Nutrición en las plantas
La nutrición en las plantas es autótrofa; mediante la fotosíntesis sintetizan moléculas orgánicas para su crecimiento y, por la respiración celular, obtienen energía para realizar sus funciones vitales. La reacción química simplificada es: H2O + sales minerales —> (luz y fotosíntesis) materia orgánica (glúcidos, lípidos, proteínas, etc.).
La absorción de agua y sales minerales por pelos absorbentes
El mecanismo de entrada varía para el agua y las sales minerales. El agua pasa del suelo a los pelos absorbentes por difusión simple; es decir, pasa de una disolución más diluida (en este caso, el suelo) a otra más concentrada (el interior de la raíz). Las sales minerales disueltas en el agua atraviesan las membranas por el transporte activo. Dado que la concentración de sales es mayor en el interior de la raíz, es necesario aportar energía para introducir aniones (como nitratos, sulfatos o fosfatos) y cationes (de sodio, potasio, hierro, cobre, etc.).
El agua y las raíces absorbidas forman la savia bruta y esta pasa hacia los cilindros centrales de la raíz (xilema) mediante dos vías:
- Simplástica: A través del citoplasma de las células comunicadas entre sí por los plasmodesmos.
- Apoplástica: A través de los espacios intercelulares presentes entre las paredes celulares al llegar a la banda de Caspary.
El transporte de la savia bruta
Esta debe ascender por el tallo hasta las hojas a través del xilema. Este ascenso en contra de la gravedad se debe a la transpiración, la capilaridad del agua y la presión radicular. El conjunto de estos tres procesos se conoce con el nombre de la teoría de transpiración-tensión-cohesión.
- Transpiración: Es la pérdida de vapor de agua por los estomas de las hojas cuando entra CO2. Al perder agua las células del estoma, y por ósmosis, el agua de las células adyacentes se desplaza para equilibrar de nuevo las concentraciones. Este fenómeno crea una corriente de agua ascendente que contribuye a la subida de la savia bruta; al aumentar la transpiración, aumenta la absorción.
- La capilaridad: Es una propiedad de los líquidos que les confiere la capacidad de subir o bajar por finos tubos (capilares). Depende de la elevada fuerza de cohesión que tienen las moléculas de agua debido a los enlaces de puente de hidrógeno, lo que hace que el agua tenga una elevada tensión superficial, y también depende de la fuerza de adhesión a las paredes del tubo. Según la teoría de tensión-cohesión, las fuerzas de cohesión son menores que las de la fuerza de adhesión a las paredes del vaso conductor, por lo que el agua asciende superando la tensión sin gasto de energía.
- La presión radicular: Es la presión osmótica en el xilema de las raíces de las plantas vasculares que provoca el movimiento ascendente del agua en el tallo. La concentración de soluto que hay en las células de la raíz es mayor que la del agua del suelo, por lo que el agua entra por ósmosis en la célula. La continua entrada de agua provoca una presión radicular que contribuye a que la savia bruta ascienda por el xilema.
Xilema
La savia bruta es transportada de forma continua a través de las células tubulares muertas que forman el tejido leñoso o xilema. Estas pueden ser de dos tipos:
- Tráqueas o vasos leñosos: De forma cilíndrica con gruesas paredes reforzadas por lignina y cuyos tabiques de separación entre células han desaparecido o están perforados, dando lugar a un tubo largo hueco.
- Traqueidas: Con un espacio interior estrecho, más cortas y con extremos puntiagudos.
La absorción de dióxido de carbono
Además de ser organismos autótrofos fotosintéticos, las plantas son seres eucariotas que llevan a cabo la respiración celular. Los estomas, las lenticelas y los pelos absorbentes son estructuras capaces de llevar a cabo el intercambio de gases que necesita la planta. La apertura se realiza por la luz, ya que entra el potasio en las células oclusivas para hacer entrar el agua por ósmosis, por lo que se produce turgencia. El cierre ocurre en la oscuridad, saliendo el potasio y el agua, lo que genera flacidez en las células oclusivas.
- Los estomas: Son abundantes en el tejido epidérmico del envés de las hojas. Están formados por células oclusivas que dejan entre sí una abertura que es el ostíolo. La planta puede regular la apertura y el cierre del ostíolo por un cambio de turgencia de las células oclusivas que se produce según su ritmo circadiano.
- Lenticelas: Son aperturas en la epidermis de los tallos leñosos que ponen en contacto el aire y las células del parénquima. En las lenticelas, las células epidérmicas tienen mayores espacios intercelulares y menor suberificación, lo que permite que el CO2 y el O2 se intercambien por difusión simple. Se pueden encontrar en la corteza del tronco, las ramas, la raíz y los frutos.
La fotosíntesis en las hojas
Es un proceso mediante el que las plantas convierten la energía luminosa en energía química, que es utilizada para la síntesis de nutrientes orgánicos. Se lleva a cabo sobre todo en los cloroplastos del parénquima en empalizada del mesófilo de las hojas, además de en los tallos verdes y sépalos de las flores. Para el proceso se necesita agua proveniente de la savia bruta y dióxido de carbono que la planta obtiene del aire, principalmente por difusión a través de los estomas. Tanto el agua como el dióxido de carbono difunden dentro de los cloroplastos. Aquí se pueden diferenciar dos fases:
- Fase luminosa: Se da en presencia de luz y tiene lugar en la membrana de los tilacoides presentes en los cloroplastos. Los pigmentos como clorofila, xantofila y carotenos absorben la energía luminosa que provoca la fotólisis del agua. Los electrones liberados en la fotólisis intervienen en reacciones de óxido-reducción que proporcionan energía química en forma de moléculas de ATP, y los H+ obtenidos son recogidos por moléculas específicas transportadoras que tienen poder reductor como el NADP+.
- Fase oscura: No necesita luz (se da de día y de noche) y tiene lugar en el estroma de los cloroplastos. Se lleva a cabo el ciclo de Calvin, donde se utiliza el CO2 del aire y el ATP y H+ obtenidos en la fase luminosa. Se sintetizan así moléculas orgánicas como glúcidos, lípidos, aminoácidos, etc., gracias a la intervención de sales minerales.
Los productos finales de la fotosíntesis (principales azúcares y polisacáridos) van a constituir la savia elaborada y serán transportados a otros lugares de la planta; allí servirán de nutrientes en los distintos procesos fisiológicos que se desarrollan en los diversos tejidos.
El transporte de la savia elaborada
La savia elaborada circula por el floema desde las hojas hasta otras partes de la planta gracias a la translocación.
Hipótesis de flujo de presión
La savia elaborada es una disolución de glúcidos y aminoácidos sintetizados durante la fotosíntesis. Se denominan fuentes a las zonas donde se originan (generalmente las hojas) y sumideros a las zonas de consumo (como las raíces). Las zonas de reserva o almacenamiento, como los tubérculos o frutos, pueden actuar de fuente cuando proveen nutrientes a la planta o de sumidero cuando los acumulan. La translocación sigue la dirección de las fuentes a los sumideros y se explica por la hipótesis de flujo de presión:
- En las fuentes: Las células fotosintéticas introducen la sacarosa en el floema por transporte activo, lo que supone un aumento de la concentración del soluto. El agua del xilema pasa por ósmosis desde los vasos leñosos a los tubos cribosos situados de forma paralela y próximos unos a otros.
- En los sumideros: Las células extraen sacarosa de los tubos cribosos. Al disminuir la concentración de solutos, el agua regresa por presión osmótica al xilema.