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TEMA 6: EL PROCESO DE RELACIÓN DE LAS PLANTAS

INDICE:

1.- LA FUNCIÓN DE RELACIÓN EN LAS PLANTAS.

2.- HORMONAS VEGETALES.

3.- MOVIMIENTOS EN PLANTAS

Los tropismos.

Las nastias.

4.- DESARROLLO EN PLANTAS.

Crecimiento y diferenciación en las plantas.

Fases del desarrollo de una planta.

Dpto. Biología-Geología Prof. Elena Díaz Pedroche

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1.1. La función de relación en las plantas.

La función de relación consiste en la capacidad que tienen los seres vivos para captar estímulos

de los medios externo e interno y elaborar respuestas adecuadas que aseguren su

supervivencia.

Como las plantas no tienen sistema nervioso y sus respuestas ante los estímulos no son tan

evidentes como en animales, a veces las vemos como organismos pasivos e indefensos. Nada

más lejos de la realidad. ¿Te has preguntado alguna vez qué estrategias tienen las plantas para

buscar agua o crecer hacia la luz?, ¿cómo «saben» las plantas cuál es el mejor momento para

florecer o por qué maduran los frutos?

En esta unidad vamos a intentar responder a estas cuestiones y muchas más sobre la función

de relación de las plantas en las distintas fases de su ciclo vital.

Para detectar estímulos, las plantas poseen unas células especializadas que funcionan como

receptores y se encuentran en la epidermis de sus órganos. Existen distintos tipos de

receptores en función del estímulo: fotorreceptores (detectan luz), termorreceptores

(detectan cambios de temperatura), mecanorreceptores (sensibles a la presión), etcétera.

Una vez detectados los estímulos, se producen cambios en las células vegetales para darles una

respuesta adecuada. En gran parte, estas respuestas están reguladas por unas sustancias

llamadas hormonas vegetales o fitohormonas.

La secuencia en la función de relación es la siguiente:

Estímulo percepción cambios celulares respuesta

1.2.- Hormonas vegetales.

Las fitohormonas son sustancias químicas de distinta naturaleza producidas por tejidos poco

diferenciados, como los meristemáticos o los embrionarios, desde donde viajan a los órganos

diana para ejercer su acción.

El transporte hormonal se realiza bien célula a célula, atravesando la pared vegetal, o bien a

través de los vasos conductores. En las células diana, las fitohormonas se unen a receptores,

que suelen ser proteínas de membrana o moléculas presentes en el citoplasma,

desencadenando diferentes procesos, como el alargamiento de las células, la caída de las hojas

o la floración.

Los principales tipos de fitohormonas son:


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1.3.- Movimientos en plantas.

Por su forma de vida autótrofa, las plantas necesitan vivir ancladas al sustrato y no pueden

desplazarse. Sin embargo, esto no quiere decir que sean estáticas, ya que continuamente

producen movimientos como respuesta a ciertos estímulos del medio.


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Entre todos los factores externos que afectan a las plantas, destacan estímulos como la luz, la

temperatura, las sacudidas del viento, el agua, la concentración de distintas sustancias

químicas, el contacto con distintos soportes, etcétera.

Ante estos estímulos, las plantas ofrecen distintas respuestas en forma de movimientos. Todas

estas respuestas buscan aprovechar mejor los recursos que les ofrece el medio.

Los movimientos de las plantas se pueden clasificar en tropismos y nastias.

Los tropismos.

Los tropismos son movimientos de la planta o de alguno de sus órganos como respuesta a un

estímulo externo que actúa en una sola dirección. Este movimiento se consigue mediante

el crecimiento de la planta hacia el estímulo, y la transformación es permanente.

Si el órgano que se mueve lo hace en la misma dirección que el estímulo, se denomina

ortotropismo, y si lo hace con cierta inclinación, plagiotropismo.

Si el órgano de la planta se acerca al estímulo, se dice que el tropismo es positivo; si se aleja, se

dice que es negativo.

Los principales estímulos que provocan tropismos en las plantas son la luz, la dirección de la

fuerza de gravedad y la concentración de sustancias.

a) La luz.

La luz es un factor vital para las plantas porque es necesaria para hacer la fotosíntesis.

Lógicamente, para aprovechar al máximo las mejores condiciones lumínicas, la parte aérea del

vegetal crecerá hacia el estímulo luminoso.

El crecimiento de una planta generado por la luz se denomina fototropismo.

La mayoría de los tallos presentan fototropismo positivo, y las hojas y ramas, plagiotropismo.

En cambio, se ha comprobado experimentalmente que las raíces poseen fototropismo

negativo.

Las auxinas son las hormonas vegetales que controlan estos movimientos. En los tallos, la luz

inhibe la síntesis de esta hormona y, por lo tanto, se produce un desequilibrio en el crecimiento

entre la zona iluminada y la zona no iluminada de la planta. La no iluminada, al tener más

concentración de auxinas, crece más y obliga a la iluminada a curvarse hacia la luz.

En las raíces ocurre al revés, porque, en este caso, las concentraciones moderadas de auxinas

no estimulan, sino que inhiben, el alargamiento de las células.

b) La dirección de la fuerza de la gravedad.

Como sabes por la asignatura de Física y Química, la gravedad es una fuerza que se dirige hacia

el centro de la Tierra.


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Las plantas tienen mecanismos para detectar la dirección de esta fuerza y aprovecharla en su

propio beneficio.

Cuando germina una semilla, independientemente de la posición en la que se encuentre, el

tallo crece en contra de la fuerza gravitatoria, lo que le permite atravesar el sustrato en busca

de la luz antes de que se acaben las reservas de la semilla. La raíz se dirige hacia abajo, a favor

de la gravedad, en busca de agua y sales minerales.

El crecimiento de una planta inducido por la dirección de la fuerza de la gravedad se llama

geotropismo.

En general, el tallo presenta geotropismo negativo; las raíces, geotropismo positivo; y las ramas

y raíces secundarias, plagiogeotropismo.

El geotropismo también está controlado por las auxinas. La explicación es muy sencilla en los

tallos, pero no en las raíces, donde el mecanismo aún no está claro.

Cuando se dispone un tallo en la horizontal, se produce un desplazamiento de la auxina hacia la

parte inferior del órgano. Este desplazamiento produce un mayor crecimiento de la zona

inferior, que provoca una curvatura hacia arriba.

Las plantas detectan la fuerza de la gravedad mediante unas células especializadas, llamadas

estatocistos, que se encuentran en la cofia de la raíz y en el ápice de los tallos. Los estatocistos

poseen amiloplastos que se desplazan hasta conseguir situarse en la parte inferior de la célula,

siguiendo el sentido de la gravedad.

La posición de los amiloplastos desencadena la síntesis de auxinas en la raíz y en el tallo. La

presión de los amiloplastos sobre determinados orgánulos de la célula produce la apertura de

los canales para el Ca2+ que se encuentran en la membrana plasmática. Este proceso provoca

una distribución desigual de estos iones que es la causante de que se produzca la síntesis y

transporte de auxina a las zonas de crecimiento.

c) El contacto con un sólido.

Algunos vegetales son capaces de modificar su crecimiento cuando entran en contacto con un

sólido. Esta respuesta es muy importante para las plantas trepadoras, que se han especializado

en crecer sobre soportes. De esta manera, consiguen una posición adecuada para aprovechar

mejor los recursos del medio.

El crecimiento de la planta al ser estimulada por el contacto con un sólido se denomina

tigmotropismo.

Un ejemplo muy llamativo de tigmotropismo se da en los zarcillos de las vides, Vitis vinifera. Al

tocarlas con una vara, se produce una inhibición del crecimiento en el lado donde se ha

producido el contacto, pero el lado opuesto sigue creciendo, consiguiendo así que el zarcillo

abrace el soporte.


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d) La presencia de sustancias químicas.

La vida de cualquier vegetal depende de su capacidad para detectar y reaccionar ante ciertas

sustancias químicas. Cuando las sustancias sean necesarias para la vida vegetal, la planta

crecerá hacia ellas. Si las sustancias son perjudiciales, la planta responde creciendo en sentido

contrario para conseguir alejarse.

El crecimiento de una planta provocado por la presencia de sustancias químicas se denomina

quimiotropismo.

El quimiotropismo es notable en la raíz, puede ser positivo o negativo, dependiendo de la

naturaleza o la concentración de la sustancia que se encuentre en el suelo. Por ejemplo, las

raíces también respiran y, por ello, se dirigen hacia zonas aireadas del terreno, este tipo de

quimiotropismo se le denomina aerotropismo.

En el tallo, el quimiotropismo no tiene mucha importancia, aunque hay excepciones como es

el caso de la cuscuta, planta parásita cuyo tallo crece orientado hacia determinados vegetales

hospedantes. Parece ser que los responsables de esta atracción son unos alcoholes y esencias

volátiles presentes cerca de las plantas parasitadas.

Las natias.

Las nastias son movimientos rápidos y reversibles de la planta como respuesta a la presencia de

un factor externo, pero, a diferencia de los tropismos, no influye en ellos la dirección del

estímulo.

Las nastias suelen producirse por un cambio de turgencia en las células vegetales del órgano,

que varían su volumen por absorción o pérdida de agua. Los estímulos que provocan nastias

son la temperatura, la luz, las sacudidas del vegetal, etcétera.

a) La temperatura

Temperaturas muy frías podrían dañar estructuras vitales para la planta, como las

reproductoras. Las plantas detectan estos estímulos térmicos y responden a ellos. En este

sentido, son muy importantes los movimientos de apertura y cierre de las flores.

Las nastias provocadas por la temperatura se llaman termonastias.

Un ejemplo de termonastia se da en la planta del azafrán (Crocus sativus). Cuando hace frío las

flores permanecen cerradas, pero se abren en menos de cinco minutos si la temperatura

aumenta entre 15 y 20 ºC.

b) La luz

Ya sabes que la luz es un factor vital para las plantas y que su parte aérea crece, de manera

permanente, buscándola para realizar la fotosíntesis (fototropismo positivo). Pero, además,


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para las plantas también es importante detectar las variaciones diarias en la intensidad de la luz

y responder ante ellas.

Las nastias provocadas por la luz se llaman fotonastias.

A lo largo del día, una luminosidad elevada y altas temperaturas pueden ser muy perjudiciales

para la planta, porque podrían provocar una pérdida excesiva de agua. Cuando la planta

detecta estos dos estímulos responde cerrando los estomas de sus hojas mediante cambios

osmóticos en las células oclusivas. Así, consigue controlar la pérdida de agua por transpiración.

Otra acción combinada de la luz y la temperatura es la que se produce en las hojas de la falsa

acacia (Robinia pseudoacacia). Durante el día sus hojas están abiertas, y durante la noche están

plegadas. De esta manera, la planta evita las pérdidas de calor.

Las fotonastias son muy frecuentes en las flores. Por ejemplo, un prado en la época de floración

presenta un aspecto totalmente diferente en los días nublados y en los días luminosos.

c) La sacudidas del vegetal

Algunas plantas también pueden detectar y responder con movimientos rápidos y reversibles a

sacudidas provocadas por el viento, la lluvia o por los seres vivos. Estas respuestas forman parte

de las estrategias que utilizan muchas plantas para mejorar sus procesos reproductivos,

alimentarios, etcétera.

Las nastias provocadas por el contacto o sacudida del vegetal se llaman seismonastias.

Un ejemplo de seismonastia es el cierre de algunas hojas de las plantas carnívoras, como la

Dionaea muscipula y la Drosera rotundifolia, con el fin de atrapar pequeños insectos. La planta

detecta su presa gracias a unos pelos sensoriales que se encuentran en la superficie interna de

las hojas. El contacto con el insecto provoca un cambio en el potencial eléctrico de las células

similar al potencial de acción generado en las neuronas.

También son muy llamativos los movimientos seismonásticos que se producen en la Mimosa

púdica, cuyas hojas se pliegan cuando se tocan. Si la respuesta ha sido provocada por un golpe

fuerte, la excitación puede propagarse a otras zonas del vegetal alejadas hasta 50 cm del punto

donde comenzó el estímulo.

Sin embargo, si el estímulo continúa, las hojas se habitúan y acaban por abrirse. Este

mecanismo es importante para evitar que las hojas permanezcan cerradas durante mucho

tiempo ante estímulos prolongados, como una fuerte tormenta o el viento.

1.4.- Desarrollo en plantas.

Los procesos de desarrollo en plantas implican, por un lado, el crecimiento y, por otro, la

diferenciación celular, que da lugar a los distintos tejidos y órganos de la planta. Ambos

procesos son difíciles de separar, ya que el crecimiento va muy unido a la diferenciación y

viceversa.


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Crecimiento y diferenciación en las plantas

El crecimiento es el aumento de masa de la planta y está determinado por dos procesos

diferentes: la división celular y la elongación de las células por dilatación.

a) División celular

Cuando una célula llega a un tamaño crítico, se divide. El aumento de células por división en los

tejidos meristemáticos produce la elongación del órgano. La división de las células está

regulada fundamentalmente por la presencia de citocininas.

Para que se forme un vegetal es necesario que las células se especialicen para originar los

diferentes tejidos y órganos. Esto se consigue gracias a una fina regulación a nivel molecular

que permite que se expresen ciertos genes y no otros.

Esta regulación viene determinada por fitohormonas y por factores externos como la luz, la

temperatura o la presencia o ausencia de ciertos nutrientes.

b) Elongación celular

Las células consiguen alargarse, sin dividirse, porque aumentan de volumen al absorber agua,

que almacenan en sus vacuolas. La entrada del agua ejerce una presión sobre la pared vegetal,

que es capaz de extenderse, lo que permite el crecimiento de la célula.

Este proceso está mediado por auxinas, que inducen la pérdida de rigidez de la pared celular.

Fases del desarrollo de una planta

Como consecuencia de la acción de las hormonas y de factores externos, como la luz, la

temperatura, la presencia de agua, etc., la planta va a experimentar una serie de fases de

desarrollo a lo largo de su vida. Estas fases son:

Germinación de la semilla.

Crecimiento vegetativo.

Floración.

Formación de la semilla y del fruto.

Senescencia.

a) Germinación de las semillas.

Las semillas son las estructuras reproductivas de la planta que aseguran la perpetuación de la

especie porque protegen al embrión frente a las condiciones ambientales adversas y aseguran

la dispersión de la planta. Cuando las condiciones del medio son favorables (temperaturas

suaves y presencia de agua), se produce la germinación de la semilla, es decir, el desarrollo y

crecimiento del embrión.


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En nuestras latitudes, la mayoría de las semillas se producen en otoño, pero no germinan en

ese momento, porque la nueva planta se moriría en las condiciones adversas de invierno.

Este periodo de espera se denomina fase de latencia o dormición. Las semillas germinan en la

primavera, cuando la temperatura y la humedad son adecuadas.

Las semillas detectan la época del año adecuada para germinar gracias a la acción de dos

hormonas que actúan secuencialmente:

El ácido abscisico impide el crecimiento del embrión dentro de la semilla y, además,

favorece el almacenamiento de sustancias de reserva. Las bajas temperaturas del

invierno destruyen esta hormona y la semilla sale de su estado de latencia preparada

para germinar en primavera.

Las giberelinas estimulan la germinación porque inducen la formación de enzimas

hidrolíticas, como la amilasa. Estas enzimas rompen las sustancias de reserva, liberando

glucosa, ácidos grasos y aminoácidos que serán utilizados por el embrión para

desarrollarse.

Una vez que el embrión rompe los tejidos que lo protegen, la plántula necesita que la raíz

crezca hacia abajo en busca de agua y sales minerales, y el tallo lo haga hacia arriba en busca de

la luz. Como ya sabes, estas respuestas son el geotropismo y el fototropismo, y están reguladas

por las auxinas.

b) Crecimiento vegetativo

El crecimiento vegetativo comienza cuando la plántula es capaz de absorber agua y sales

minerales del suelo y transformarlas en materia orgánica mediante la fotosíntesis. Durante este

proceso, la planta joven se convierte en una planta adulta. Crece en longitud y en grosor, y

aparecen los tejidos y órganos especializados.

En esta fase del ciclo vital de la planta es muy importante que exista un equilibrio entre el

desarrollo de ramas laterales y hojas, y el crecimiento de la raíz. Este equilibrio se consigue por

la acción coordinada de las auxinas y las citocininas, por un lado, y de las giberelinas, por otro.

Las auxinas y las citocininas regulan el crecimiento conjunto de la planta.

En un principio, las auxinas estimulan el crecimiento apical del tallo y el crecimiento y

ramificación de las raíces. Estas raíces empiezan a producir grandes cantidades de citocininas,

que a su vez promueven el desarrollo del aparato fotosintético de las plantas: ramas laterales,

hojas y clorofila.

En las plantas con raíces muy pequeñas, la cantidad de citocininas que se sintetiza es menor,

por lo que el desarrollo de la parte aérea de la planta también lo es. No tiene ningún sentido

para la planta seguir desarrollando su parte aérea si la raíz no le proporciona una cantidad

adecuada de agua y sales minerales.

Las giberelinas también promueven el crecimiento en longitud del tallo.


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c) Floración

Una vez que la planta alcanza la madurez, comienza su fase reproductiva con la formación de

las flores. La floración debe producirse con la suficiente antelación para que la semilla y el fruto

se desarrollen antes de que lleguen las épocas frías.

Según los requerimientos de luz para florecer, las plantas se clasifican en: plantas de día corto,

de día largo y de día neutro.

Plantas de día corto (PDC): son aquellas que requieren fotoperiodos cortos, es decir, no

rebasar un máximo de horas diarias de iluminación para poder florecer. A este tipo de plantas

pertenecen el tabaco (Nicotiana tabacum), el crisantemo (Chrisanthemum morifolium) y la soja

(Glycine max).

Plantas de día largo (PDL): son aquellas que requieren fotoperiodos largos, es decir, rebasar un

mínimo de horas diarias de iluminación para poder florecer. Las plantas más conocidas dentro

de este grupo son la lechuga (Lactuca sativa), la avena (Avena sativa) y la zanahoria (Daucus

carota).

Plantas de día neutro (PDN): son aquellas que florecen independientemente de la duración del

fotoperiodo. Algunas de estas plantas son la patata, Solanum tuberosum, la judía, Phaseolus

vulgaris, y el algodón, Gossypium hirsutum.

Fotoperiodo: es la relación que existe entre las horas de luz y las de

oscuridad. Regula muchos procesos biológicos, como la floración, la

puesta de huevos en aves y la ovulación de las ovejas.

El fitocromo presenta dos formas intercambiables, una activa llamada

Pfr y otra inactiva llamada Pr. La forma activa induce la floración de

las plantas de día largo, mientras que inhibe la floración de las plantas

de día corto. La molécula de fitocromo se sintetiza en forma Pr y se


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acumula en las hojas. Durante el día, la luz provoca el cambio de Pr a Pfr. Durante la noche, la

forma Pfr se convierte en Pr.

Las plantas de día corto florecen cuando las noches son suficientemente largas para que el Pfr

se degrade total o parcialmente y no pueda inhibir su floración. Las plantas de día largo

florecen cuando las noches son más cortas y queda suficiente Pfr para favorecer su floración.

Los florigenos son sustancias que actúan como hormonas y viajan desde las hojas, donde se

forman, hasta las yemas, induciendo la floración. La duración del día es fundamental para que

estas sustancias se formen, y el «sistema de aviso» sería la síntesis del fitocromo.

d) Formación de la semilla y el fruto

Una vez formada la flor, se produce el transporte de los granos de polen al ovario (polinización)

y la unión del gameto femenino y el masculino (fecundación), dándose lugar a una semilla y al

desarrollo de un fruto. El desarrollo y maduración de las semillas y los frutos están regulados

por las siguientes hormonas: citocininas, auxinas, qiberelinas y etileno.

Las citocininas son las responsables del desarrollo de la semilla.

Las auxinas o giberelinas liberadas por el polen estimulan al ovario para que comience a

convertirse en fruto. Las semillas en desarrollo liberan más auxinas o giberelinas y continúan

con este proceso, y así se sigue acumulando almidón y otros nutrientes en el fruto.

El etileno es la hormona responsable de la maduración de los frutos. La planta necesita que los

frutos maduren cuando ha terminado el desarrollo de las semillas. Las semillas maduras liberan

grandes cantidades de auxina, que provocan la síntesis de etileno. El etileno descompone la

clorofila de los frutos y favorece la hidrólisis del almidón en azúcares.

De esta manera, se obtienen frutos dulces, más blandos y de colores brillantes, que resultan

muy atractivos para los animales que los ingerirán, y diseminarán las semillas maduras. En las

zonas templadas, la mayoría de los frutos maduran en otoño, y los animales consiguen reservas

para pasar el duro invierno.

e) Senescencia o envejecimiento de los frutos y otros órganos

Una vez que el fruto ha madurado, se produce su caída o abscisión, y la planta se prepara para

pasar el invierno. Las flores se marchitan y las hojas se pierden porque durante el invierno no

podrán realizar la fotosíntesis, y a la planta le resultaría muy costoso mantenerlas.

La caída de frutos, hojas y flores se ve favorecida por la presencia de ácido abscísico y etileno.

Estas hormonas estimulan la formación de la zona de abscisión, una capa delgada de células

que se sitúa cerca de la unión del tallo con las hojas y frutos. Estas células, bajo la acción

hormonal, producen enzimas que digieren la pared celular de los tejidos viejos y provocan su

caída.


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Los frutos, flores y hojas acabarán por desprenderse.

1.- Germinación de la semilla.

2.- Crecimiento vegetativo.

3.- Floración.

4 y 5.- Fructificación y senescencia.

6.- Semillas.

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