Nutrición, Intercambio Gaseoso y Reproducción en Plantas: Un Estudio Detallado

Nutrición en Plantas: Un Proceso Autótrofo Esencial

Las plantas tienen nutrición autótrofa, lo que significa que producen su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas.

Incorporación de Agua y Sales Minerales

En los musgos, este proceso ocurre en toda la superficie de la planta. Una vez dentro de las células, el transporte se realiza de célula a célula o por capilaridad.

En las plantas vasculares, los órganos especializados en la absorción son las raíces, que presentan pelos radicales que aumentan la superficie de contacto con el suelo. El agua pasa del suelo a los pelos absorbentes mediante ósmosis (la disolución más concentrada es la que se encuentra en la raíz), y las sales minerales mediante transporte activo.

Transporte de Nutrientes en las Plantas

El transporte de nutrientes es vital para la supervivencia y el crecimiento de las plantas. Se realiza a través de dos tipos principales de vasos:

• Desde las raíces (captación de materia inorgánica) hasta las células verdes (en las hojas): viajan agua, sales y algunos gases disueltos que constituyen el zumo bruto. Los vasos que realizan dicha conducción son los vasos leñosos o xilema.
• Desde las células verdes (en las hojas) hasta todos los lugares de la planta: viaja agua con sustancias orgánicas fabricadas en la fotosíntesis que constituyen el zumo elaborado. Viajan a través de los vasos cribosos, vasos liberianos o floema.

Intercambio Gaseoso en las Plantas

Todas las células de las plantas respiran, y algunas (las autótrofas) realizan la fotosíntesis. Estos dos procesos precisan un intercambio gaseoso.

Los musgos, debido a su tamaño reducido, realizan el intercambio gaseoso a través de las membranas celulares sin cutícula de su superficie.

Estructuras para el Intercambio Gaseoso en Plantas Vasculares

• Estomas: Abundantes en la epidermis del envés de las hojas, están formados por dos células oclusivas que dejan entre sí una abertura, el ostíolo, cuyo cierre y apertura son regulables por un cambio de turgencia de las células oclusivas.
• Lenticelas: Aberturas en la epidermis de los tallos leñosos que ponen en contacto el aire y las células del parénquima. El CO₂ y el O₂ se intercambian por difusión simple porque las células epidérmicas de las lenticelas tienen mayor espacio entre sí.
• Pelos Radiculares o Absorbentes: Absorben los gases disueltos en el agua.

Apertura y Cierre de los Estomas

Durante el día, la luz induce la acumulación de iones K⁺ en las células oclusivas, por lo que se llenan de agua por ósmosis. Las dos células tienen sus paredes celulares engrosadas en la zona cóncava del ostíolo, y sus fibras de celulosa se disponen de forma radial, por lo que el aumento de turgencia tira de ellas y provoca la apertura del estoma. Por la noche, se produce el proceso inverso (poco K⁺, lo que implica la salida de agua al exterior, las células oclusivas pierden turgencia y el ostíolo se cierra).

Síntesis de Materia Orgánica: La Fotosíntesis

Las plantas sintetizan materia orgánica a partir de materia inorgánica captando energía luminosa y transformándola en energía química útil para su metabolismo.

Estructura de una Hoja

Las hojas son los órganos especializados en realizar la fotosíntesis. En una hoja diferenciamos una lámina o zona plana llamada limbo, y una prolongación llamada pecíolo que la une a la rama.

Desde la face (parte superior) hasta el envés (parte inferior) encontramos las siguientes capas:

• Epidermis superior: Propia de la face, presenta generalmente cutícula.
• Clorénquima: Especializado en la fotosíntesis. En la parte superior aparece el parénquima en estacada y en la inferior el parénquima lagunar.
• Feixes vasculares: Por donde se canalizan el xilema y el floema.
• Epidermis inferior: Propio del envés y con estomas que regulan el intercambio gaseoso.

Adaptaciones Nutricionales Especializadas

• Carnívoras (predación): Adaptación rara a ambientes con poco nitrógeno asimilable en ambientes húmedos. Estas plantas realizan la fotosíntesis para obtener el carbono y capturan insectos o artrópodos para obtener el nitrógeno. Después de capturar las presas, las digieren con sus enzimas digestivas. Para atrapar a las presas emplean diversas trampas.
• Formación de micorrizas (simbiose): Relación mutualista entre un hongo y las raíces de una planta. En las endomicorrizas el hongo penetra en los espacios intercelulares de la raíz mientras que en las ectomicorrizas solo la rodea. El hongo aporta agua y minerales a la planta, mientras que la planta le da sustancias orgánicas al hongo.
• Formación de nódulos radiculares (simbiose): Algunas plantas leguminosas forman nódulos en sus raíces para albergar bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico.

Plantas holoparásitas: Son verdaderas plantas parásitas, que carecen de clorofila (tienen una nutrición heterótrofa). Absorben el zumo elaborado de otras plantas penetrando en ellas mediante unas estructuras llamadas haustorios.

Plantas hemiparásitas: Plantas que presentan clorofila y realizan la fotosíntesis pero penetran con los haustorios en otras plantas para obtener zumo bruto.

Excreción y Secreción en las Plantas

En las plantas, los procesos de excreción se relacionan con otros de liberación de sustancias, la expulsión de sustancias de desecho (excreción) y la liberación de sustancias con un objetivo concreto (secreción).

• Gases: Las plantas emiten O₂ como consecuencia de la fotosíntesis y lo liberan al exterior a través de los estomas. También emiten CO₂ como consecuencia de la respiración, que sale por los estomas de las hojas. También producen etileno que da olor a los frutos maduros.
• Aceites esenciales: Sustancias volátiles que dan olores característicos a ciertas partes de las plantas. Sirven para atraer insectos o como protección.
• Resinas: Sustancias viscosas graxas con función protectora contra insectos para evitar la pérdida de zumo. Se encuentran en los tubos resiníferos. Se vierten en las heridas de algunas plantas como protección.
• Látex: Mezcla de grasas, ceras... con función protectora, blanco y puede contener caucho. Puede ser tóxico o comestible según la planta. Se forma en los tubos laticíferos.
• Cristales de oxalato de calcio: Regulan el nivel de calcio en la planta y pueden servir como defensa frente a los herbívoros, pues es tóxico para los animales. Se almacena en las vacuolas.

Relación en las Plantas: Fitohormonas y Tropismos

Las fitohormonas son las hormonas vegetales que segregan células especializadas de la planta como respuesta a diferentes estímulos. Pueden tener carácter activador o inhibidor.

• Auxinas: Se sintetizan en el embrión y en los meristemos. Estimulan el crecimiento de la planta, la maduración de los frutos, la floración y los tropismos.
• Xiberelinas: Se sintetizan en el ápice de los tallos y en las semillas. Estimulan el crecimiento de las plantas y la germinación.
• Citoquininas: Se sintetizan en cualquier tejido de la planta. Estimulan la división celular y retardan el envejecimiento y caída de las hojas.
• Ácido abscísico: Se sintetiza en semillas, tallos y hojas. Inhibe la germinación, el crecimiento de la planta y la apertura de los estomas.
• Etileno: Hormona gaseosa, se produce principalmente en las hojas, flores y frutos. Estimula el marchitamiento de las flores, la maduración de los frutos y la caída de estos.

Tropismos: Movimientos de Crecimiento Dirigidos

Los tropismos son movimientos de las plantas asociados a su crecimiento. Pueden ser positivos o negativos.

• Fototropismo: El estímulo es la luz. El tallo de la planta presenta un fototropismo positivo y las raíces un fototropismo negativo.
• Quimiotropismo: El estímulo es una sustancia química. El tubo polínico crece hacia el ovario atraído por los glícidos y la raíz crece hacia zonas ricas en nitrógeno del suelo.
• Hidrotropismo: El estímulo es la humedad. Las raíces presentan hidrotropismo positivo.
• Tigmotropismo: El estímulo es el contacto físico. Las plantas con tallos volubles presentan al contactar con un soporte en el que se ancoran.
• Xeotropismo: El estímulo es la gravedad. La raíz tiene un xeotropismo positivo y el tallo un xeotropismo negativo.

Nastias: Movimientos Rápidos en Respuesta a Estímulos

Las nastias son movimientos rápidos, como respuesta temporal a un estímulo. Varían de volumen a través de la entrada y salida de agua.

• Fotonastia: Respuesta temporal ante un estímulo lumínico que cuando desaparece, la planta vuelve a su estado anterior.
• Sismonastia: Respuesta temporal al contacto físico.
• Termonastia: Respuesta temporal causada por los cambios de temperatura.
• Hidronastias: Respuesta temporal a la humedad.

Reproducción en Plantas: Asexual y Sexual

La Flor de las Gimnospermas y Angiospermas

La flor de las gimnospermas se llama cono y consiste en un eje terminal de una rama del que salen escamas. Dichas escamas protegen a los estames en los conos masculinos. Dentro de los estames están los sacos polínicos que contienen los granos de polen. En los conos femeninos las brácteas protegen los óvulos. Después de la fecundación, se forma un embrión rodeado de un tegumento leñoso y juntos conforman el piñón. Cuando madura el cono femenino forma la piña y en la fase terminal los piñones.

La flor de las angiospermas está formada por 2 verticilos estériles y por 2 verticilos fértiles:

• Cáliz: Conjunto de sépalos generalmente verdes, si faltan la flor es asépala.
• Corola: Conjunto de pétalos de coloraciones vivas. Si faltan, la flor es apétala.
• Androceo: Órgano masculino de la flor formado por los estames, que constan de un filamento que porta una antera, dividida en dos tecas. En cada teca hay un par de sacos polínicos.
• Gineceo: Órgano femenino de la flor, formado por el carpelo, el ovario, el estilo y el estigma.

Reproducción Asexual o Vegetativa

Formación de un nuevo individuo a partir de un solo progenitor sin existir intercambio genético. Una célula o parte de una planta se independiza y da origen a un nuevo organismo idéntico.

• Fragmentación: Una porción pluricelular de la planta madre origina el nuevo individuo. Puede ser:
• Estolones: Ramas laterales que emiten raíces, discurren horizontales sobre el suelo o debajo de él.
• Rizomas: Tallos alongados subterráneos que crecen en horizontal y desarrollan yemas que desarrollan en vertical nuevas plantas.
• Tubérculos: Tallos subterráneos engrosados por la acumulación de sustancias de reserva en su parénquima. Las yemas dan nuevas plantas.
• Bulbos: Tallos subterráneos, cortos y cónicos, rodeados de hojas carnosas que acumulan sustancias de reserva. Las yemas foliares que presentan son las que dan lugar a las nuevas plantas.
• Esporulación asexual: El propágulo es una célula llamada espora generada por mitosis.

Reproducción Sexual

En la reproducción sexual intervienen dos individuos y cada individuo fabrica un gameto formando un cigoto. Los gametos masculinos se llaman anterozoides y los femeninos, oosferas.

La gametogénesis tiene lugar en órganos especializados llamados gametangios. Dependiendo de si cada individuo produce un gameto o ambos pueden ser:

• Dioicas: Los individuos son unisexuales, los sexos están separados en individuos diferentes, de tal manera que hay individuos masculinos y femeninos.
• Monoicas: Solo existe un tipo de individuo, por lo que los sexos aparecen en el mismo individuo.

Polinización y Fecundación: Claves para la Reproducción Sexual

La Polinización

Mecanismo por el que el polen llega desde el estambre de una flor al pistilo de otra.

Existen diferentes tipos de polinización según el agente transportador del polen:

• Anemógama: El agente es el viento. Sistema eficiente porque produce grandes cantidades de polen y reducción de las cubiertas protectoras de la flor para favorecer su acción.
• Zoógama: El agente transportador es un animal. Pueden ser aves o insectos. Las nectarios que segregan azúcares para atraer a los insectos junto con la coloración de los pétalos.
• Hidrógama: Propia de plantas acuáticas y el agente transportador es el agua.

La Fecundación

El grano de polen queda pegado en el estigma y genera un tubo polínico que desciende por el interior del estilo para llegar al ovario. En el interior del óvulo ocurren 3 divisiones dando lugar a 7 células (una es la oosfera y otra de ellas tiene dos núcleos polares). Por el tubo polínico descienden dos núcleos espermáticos que darán lugar a una doble fecundación: un núcleo espermático se fusiona con la oosfera y darán lugar al cigoto (futuro embrión) y el otro fecunda a los dos núcleos polares formando un núcleo triploide (3n) que dará lugar al endospermo (alimento del embrión). El embrión más el endospermo dentro de una cubierta seminal formarán la semilla.

El Fruto y la Dispersión de Semillas

El Fruto

Las gimnospermas carecen de verdadero fruto y las semillas solo están protegidas por las brácteas.

Las cubiertas del carpelo se desenvuelven como estructuras de protección de la semilla dando lugar al fruto. El fruto presenta una pared que protege a la semilla, llamada pericarpo y constituida de fuera a dentro: exocarpo (piel externa), mesocarpo (capa intermedia, carnosa) y endocarpo (capa leñosa que rodea la semilla).

Hipanto (en las manzanas): Parte carnosa formada de la fusión de la base de los pétalos, de la base de los sépalos y parte del receptáculo.

Los frutos se clasifican en carnosos o secos. En el caso de los frutos secos pueden abrirse espontáneamente para liberar o no las semillas: dehiscentes (se abren) o indehiscentes (para liberar la semilla se descompone el pericarpo en el interior).

La Dispersión del Fruto

Para no competir con la planta madre y favorecer que la especie se extienda, es importante que la semilla germine lejos, mecanismos:

• Zoócora: Mediante animales. Las semillas o frutos van en el pelo, en las plumas o en el interior del tubo digestivo (la semilla suele presentar cubiertas resistentes a las enzimas digestivas para salir intacta con las heces).
• Hidrócora: Mediante agua. Son frutos y semillas resistentes al agua que se dispersan por corrientes fluviales o marinas.
• Anemócora: Mediante el viento. Deben ser frutos o semillas muy ligeros.
• Autócora: Algunas plantas presentan sistemas propios de dispersión del fruto o de la semilla mediante propulsión.