¡Descarga funcionament plantes y más Ejercicios en PDF de Biología solo en Docsity!
5.FUNCIONAMENT DE LES PLANTES
1.TRANSPORT I NUTRICIÓ MINERAL
1.1.Absorció i transport d’aigua i nutrients. El transport d’aigua I nutrients es du a terme dins els teixits conductors de la planta: el xilema i el floema. Però, com es fa el transport d’aigua al xilema? En la transpiració d’aigua que es dóna a les fulles es crea un buit. Aquest fet fa que l’aigua ascendeixi per la tija i es dispersi per la planta. L’aigua i els nutrients entren per l’arrel, que té uns pels reticulars que incrementen l’absorció. L’aigua travessa totes les capes de cèl·lules fins a arribar als vasos conductors. Passa (d’exterior a interior) l’epidermis, el còrtex, l’endodermis (que té una banda de caspari, que té suberina, una proteïne impermeable que evita que l’aigua del floema surti cap al’exterior) i arriba al sistema vascular. Via apoplast : l’aigua es mou a través dels espais intercel·lulars i les parets cel·lulars. Via cel·lular : es passa per l’interior de les cèl·lules. Aquesta via pot ser:
- Transmembrana: a través de les membranes cel·lulars.
- Simplàstica: a través dels plasmodesmes. la banda de Caspari obliga a que l’aigua passi dins la cèl·lula, de manera que aquesta ja és filtrada abans d’arribar al xilema (només entra dins la planta allò que li serà útil). El xilema representa lapart més llarga del transport d’aigua dins la planta (el 99.5% del recorregut de l’aigua té lloc al xilema). Tipus de cèl·lules del xilema:
- Conductores d’aigua: traqueides i tràquees.
- D’emmagatzematge: parenquimàtiques.
- Amb funció de suport o mecànica: esclereides i fibres. TRÀQUEES TRAQUEIDES ✓ Diàmetre de 20- 700 μm ✓ Sobretot en angiospermes ✓ Més evolucionades, gruixudes i curtes ✓ Als extrems tenen plaques de perforació, unes estructures obertes que connecten dues cèl·lules ✓ Diàmetre de 10- 50 μm i fins a 3cm de llarg ✓ Tant en angiospermes com en gimnospermes ✓ Més antigues, llargues i fines ✓ Estan solapades i tenen porus per on l’aigua flueix
Les cèl·lules madures del xilema són cèl·lules mortes, no tenen citoplasma, ni membrana, orgànuls... són tubs buits i a vegades lignificats per tal d’assegurar la bona circulació de l’aigua. La transpiració (mmol d’H 2 O/m^2 s) és la pèrdua d’aigua en forma de vapor des de la planta cap a l’atmosfera. Aquesta es produeix a través dels estomes, que a la vegada capten els gasos. El mateix porus perd aigua i capta gas. Per això, s’ha de regular l’obertura del porus per tal de no perdre aigua en excés. La transpiració mobilitza grans volums d’aigua: ▪ 100 - 500 kg d’aigua per cada kg de pes sec produït ▪ 5 tones d’aigua per mes (un arbre) Els estomes tenen diferents òrgans: ostíol + 2 cèl·lules oclusives i, a vegades, 2 cèl·lules subsidiàries (acompanyants). Les cèl·lules oclusives són unes vàlvules hidràuliques que absorbeixen l’aigua i els ions. Això dóna turgència a la cèl·lula i el porus s’obre. La cèl·lula es corba quan està en turgència perquè té fibres de cel·lulosa. Per contra, si la cèl·lula perd aigua, els porus es tanca. Els estomes es troben a la majoria de les plantes excepte a les plantes aquàtiques submergides i hepàtiques. L’ abundància dels estomes depèn: ❖ Espècie ❖ Posició de la fulla (les fulles més exposades al sol tenen més estomes però més petits, per facilitar la seva obertura, ho poden regular millor, “bajo control”, eviten perdre H 2 O) ❖ Condicions de creixement Els valors freqüents van de 100-300 estomes/mm^2 , tot i que s’han trobat fulles amb més de 1000 estomes/mm^2. La distribució dels estomes depèn del tipus de fulles: ❖ Amfistomàtiques: els estomes estan repartits entre les dues cares de la fulla, com en moltes gramínies, ja que per la forma de la fulla, les condicions de sol en cada punt són diferents. ❖ Hipostomàtiques: la major part dels estomes es troben a la cara abaxial (inferior). És el cas de la majoria de les plantes llenyoses. ❖ Amb estomes només a l’anvers (dalt): les plantes aquàtiques amb fulles flotants, com els nenúfars.
Un element és deficient quan la concentració que es troba en els teixits de la planta és menor que la concentració que permet un creixement màxim. Són més abundants les deficiències de macronutrients. 2.FOTOSÍNTESI 2.1.Cloroplasts Les plantes són organismes fotoautòtrofs: la llum ñes la seva font d’energia per a sintetitzar substàncies orgàniques. 6CO 2 + 6H 2 O + llum C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Aquesta reacció té lloc als cloroplasts, uns orgànuls de les cèl·lules fotosintètiques que es troben principalment en teixits interns de les fulles (cèl·lules del mesòfil). Hi ha una 30- 40 plasts per cèl·lula. Els cloroplasts tenen una doble membrana. Aquestes dues membranes estan separades per una solució aquosa: l’estroma. La membrana tilacoidal uneix i envolta els tilacoides (el seu interior s’anomena lumen). La clorofil·la està unida a la membrana tilacoidal. 2.2.Fases de la fotosíntesi La fase lluminosa (FOTO) té lloc a les membranes tilacoidals i la fase fosca (SÍNTESI) a l’estroma. En la fase lluminosa l’aigua reacciona amb els compostos catalitzats per la llum i crea ATP i NADPH que s’empren per la fixació de carboni (tot i que es diu fase fosca, depèn indirectament de la llum, ja que necessiten l’ATP i NADPH que aquesta ha permès fabricar). 2.3.La naturalesa de la llum solar La radiació solar va de rajos gamma a ones de radio i nosaltres veiem una petita part (380- 760 nm: els colors). La longitud d’ona és la distància entre dos pics: el vermell té molta distància i el blau-lila poca. La longitud és inversament proporcional a l’energia del fotó: a menor energia del fotó, major longitud d’ona. 2.4.Pigments fotosintètics: els receptors de la llum Les fulles són verdes perquè els pigments fotosintètics absorbeixen la llum de blau i vermell i reflecteixen la del verd. Les clorofil·les i carotenoides tenen absorció a determinades longituds d’ona, però no a les del verd. Engelmann, a l’any 1883 va agafar una alga filamentosa i l’exposà a diferents longituds d’ona. Va afegir-hi bacteris aeròbics, que consumeixen l’O 2 produit per la planta. D’aquesta manera, observa que hi ha molts bacteris a la regió del blau, violeta, vermell i taronja: llocs on hi ha cloroplasts que absorbeixen la llum.
La llum és capturada per pigments: o Clorofil·les a i b (l’a és més hidrofòbica i hidrosoluble que la b) o Carotenoides, que poden ser carotens (C, H) o xantofil·les (C,H,O). Les darreres no participen en la fotosíntesi Els carotenoides tenen funció de protecció ja que dissipen l’excés d’energia que es reb, perquè sinó es crearien substàncies tòxiques o es degradarien els cloroplasts. Són antioxidants i són de color vermellós-ataronjat. Una molècula de clorofil·la absorbeix un fotó, que passa d’estar d’estat fonamental a estat excitat (inestable), i ha de dissipar l’energia en forma de calor o de fosforescència. Els fotosistemes tenen complexes captadors de llum (complexe antena), que la transporten fins al centre de reacció, compost de dues molècules de clorofil·la a i un acceptor primari d’electrons. 2.5.La fase lluminosa
- Fotosistema I (PSI) o P700: les clorofil·les a tenen un pic d’absorció a 700nm
- Fotosistema II (PSII) o P680: les clorofil·les a tenen un pic d’absorció a 680nm Les clorofil·les són diferents (tenen diferents característiques) segons la seva unió a la proteïna de membrana. Hi ha dues possibles vies per al flux electrònic: cíclic o no cíclic. FLUX ELECTRÒNIC NO CÍCLIC Es la via dominant. Els dos fotosistemes treballen junts de forma simultània i contínua. El fotosistema 2, en captar un fotó, un electró s’excita i el capta l’acceptor primari d’electrons i es dóna la cadena de transport d’electrons. L’electró va perdent energia, que s’utilitza per a
Nota: no es capturen 6 molècules de CO 2 , sinó que el cicle es produeix sis vegades per tal d’obtenir el producte. 2.7.Importància La fotosíntesi crea esquelets de carboni bàsics per a la síntesi de la gran diversitat de molècules orgàniques dels vegetals: Gicer-aldehid- 3 - fosfat (G3P):
- Sucres de sis carbonis (glucosa o fructosa): i se’n formen d’encara més complexes a través d’aquestes. Són la sacarosa, el midó i la cel·lulosa.
- Aminoàcids, àcids grassos, altres molècules orgàniques. És la font energètica per a pràcticament tots els éssers vius i hi ha d’haver un equilibri entre la fotosíntesi i la respiració. A escala global la fotosíntesi explica la presència d’O 2 a l’atmosfera. Cada any elabora uns 160 mil milions de tones d’hidrats de carboni. També contribueix a reduir el ritme d’escalfament global que s’està produint. 3.CREIXEMENT I DESENVOLUPAMENT 3.1.Desenvolupament vegetal = morfogènesi La morfogènesi és el conjunt de canvis que es produeixen durant la vida d’una planta en la seva mida (creixement) i en la seva estructura i funció (diferenciació). Respon a diferents factors de regulació: ➢ Ambientals: durada del dia, precipitació, temperatura... ➢ Interns: expressió gènica, fitohormones... 3.2.Fitohormones Les fitohormones, o hormones vegetals, són compostos orgànics presents en concentracions molt baixes. Són senyals químics entre cèl·lules i coordinen i regulen diversos aspectes del funcionament i del desenvolupament vegetal. El tropisme és la resposta de creixement que té com a resultat la curvatura de la planta. Està sota control hormonal. Es varen fer diferents experiments, els primers realitzats per Charles i Francis Darwin a finals del segle XIX. Observaren que les gramínies s’inclinaven cap allà on hi havia llum. Si tapaven les puntes de les tiges d’aquestes plantes, la planta no s’inclinava, fet que demostrava que l’àpex detectava la llum. Boysen-Jensen al 1913 comprovaren que si posaven gelatina entre dues parts de la tija tallada, aquesta es seguia inclinant cap a la llum: el moviment el regula una substància química que pot travessar la gelatina.
3.3.Grups principals de fitohormones AUXINA de “auxein” que vol dir créixer No és una única molècula, sinó una “família” de molècules. Poden ser naturals, però també existeixen auxines artificials. Va ser la primera fitohormona descoberta. L’auxina més coneguda és l’AIA (Àcid indol acètic). Llocs de síntesi: meristemes apicals dels brots, fulles joves i llavors. Efectes principals: Afavoreixen...
- L’allargament cel·lular
- La dominància apical : no creix igual la tija principal que les tiges secundàries. Les auxines inhibeixen el creixement de les gemmes laterals. La major concentració d’auxina es troba a la part alta de la tija, per tant hi ha més branques laterals a la part baixa de la planta.
- La formació d’arrels adventícies : si hi ha més concentració d’ANA (àcid naftalè acètic sintètic) es formen més arrels secundàries.
- El desenvolupament del fruit : les llavors en desenvolupament sintetitzen auxines, fet que fa que el fruit creixi més. Si s’ajunta l’ovari de la planta amb auxines (sense fecundació) es creen fruits sense llavors!! Això és d’interès comercial perquè no cal pol·linitzar per obtenir fruit (tot i que són més petits que els fecundats). GIBERAL·LINES Llocs de síntesi: meristemes apicals i arrels, fulles joves, embrió de les llavors. Existeixen només de forma natural i n’hi ha més de 100 tipus diferents. A Xina hi havia plantes amb sobrecreixement de tiges d’arròs provocat per un fong que produïa giberal·lines en la planta. Posteriorment es va descobrir que la planta també en produïa per sí sola. Efectes principals: Estimulen...
- L’allargament de la tija i la floració : a major concentració de giberal·lines durant la germinació, major elongació de la tija i dels peduncles de la flor.
- El creixement del fruit : si la tija del raïm és més llarga, cada raïm tindrà més espai entre es altres. Això provoca que pugui créixer més (té més lloc per a fer-ho) i pot evitar la propagació de fong o altres microorganismes.
- La germinació : les llavors es sequen en dipositar-se al sòl, i, fins que no s’hidraten no germinen. En aquest moment la llavor secreta giberal·lines, que fa que s’activi la síntesi d’enzims hidrolítics (com l’alfamilasa que hidrolitzarà el midó) per obtenir el nutrients necessaris per créixer. CININES Llocs de síntesi: arrels. La zeatina va ser la primera descoberta al 1963. Efectes principals:
- Estimulen la divisió cel·lular (citocinesi) :
- Inhibeixen la dominància apical : estimulen el creixement de les gemmes axil·lars. Té l’efecte contrari a l’auxina i segon la concentració de cada una el resultat varia.
- Endarrereixen l’envelliment : s’utilitza per conservar les plantes acabades de tallar.
➢ Fitocroms Són pigments proteínics verd-blaus, fotoreceptors principalment de llum vermella. Intervenen en: o Germinació de les llavors fotosensibles : hi ha llavors sensibles a la llum. Es va experimentar amb llavors de lletugues que s’irradiaven amb llum vermella i/o vermella llunyana. Les que rebien llum vermella en darrer lloc, germinaven molt: només és important la darrera llum que reben abans d’estar en foscor. Els fitocroms estan a les plantes en forma de dos isòmers, Pr (més estable, absorbeix el vermell 600 - 700nm) i Pfr (absorbeix el vermell llunyà 700 - 800nm). Si el Pfr absorbeix vermell llunyà, es converteix en la forma inactiva Pr. La síntesi es produeix en forma de Pr: el sol del matí desprèn llum vermella, que afavoreix la transformació de Pr a Pfr, fent que la llavor germini en condicions adequades. o Evitació de l’obra en les plantes de sol : les plantes del sotabosc reben més llum vermella llunyana, de manera que el Pfr es converteix en Pr i s’afavoreix el creixement de la planta que necessita sol. En canvi, les plantes que reben molta llum solar, tindran molt Pfr i la seva resposta serà fer ramificacions i inhibir el creixement vertical. o Ritmes circadians : són processos vegetals que es produeixen amb una freqüència aproximada de 24hores i que persisteixen sense estímuls ambientals externs. Són regulats pels rellotges biològics que s’ajusten per la llum. Quan es manté la planta en foscor durant diversos dies, aquests ritmes deixen d’ajustar-se a 24h es desajusta el rellotge biològic. El fitocrom (els canvis de Pr i Pfr) ajuda en el calibratge ja que això permet a la planta cronometrar-se i sincronitzar els estadis de desenvolupament a la estació en què es troba. o Abscisió foliar o Formació de pigment en flors, fruits i fulles o El control de la floració : Cada planta floreix en diferents condicions:
- Plantes de dia curt (nit llarga>12/14h). Floreixen a finals d’estiu, a la tardor o hivern. Ex: crisantems.
- Plantes de dia llarg (nit curta<12/14h). Floreixen a finals de primavera o principi d’estiu. Ex: lliri, enciam, espinacs.
- Plantes de dia neutre (no hi ha gairebé diferenciació d’estacions. Són les plantes que viuen aprop de l’equador). Ex: arròs, gira-sol, ceba.
- Plantes de dia neutre: floreixen quan el dia i la nit tenen una duració intermèdia. Ex: canya de sucre. Les plantes detecten la duració de la nit, no la duració del dia. Si s’interromp la nit amb llum vermella la planta “creu” que és de dia, i que per tant les nits són curtes. Si s’interromp amb llum vermella llunyana, la planta no considera que és de dia, i per tant, aquesta llum no la influeix.
A vegades també es necessita vernalització: pretractament amb fred per a induir la floració. El blat d’hivern no florirà si no ha estat exposar durant vàrie setmanes a temperatures inferiors a 10ºC. És suficient una fulla o inclús una petita porció de fulla per fer que TOTA la planta floreixi. No importa si la meitat de la planta està a les fosques, si una fulla rep llum, ja pot provocar la floració. El florígen és el senyal químic que les fulles envien a les gemmes apicals per a que iniciïn la floració. Si s’ajunten dues plantes i només una està exposada al fotoperíode correcte i les dues floreixen vol dir que una senyal ha passat a través d’elles. RESPOSTES A LA GRAVETAT Geotropisme o gravitropisme: creixement de la planta en resposta a la gravetat. El geotropisme és negatiu si creix en contra de gravetat (tija) i positiu si creix a favor (arrel). Es creu que a les cèl·lules de l’arrel hi ha uns orgànuls, els estatolits que contenen grans de midó que s’acumulen a la part baixa de les cèl·lules degut a la gravetat. Hi ha una sobreproducció d’auxina i les cèl·lules creixen menys, provocant una curvatura cap a baix. RESPOSTES A ESTÍMULS MECÀNICS Tigmomorfogènesi: canvis en la forma de les plantes com a conseqüència d’una pertorbació mecànica. Quan hi ha un senyal sensorial es crea un senyal elèctric, i un senyal químic provoca un moviment ràpid (ex: plantes carnívores). Les plantes trepadores tenen circells: quan detecten un contacte s’enrotllen al voltant de l’obstacle.
