El perquè d'alguns comportaments de les plantes.

Josep Allué Creus Fisiologia Vegetal Universitat Autònoma de Barcelona

LA PLANTA Importancia en el medio natural

• Ciclo de la energía: fotosíntesis

• Ciclo del oxígeno

• Ciclo del anhídrido carbónico

• Ciclo del nitrógeno

Autotrofía

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.

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.

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.

Fotosíntesis

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

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)

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.

Metabolismo Secundario: Significación

• ecológica

• fisiológica para sus productores

• deshechos metabólicos

• filogenética (quimiotaxonómica).

Fotosíntesis

El agua en la planta

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

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

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)

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

Crecimiento no nutricional de una planta

• Regulación interna: fitohormonas

– Auxinas, citoquininas, giberelinas, ácido

abscísico (ABA), etileno

• Regulación externa:

– Luz

– Gravedad

– Otros factores externos

La luz en las plantas

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

La luz y las fitohormonas en la germinación

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.

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

Defensa de las plantas

BIOTECNOLOGIA VEGETAL

REPRODUCCIÓN DE PLANTAS IN

VITRO

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

Objetivos

Agronómicos

• mejora genética

• propagación

• conservación de especies

Industriales

• obtención de metabolitos

• como biocatalizadores

• plantas biofactoría (Biofarming)

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”

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

Ventajas

• obtenerlas en cualquier época del año

• ahorrar espacio de cultivo

• tener ausencia de enfermedades

• obtener uniformidad y reproducibilidad

BIOTECNOLOGÍA VEGETAL: MANIPULACIÓN GENÉTICA

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, ...)

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

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

PRODUCCIÓN BIOTECNOLÓGICA DE FÁRMACOS POR SISTEMAS

VEGETALES

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

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

Plantas que sintetizan compuestos con acción ¿?

Scent engineering: toward the goal of controlling how flowers smell TRENDS in Biotechnology 2008 Vol.25 No.3

Mercès per la seva atenció