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El perquè d'alguns comportaments de les plantes.
Josep Allué Creus Fisiologia Vegetal Universitat Autònoma de Barcelona
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LA PLANTA Importancia en el medio natural
• Ciclo de la energía: fotosíntesis
• Ciclo del oxígeno
• Ciclo del anhídrido carbónico
• Ciclo del nitrógeno
Autotrofía
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Utilidad de los vegetales
• alimento
• construcción y útiles de trabajo
• defensa y ataque (armas, muros, ...)
• comunicación escrita (papel) y de sentimientos (flor, estética y olor)
• energía (calefacción, industria, ...)
• salud
• placer (estética, gastronomía, olor,...)
• magia, religión.
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METABOLISMO
• En los organismos vivos los compuestos químicos son sintetizados y degradados por una serie de reacciones químicas.
• Ese proceso es conocido colectivamente como metabolismo e incluye el catabolismo (degradación) y el anabolismo (biosíntesis).
• Los vegetales son fábricas muy poco contaminantes que no atentan contra el equilibrio ecológico.
• En las plantas distinguimos dos tipos de metabolismo: el primario y el secundario.
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Metabolismo Primario
• El metabolismo primario vegetal comienza con la
fotosíntesis que convierte el carbono inorgánico del aire
(el anhídrido carbónico) en compuestos orgánicos y
energía química.
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Fotosíntesis
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En los vegetales el esquema es: CO2 + H2O + luz nitratos del suelo
hidratos de carbono nitrógeno orgánico
lípidos ácidos nucléicos aminoácidos
ADN, ARN proteínas
Metabolismo primario
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Metabolismo Secundario (I)
• Rutas metabólicas debidas a información genética más específica que las del metabolismo primario
• La línea divisoria entre metabolismo primario y secundario es bastante imprecisa. La interconexión entre ambos metabolismos ayuda a aumentar esa confusión.
• A partir de los compuestos del metabolismo primario el vegetal elabora una enorme variedad de compuestos químicos (más de 100.000)
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Metabolismo Secundario (II)
• Los metabolitos secundarios se pueden producir en algunos de los órganos de la planta o en toda ella
• A su vez, el metabolismo secundario está sujeto a los ciclos de la planta, tanto a un ciclo diario, como a un ciclo lunar u otros ciclos
• Según el período en que se encuentre la planta, podremos encontrar más cantidad de productos del metabolismo secundario, variando la concentración e incluso la proporción y composición de los productos.
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Metabolismo Secundario: Significación
• ecológica
• fisiológica para sus productores
• deshechos metabólicos
• filogenética (quimiotaxonómica).
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Fotosíntesis
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El agua en la planta
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a)elemento traqueal – flechas negras: deposición de la
pared secundaria – flechas blancas: unión entre
elementos traqueales b) Células del mesófilo c)Células del mesófilo
transformándose en elementos traqueales.
- Las flechas marcan el inicio del engrosamiento de la pared celular
- La célula ha iniciado el proceso de Muerte Celular Programada para perder el contenido citoplasmático
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16 elementos esenciales naturales:
C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo i Cl
Algunos solo para algunas plantas:
•Ni (Leguminosas)
•Co (en la fijación biológica del N atmosférico)
•Na (en halófilas, en niveles de macroelemento)
•Si (en algunas especies de gramíneas).
Según la concentración en la planta :
macronutrientes: 10-3 a 10-2 g.g-1 peso seco (desde C a Mg)
micronutrientes: 10-5 a 10-9 g.g-1 peso seco (desde Fe a Cl)
Nutrición mineral
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Disponibilidad minerales
• Concentración en el suelo
• Solubilidad, o no, de la sal
• Adsorción a micelas del suelo
• Capacidad de tamponación
• Capacidad de difusión del suelo
• Crecimiento de las raíces
• Excreciones de las raíces que interactúen con la absorción de minerales
• Intercambios con la raiz que modifican el pH
• pH del suelo (ionización de los elementos y el factor microbiano)
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pH <4,
1
4,1-4,5 4,6-5,2 5,3-6,4 6,3-7,4 >7,4
Alfalfa
Cebada
Remolacha
azucarera
Trigo
Guisante
Avena
Altramuz
Intervalos de crecimiento
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Crecimiento no nutricional de una planta
• Regulación interna: fitohormonas
– Auxinas, citoquininas, giberelinas, ácido
abscísico (ABA), etileno
• Regulación externa:
– Luz
– Gravedad
– Otros factores externos
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La luz en las plantas
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La luz en el crecimiento de las plantas
•Fitocromos: 600-750 nm; rojo cercano / rojo lejano •Criptocromo y fototropinas: 320-500 nm; UV-A, luz azul •Fotoreceptor UV-B: 282-320 nm, no identificado
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La luz y las fitohormonas en la germinación
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Northern Vigour®
•El hecho de que plantas crecidas en ciertas condiciones ambientales presentan mayor actividad que las crecidas en otras distintas ha sido demostrado científicamente por numerosos estudios.
•Como ejemplo de la importancia de este fenómeno indicaremos la existencia de una patente llamada Northern Vigour®, por parte de la Saskatchewan Seed Potato Grower’s Association de Canadá.
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Northern Vigour® en PM
Common name Scientific name Active ingredients monitored Echinacea Echinacea augustifolia phenolic acids:echinacosides, cynarin, chlorogenic acid; alkylamides Valerian Valeriana officinalis valerenic acid, bornyl acetate Burdock Arctium lappa chlorogenic acid Calendula Calendula officinalis flavonoids Catnip Nepeta cataria % essential oils, neptalactone, caryophyllene, caryophyllene oxide Milkthistle Silybum marianum silymarin
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Defensa de las plantas
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BIOTECNOLOGIA VEGETAL
REPRODUCCIÓN DE PLANTAS IN
VITRO
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Reproducción de plantas
Las plantas pueden reproducirse:
• generativamente (sexualmente):
• vegetativamente (asexualmente):
– “in vivo”: muy utilizada en la agricultura (estolones, estacas, etc.)
– “in vitro”: más fácil y eficaz
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Objetivos
Agronómicos
• mejora genética
• propagación
• conservación de especies
Industriales
• obtención de metabolitos
• como biocatalizadores
• plantas biofactoría (Biofarming)
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Características
• se realizan a microescala, o sea, en superficies relativamente pequeñas
• las condiciones ambientales son optimizadas en los factores físicos, nutricionales y hormonales
• los microorganismos y otros patógenos son eliminados
• se rompe el patrón normal de desarrollo vegetal; el tejido da lugar a un callo o se desarrolla de modo inusual
• los cultivos obtenidos (células individuales, protoplastos, etc.) permiten manipulaciones imposibles de realizar “in vivo”
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Ventajas
permite clonar en corto tiempo, en condiciones bien establecidas, un gran número de especies, potencialmente todas las plantas superiores.
Con ello se puede:
• obtener plantas maduras, o la parte de la planta que interese, en menos tiempo
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Ventajas
• obtenerlas en cualquier época del año
• ahorrar espacio de cultivo
• tener ausencia de enfermedades
• obtener uniformidad y reproducibilidad
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BIOTECNOLOGÍA VEGETAL: MANIPULACIÓN GENÉTICA
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Mejora genética vegetal
Se puede realizar por:
hibridación tradicional (plant breeding)
técnicas de cultivo vegetal "in vitro”
ingeniería genética (clonaje de genes,
transformación de genes, ...)
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Especies silvestres
10000 años de domesticación Nacimiento de la agricultura
Plantas cultivadas
1865: Mendel: leyes de la
herencia
Introducción consciente
de diversidad genética
Plantas mejoradas
1950: Watson y Crick:
estructura del ADN
1960-1970: Mejora de las
técnicas de cultivo In vitro
Introducción dirigida de
caracteres
1984: Primera transferencia
de genes a plantas
Plantas transgénicas
Visión histórica de la mejora genética de las plantas
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Fines de la manipulación genética
Hasta principios años 90, 1ª y 2ª generación de cultivos transgénicos
•las plantas transgénicas eran portadoras de algún gen que les confería alguna característica positiva especialmente para el productor:
A partir de 1992 3ª generación de cultivos transgénicos
• cultivos transgénicos que aportasen beneficios directos sobre el consumidor
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PRODUCCIÓN BIOTECNOLÓGICA DE FÁRMACOS POR SISTEMAS
VEGETALES
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Cultivos transgénicos de interés biofarmacéutico
• Plantas productoras de vacunas
• Plantas productoras de anticuerpos y otras
proteínas de interés terapéutico
• Plantas que sintetizan compuestos con acción
nutritiva funcional
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Plantas que sintetizan compuestos con acción nutritiva funcional
Enrichment of tomato fruit with health-promoting anthocyanins by expression of select transcription factors nature biotechnology 2008, 26, 11
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Plantas que sintetizan compuestos con acción ¿?
Scent engineering: toward the goal of controlling how flowers smell TRENDS in Biotechnology 2008 Vol.25 No.3
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Mercès per la seva atenció