La célula tiene macromoléculas especiales formadas por una repetición de moléculas mas simples, y pueden duplicarse durante la división celular.En organismos multicelulares las células se organizan en tejidos y órganos con diferente estructura y función.Célula Tejido Órgano Individuo Comunidad Los organismos vivos son estructuras autogeneradoras (crecimiento y desarrollo)Los organismos crecen y se desarrollan interactuando con su entorno (con otros organismos y con el ambiente)Estructura y función están íntimamente relacionadas

PREMISAS FUNDAMENTALES EN FISIOLOGIA VEGETAL

Interés de la asignatura

• Las plantas son básicas para la vida sobre el planeta y si se conoce su fisiología se comprenderá mejor su función en los ecosistemas y se podrá realizar un mejor uso por parte de la sociedad.

• Un agrónomo que conozca mejor la estructura y funcionamiento de los organismos, puede entender las características de las especies, de los ecosistemas, su armonía, su problemática y su importancia.

• Etimológicamente, Fisiología Vegetal es el conocimiento (logos) físico de las plantas. Todo proceso de las plantas tiene una base físico-molecular.

• La Fisiología Vegetal estudia los procesos que tienen lugar en las plantas. Estudia cómo funcionan las plantas y explica los fundamentos físicos de dicho funcionamiento sobre bases estructurales a diferentes niveles: molecular, celular, de tejidos, de órganos, de planta y comunidad vegetal. Explica los mecanismos de crecimiento y desarrollo de las plantas y sus respuestas a los agentes externos.

Interesa cualquier tipo de organismo vegetal, pero generalmente se trabaja más con las plantas vasculares.

Preguntas a responder

1-¿Cómo adquieren una forma particular?

2- ¿Cómo se nutren?

3-¿Cómo se desarrollan?

4-¿Cómo se coordina el funcionamiento celular?

5-¿Cómo perciben y responden al ambiente?

BOTÁNICA GENÉTICAMORFOLOGÍA

FISIOLOGÍA

ANATOMÍATAXONOMÍA

PATOLOGÍA

Relación con otras disciplinas

La Fisiología Vegetal se relaciona con muchas otras disciplinas y hace que actualmente tenga muchos enfoques:

-Genético -Bioquímico -Molecular -Ecológico -Matemático -Estructural

Tendencias

Para muchos autores, entre ellos M.J. Chrispeels (Plant Physiology, 1996), la fisiología vegetal como ciencia ya no debería de existir, puesto que involucra muchas otras disciplinas en interacción.

Por eso se sugirió el término de Biología Vegetal (Plant Biology) como sustituto de Fisiología Vegetal.

Evidencias de la desaparición de la Fisiología Vegetal

1- El Annual Review of Plant Physiology en 1988 pasó a llamarse Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. De esta manera se consideraba a la fisiología cómo algo muy dependiente o inseparable de la biología molecular. Posteriormente esta misma publicación pasó a llamarse Annual Review of Plant Biology.

2- La revista Australian Journal of Plant Physiology se llama actualmente Funcional Plant Biology.

3- Muchas de las sociedades de Fisiología Vegetal de distintas partes del mundo han cambiado sus nombres o están en proceso de hacerlo.

¿Dónde se estudia la fisiología de plantas?

• Escuelas de Ciencias Agrícolas

• Facultades de Ciencias Biológicas

• Facultades de Ciencias de la Salud

• Plantas de interés agrícola.

• Plantas de interés medicinal.

• Ecosistemas terrestres y marinos.

Los retos de la agricultura en el siglo XXI

• Aumento en la calidad y producción de alimentos

• Alternativa al petróleo y derivados como fuentes de materias primas y de energía

¿Qué se espera de la Fisiología Vegetal?

Plantas resistentes-Enfermedades

-Herbicidas-Condiciones adversas

Mejora de la calidad poscosecha-Frutas y hortalizas de larga duración

(gen inhibidor de la poligalacturonasa)

Mejora de la calidad alimentaria-Arroz con provitamina A

-Arroz con proteína transportadora de hierro-Plantas de composición de lípidos o

Aminoácidos adecuada

Fitorremediación-Tolerantes metales pesados

Alternativa a la petroquímica

Síntesis de hidratos de C, Lípidos, etc. para fabricar plásticos, detergentes

Biodegradables, biocombustibles

Las células de las plantas

–Unidad básica

–Diversidad de formas, estructuras y funciones de las células (xilema, floema, parénquima, meristemos...)

–Rasgos comunes:

• Pared celular

• Protoplasto

– Membrana plasmática o plasmalema

– Protoplasma:»Citoplasma (citosol+estructuras sin membrana:

ribosomas, microtúbulos e

inclusiones)

»Orgánulos u organelos (estructuras con membranas: plastos, mitocondrias, …)

Organismo Diámetro o longitud de células

Alga ChlorellaAlga ValloniaMesófilo esponjosoMesófilo empalizada

4 µm20 mm20 µm50 µm

Componentes Pared celular

– Polisacáridos• Celulosa• Hemicelulosas• Pectinas

– Proteínas• Proteínas estructurales• Enzimas

– Lignina (35% p. secundarias), ceras, cutina y suberina

90% peso seco p. primarias65-85% p. secundarias

10%

http://www.euita.upv.es/varios/biologia/Temas/Pared%20celular%20ampliada.htm

http://www.euita.upv.es/varios/biologia/Temas/Pared%20celular%20ampliada.htm

                                                          

Red celulosa+hemicelulosas//Red polizacáridos pécticos//Red proteínas//

http://www.euita.upv.es/varios/biologia/Temas/Pared%20celular%20ampliada.htm

-Presente sólo en algunos tipos celulares. -Mucho más gruesa que la pared primaria. -Formada de celulosa y lignina y de otras moléculas que varían según la célula (cutina, suberina, sales minerales, etc). -En cada plano todas las microfibrillas son paralelas, cambiando la orientación de las mismas de un plano al siguiente.

Pared secundaria

Macromoléculas mayoritarias en paredes celulares vegetales

Lámina media Materias pécticas

Pared primaria

Materias pécticas, hemicelulosas, extensinas y celulosa

Pared secundaria

Celulosa, hemicelulosas (muy pocas), extensinas (muy pocas) y ligninas (sólo en algunas paredes: traqueideas, fibras de xilema, esclereidas,…)

• La pared celular crece al perder rigidez por acción de las auxinas:

– Acidificación del apoplasto inducida por auxina

– Alteración en la estabilidad en los enlaces de pared (expansinas)

– Alteraciones en la actividad de ciertos enzimas

Teoría del crecimiento de la pared celular

• Para que una célula crezca es necesaria una fuerza directriz:

– Gradiente de potencial hídrico favorable para la entrada de agua en la célula

– Alteración de las propiedades elásticas y plásticas de la pared (ablandamiento que permita la expansión celular).

MODELOS DE MEMBRANA

Funciones de proteínas de membrana

• Transporte

• Señalización

• Reacciones bioquímicas

La estructura de la membrana plasmática

Estructura de la membrana celular

80

40

CAVITACION Y EMBOLISMO