Introducción
La Fisiología Vegetal es la ciencia que estudia cómo funcionan las plantas, esto es, qué ocurre en las plantas que las mantiene vivas. Explica a través de leyes físicas/químicas cómo las plantas son capaces de utilizar la energía de la luz para, a partir de sustancias inorgánicas, sintetizar moléculas orgánicas con las que construir las complejas estructuras que forman el cuerpo de la planta.
Explica también cómo las plantas, siguiendo un programa de desarrollo endógeno, son capaces de reproducirse y cómo adaptan dicho programa al ambiente particular de cada momento. Pero el aspecto más importante no es el cúmulo de procesos físicos; químicos que tienen lugar en cada punto concreto de la planta y en cada momento de su programa de desarrollo, sino cómo se integran dichos procesos en el espacio y en el tiempo y su modulación por el medio ambiente para llevar a buen término el desarrollo del organismo planta.
Para presentar los fundamentos de la fisiología Vegetal, los distintos procesos que se dan en un ser vivo son los que le permiten sobrevivir a los cambios en su entorno y adaptarse a las diferentes situaciones que se encuentra a lo largo de su vida. Con este informe se pretende acercar al estudiante a los mecanismos básicos para darle las herramientas que le ofrezcan la posibilidad de entender la capacidad de los organismos de adaptarse a su entorno.
Por otro lado, es característico de los vegetales su gran capacidad de regeneración lo que permite que cada punto vegetativo sea capaz de dar lugar a un nuevo individuo. Para conocer la estructura de las plantas primero se analizan las características de la célula vegetal para pasar luego al estudio de los distintos tejidos y la disposición que tienen en el individuo.
Fundamentos de la Fisiología Vegetal
La Fisiología Vegetal es una subdisciplina de la botánica dedicada al estudio del funcionamiento de los órganos y tejidos vegetales de las plantas.
El campo de trabajo de esta disciplina está estrechamente relacionado con la anatomía de las plantas, la ecología(interacciones con el medio ambiente), la fitoquímica (bioquímica de las plantas), la biología celular y la biología molecular.
Los fisiólogos botánicos estudian los procesos fundamentales tales como la fotosíntesis, la respiración, la nutrición vegetal, las funciones de las hormonas vegetales, los tropismos, los movimientos násticos, el fotoperiodismo, la fotomorfogénesis, los ritmos circadianos, la fisiología del estrés medioambiental, la germinación de las semillas, la dormancia, la función de los estomas y la transpiración, siendo estos dos últimos parte de la relación de las plantas con el agua.
Entre los Fundamentos fisiológicos podemos encontrar:
La célula vegetal:
La célula vegetal es una célula eucariota que posee orgánulos comunes a los de las células animales pero también presenta características propias como son la presencia de una pared vegetal externa a la membrana plasmática, orgánulos especializados como los plastos que pueden llevar a cabo distintas funciones según el tipo celular y una vacuola central que ocupa la mayor parte del volumen de la célula.
La membrana plasmática delimita la célula dejando en el interior el citoplasma con los orgánulos. La estructura de la membrana es una bicapa fosfolipídica con proteínas embebidas en la misma, bien atravesándola por completo o insertándose en su superficie. Además se pueden encontrar hidratos de carbono y otros elementos que también aparecen en células animales. El núcleo contiene el material genético que lleva la información para el funcionamiento de la célula. Presenta una membrana doble con poros para permitir el intercambio con el citoplasma.
En conexión con la membrana nuclear encontramos el sistema de endomembranas, formado por el aparato de Golgi y el retículo endoplásmico. El aparato de Golgi se compone de una serie de cisternas membranosas, denominadas dictiosomas, que participan en la modificación de proteínas y la formación de lisosomas. El retículo endoplásmico se compone de dos elementos, el retículo endoplásmico rugoso (RER) y el retículo endoplásmico liso (REL). Se forman por una serie de túbulos y sáculos relacionados entre sí que en el caso del RER presenta en su superficie ribosomas, encargados de la síntesis de proteínas que van a dirigirse a la secreción o a otros orgánulos. El REL participa en distintas funciones como pueden ser la del metabolismo de lípidos o la detoxificación de sustancias.
La membrana plasmática delimita la célula y en su interior se encuentra el citoplasma con los orgánulos. En el exterior, la pared vegetal rígida define la forma y los procesos de intercambio con el medio. Vacuola Membrana plasmática Pared vegetal Núcleo Nucleolo Membrana nuclear Cloroplasto Ribosomas Aparato de Golgi Mitocondria Retículo endoplásmico rugoso Retículo endoplásmico liso Gránulos de almidón Plasmodesmo Tonoplasto
Estructura de las angiospermas:
Al igual que en la célula animal encontramos ribosomas dispersos por el citoplasma encargados de la síntesis de proteínas, con diversas funciones en el metabolismo celular. La respiración celular se lleva a cabo en las mitocondrias, encargadas de producir la energía necesaria para las distintas funciones celulares.
En cuanto a las estructuras y orgánulos específicos de las células vegetales, la pared celular es una estructura de varios micrómetros de grosor que aparece externamente a la membrana plasmática. Se compone de hidratos de carbono, proteínas, lignina, suberina, cutina, sales minerales y ceras. Entre los hidratos de carbono aparecen celulosa, hemicelulosa y pectinas. La celulosa forma microfibrillas compuestas por cadenas que se unen entre sí por medio de puentes de hidrógeno. La hemicelulosa es un polímero de glucosa con cadenas laterales formadas por otros monosacáridos como la manosa y la xilosa.
Las pectinas son polímeros de ácido galacturónico esterificado con metanol Por su parte, las proteínas representan un 10% del peso de la pared celular, estando muchas de ellas glucosiladas. Hay también enzimas como peroxidasas, fosfatasas, esterasas, proteasas, glucosidasas, etc. La lignina es una sustancia formada por la poli- merización de los radicales libres de varios alcoholes Su presencia y proporción varía según la especie siendo característica de la pared de tráqueas, traqueidas y esclerénquima. La suberina se compone de ácidos grasos, lignina y celulosa y taninos. Se localiza en las células que forman el suber de las plantas.
La cutina es un polímero de derivados lipídicos, siendo impermeable al agua. Aparece en la cara externa de la epidermis formando la cutícula, protegiendo la epidermis y el interior de la planta. En la pared de células epidérmicas es posible encontrar sales minerales y ceras en el exterior de la cutícula, pero con frecuencia también impregnan la cutícula. La pared celular se va formando a medida que la célula madura, de tal manera que presenta varias capas. Desde fuera hacia el interior, estas capas son: lámina media, pared primaria y pared secundaria. En las células epidérmicas se añade la cutícula. En aquellas zonas donde hay división celular, la pared celular se empieza a formar tras la división de tal forma que con el tiempo se convierte en una estructura rígida, pero antes puede expandirse por la acción de la presión de turgencia.
Durante la formación de la pared celular se establecen entre las células canales o poros para comunicarlas. Estos canales se denominan plasmodesmos y aparecen en todas las células jóvenes y en algunas persisten durante toda la vida. A través de ellos se establece la libre circulación de líquidos, solutos y macromoléculas necesarios para la vida de la célula. Frecuentemente se observa una estructura tubular atravesando el plasmo. En las plantas la pared se forma con microfibras de celulosa que aportan el armazón principal al que se incorporan hemicelulosa y pectina para proporcionar consistencia.
La síntesis de bases púricas y pirimidínicas así como la de algunos aminoácidos y ácidos grasos de la planta se producen en los plastidios. En las células meristemáticas existen numerosas vesículas y vacuolas de pequeño tamaño que solo se aprecian bien con el microscopio electrónico. Cuando crecen, las vacuolas adquieren mayor tamaño y se fusionan hasta formar una gran vacuola central, que puede llegar a ocupar hasta el 90% del volumen celular, como ocurre por ejemplo en las células parenquimatosas. El origen de la vacuola no está aún claro, es posible que las vesículas que la forman procedan del retículo endoplásmico rugoso o que procedan del aparato de Golgi.
Lo que sí se sabe es que las proteínas que la forman proceden del retículo endoplásmico rugoso. La vacuola tiene una membrana citoplásmica, denominada tonoplasto, con estructura trilaminar y menor espesor que la membrana plasmática. En el interior de la vacuola hay un jugo vacuolar de apariencia amorfa, pero a veces pueden observarse estructuras, cristalinas o no, según el material que almacena la vacuola y que guardan relación con su función.
Las funciones de la vacuola son variadas. Entre ellas encontramos:
• Facilitar el intercambio con el medio externo: el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular solo se puede realizar a través de la membrana plasmática.
Las células animales que desean incrementar dicho intercambio aumentan la relación superficie/volumen de membrana, como ocurre en las microvellosidades. Sin embargo, las células vegetales carecen de esta posibilidad ya que la pared celular lo impide.
Los seres vivos se caracterizan por su gran complejidad. Se componen de una serie de estructuras con diferentes tipos celulares que se organizan en tejidos para dar órganos y sistemas. A semejanza de lo que se observa en organismos eucariotas unicelulares, donde hay orgánulos especializados en las distintas funciones necesarias para la vida, los seres pluricelulares han desarrollado una especialización celular para cubrir las diferentes necesidades del organismo. De esta forma, tanto plantas como animales tienen tipos celulares y tejidos específicos que, al combinarse, dan lugar a estructuras corporales de lo más diverso y características de cada grupo.
Las plantas son organismos arraigados al sustrato que presentan órganos que pueden ser numerosos (raíces, flores, hojas) y que crecen hacia el exterior. De esta forma la superficie corporal se extiende al máximo por medio de ramificaciones y evaginaciones, siendo un organismo abierto que, en el caso de las plantas perennes, crece en cada nuevo periodo vegetativo. Esta disposición abierta hace que sea más complicado desarrollar órganos centrales como ocurre en los animales, por lo que no se encuentran análogo a riñones, corazón o sistema nervioso sino que las funciones se llevan a cabo de forma local.
Autor:
Janeth Rojas
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Aldea Universitaria – Libertador
Fundación Misión Sucre
Noviembre de 2015