Fisiología vegetal (Caps

Fisiología vegetal (Caps. 7-11)
 Metabolismo: Caps. 7-9, Lab 7
 Absorción y transporte: Capítulo 10 (Parcial 3), Lab 8
 Hormonas vegetales, etc.: Capítulo 11 (Parcial 3), Lab 8
 (junto a semillas, genética, etc.)
Tercer Examen Parcial
 Capítulos 10-16
 Absorción y transporte (Lab 7)
 Genética, hormonas vegetales (Lab 8)
 Evolución y sistemática
 lunes, 20 de abril
10: Absorción y transporte
 Difusión y osmosis (ósmosis)
 Conducción en el xilema
 Estomas y transpiración
 Translocación en el floema
 Suelos y nutrición mineral
Membranas: función
 Diferencialmente permeable
 Difusión a través de un gradiente de concentración vs. transporte activo
 Osmosis: difusión del agua a través de una membrana
Difusión
 Gradiente de concentración
 Agua vs. solutos
 Equilibrio
 Difusión facilitada vs. transporte activo
Membranas: transporte
Osmosis
 Concentración de H2O
 Potencial osmótico (de solutos)
 Potencial de presión
 Potencial hídrico
 Ψh = ΨP + ΨO (AGRO 4005)
Osmosis
 Medio hipotónico vs. hipertónico vs. isotónico
 Presión de turgencia vs. plasmólisis
Osmosis
Absorción y transporte
Conducción en el xilema
 Sistema suelo-planta-aire
 Transpiración
 Fuerza motriz
 Absorción
 Conducción – xilema
Conducción en el xilema
 Transpiración, cohesión, adhesión, tensión
 Teoría de transpiración y cohesión
 Absorción: agua y minerales
 Exudación o gutación
Transpiración
 Pérdida de vapor de agua: un 90% a través de los estomas abiertos, mayormente en
hojas
 Intercambio de gases: CO2, O2
 Enfriamiento de la planta
 Calor generado en metabolismo
Transpiración: ejemplos
 Maíz (Zea mays) – 2 litros/día
 Girasol (Helianthus annuus) – 5 litros/día
 Arce (Acer sp.) – 200 litros/día
 Palma de dátiles (Phoenix dactylifera) – 450 litros/día
Estomas: apertura y cierre
 Poro, regulación
 Células oclusivas
 Apertura durante el día, cierre de noche (excepto en plantas CAM: al revés …)
Estomas: mecanismo
 Día: [CO2], luz, etc.
 Acumulación activa de solutos (K+) en las células oclusivas
 Entrada de agua por osmosis …
Estomas: mecanismo
 Aumento en la presión de turgencia
 Curvatura de las células oclusivas
 Apertura del poro del estoma
Estomas: mecanismo
 Noche: al revés …
 Estrés hídrico: cierre de inmediato debido a la hormona vegetal o fitohormona, ABA
(Cap. 11)
Estomas: apertura y cierre
Transpiración: adaptaciones
 Distribución de estomas
 Plantas acuáticas
 Inmersas, flotantes, emergentes
 Plantas xerofíticas o xeromórficas (cactos, etc.)
Conducción en el xilema
 Árboles de hasta 100 metros de alto
 Velocidad de hasta 44 metros por hora (en angiospermas)
 Savia bajo tensión
Cohesión de agua
 Fuerza de atracción: moléculas de una misma sustancia
 Puentes de hidrógeno
Conducción en el xilema
 Transpiración – cohesión – tensión (presión negativa)
 Mecanismo: Teoría de transpiración y cohesión
 Adhesión …
Conducción en el xilema
Absorción: agua y minerales
 Del suelo a través de las raíces
 Epidermis – pelos radicales – corteza 1ª – endodermis – banda caspariana – estela o
cilindro vascular – xilema
 Absorción selectiva, activa
Apoplasto vs. simplasto
Translocación en el floema
 Tubos cribosos: células vivas pero altamente especializadas, metabólicamente inactivas
 Células anexas: células vivas y metabólicamente muy activas, fuentes de energía
Translocación en el floema
 Materiales orgánicos – productos fotosintéticos
 Velocidad: aproximadamente un metro (0.5-1.5 m) por hora
 Savia bajo presión positiva
 Composición de la savia
Savia del floema
 Áfido – estilete
 Carbohidratos, mayormente sacarosa
 Aminoácidos, minerales, fitohormonas, etc.
Translocación en el floema
 De fuente a destinación (sumidero)
 Fuente: hojas (fotosíntesis)
 Destinaciones: metabolismo, crecimiento, almacenamiento
 Mecanismo: E. Münch (1926)
Modelo de laboratorio
 Osmosis, presión +, flujo masivo
Translocación en el floema
 Carga activa, descarga
 Mecanismo: Hipótesis de flujo bajo presión o flujo masivo
Translocación en el floema
Suelos – condiciones edáficas
 Sales minerales → iones → nutrientes minerales, etc.
 Partículas minerales
 Arena – limo – arcilla
 Materia orgánica (humus)
 Textura, pH → disponibilidad
Suelos: partículas, horizontes
 Arena: 0.02–2 mm
 Limo: 0.002–0.02 mm
 Arcilla: < 0.002 mm
 Horizontes A, B, C
 Rocas, acuíferos …
Nutrición mineral
Nutrición mineral
 Minerales esenciales
 Cultivo hidropónico
 Síntomas de deficiencia: clorosis, necrosis, crecimiento anormal, etc.
 Variación …
Síntomas de deficiencia
Nutrición mineral
 Macronutrientes (tres + seis)
 ≥ 1,000 partes por millón (ppm) = 0.1% del peso seco
 Micronutrientes (ocho)
 ≤ 100 partes por millón (ppm) = 0.01% del peso seco
Macronutrientes
Macronutrientes: funciones
 Nitrógeno: nitrato, amonio
 Fósforo: fosfatos
 Potasio: K+
 Calcio: Ca2+
 Magnesio: Mg2+
 Azufre: sulfatos
Nitrógeno: microorganismos
Fijación biológica de nitrógeno
Micronutrientes
 Cloro (Cl)
 Hierro (Fe)
 Manganeso (Mn)
 Cinc o Zinc (Zn)
 Boro (B)
 Cobre (Cu)
 Molibdeno (Mo)
 Níquel (Ni)
Micronutrientes
Abonos o fertilizantes
 Análisis, síntomas
 N, P, K: 12–4–8
 Ca, Mg, S
 Micronutrientes: elementos menores o elementos traza
Nutrición mineral: toxicidad
 Exceso de nutrientes, suelos salinos, metales pesados, etc.
 Plantas tolerantes
 Plantas hiperacumuladoras
 Fitorremediación
11: Hormonas y estímulos
 Crecimiento y desarrollo
 Hormonas vegetales o fitohormonas
 Respuestas de las plantas a señales ambientales: luz, gravedad, tacto, etc.
Transducción de señales
Hormonas vegetales
 Mensajeros químicos (org.), efectivos en concentraciones bajas, producidos en una
parte de la planta, con efectos fisiológicos en otra parte de la planta → translocación
Hormonas vegetales
 Auxinas
 Citoquininas
 Giberelinas
 Ácido abscísico
 Etileno, otras …
Hormonas vegetales
Hormonas vegetales
Hormonas vegetales
 Auxinas – IAA
 Darwin (padre e hijo), Frits Went: fototropismo
 Gravitropismo, dominancia apical, iniciación de raíces
 Auxinas sintéticas: 2, 4 – D …
Auxinas: los Darwin, etc.
Auxinas: Frits Went
Dominancia apical (Cap. 3)
Aplicaciones comerciales
 Dominancia apical: papas
 Propagación por esquejes o estacas
 Herbicidas selectivos: 2, 4 – D, 2, 4, 5 – T, etc.
Hormonas vegetales
 Citoquininas: oposición a la dominancia apical, cultivo de tejidos, senescencia
 Giberelinas (GA): elongación de entrenudos, germinación de semillas, vernalización,
frutos
Desarrollo de frutos
Hormonas vegetales
 Ácido abscísico (ABA): latencia (dormancia), cierre de estomas bajo estrés hídrico
 Etileno: CH2=CH2 (un gas): respuesta triple, floración, maduración de frutos carnosos
Etileno: respuesta triple
Frutos carnosos: climactérico
Hormonas vegetales: otras …
 Brasinoesteroides
 Poliaminas
 Ácido jasmónico
 “Florígeno”
 Biotecnología, bioensayos …
Respuestas a la luz azul
 Fototropismo
 Tropismos vs. movimientos násticos
 Mecanismo …
Fitocromo: luz roja, r. lejana
 Germinación de semillas
 Fotoperiodicidad
 Plantas de día corto, de día largo, de día neutro …
Fotoperiodicidad
Ritmos circadianos: reloj b.
Gravitropismo (geotropismo)
Otros tropismos
 Tigmotropismo
 Hidro- (higro-) tropismo
 Heliotropismo
 Escototropismo
 Quimiotropismo
Tigmonastia: moriviví, etc.
Latencia (dormancia)
Defensa de herbívoros
Respuestas a patógenos
Genética (Caps. 12-14)
 Genética clásica o mendeliana (Capítulo 12 – Laboratorio 8)
 Genética molecular (Cap. 13)
 Biotecnología vegetal (Cap. 14)
 Parcial 3, BIOL 3300, etc. …
12: Genética
 Estudio de la herencia
 ADN – cromosomas – genes → proteínas o polipéptidos – loci – cromosomas homólogos
en células / organismos diploides (2n) – rasgos – alelos – homo- vs. heterocigótico (Caps.
6 y 7)
 Genética clásica vs. molecular
Genética clásica o mendeliana
 Gregor Mendel, 1865 (1900)
 Pisum sativum
 7 pares de características (en cromosomas distintos), uno o dos a la vez
Pisum sativum (guisante)
Cruce monohíbrido
 Polinización cruzada
 Dos generaciones o más: P, F1, F2, etc.
 Cruce (cruzamiento) dihíbrido, trihíbrido, etc.
Generación P → F1 → F2
 Fenotipos (3:1) vs. genotipos (1:2:1)
 Proporciones esperadas vs. observadas
 Gametos (n)
 Meiosis (Cap. 6)
Generación P → F1 → F2
 Alelos: dominante vs. recesivo
 Principio de dominancia
 Cuadro de Punnett
 Ley de segregación
Cruce de prueba
 “Retrocruzamiento”
 100% dominante → SS
 1:1 (50% c/u) → Ss
Cruce dihíbrido
 Ley de transmisión o segregación independiente de Mendel
 Distribución independiente en meiosis
 Laboratorio 8
Genética post-mendeliana
 Cruzamiento trihíbrido …, (co-)dominancia / incompleta, herencia poligénica
(cuantitativa) vs. genes pleiotrópicos, herencia materna (citoplásmica), epistasia, etc. –
BIOL 3300
Genética post-mendeliana
13: Genética molecular
 Expresión y activación de genes
 Replicación
 Transcripción
 Traducción
Trasfondo relevante
 Beadle & Tatum, años 1940
 1 gen → 1 enzima
 Hershey & Chase, años 1950
 Crick & Watson …
Replicación del ADN
Info. hereditaria: expresión
 Dogma central de la biología molecular
 ADN → ARN → proteína(s)
 Expresión: función como enzimas, etc.
Transcripción
Transcripción
 Polimerasa de ARN
 ARNm
 ARNt
 ARNr: ribosomas
 Complicaciones …
Traducción: codón / anticodón
Código genético, mutaciones
Expresión y activación …
 Zea mays, Arabidopsis thaliana …
14: Biotecnología vegetal …
 Fitomejoramiento y sus metas, importancia del germoplasma
 Metodología (ingeniería genética), logros, oportunidades …
 Biotecnología de Plantas …
Ingeniería genética
 ADN recombinante
 Vector – plásmido
 Enzimas de restricción
Ingeniería genética
 Cultivo de tejidos
 Agrobacterium tumefaciens
 Plantas transgénicas: consideraciones éticas …
Logros y oportunidades …
Secuenciación del ADN, PCR
Tercer Examen Parcial
 lunes, 20 de abril
 Capítulos 10 al 16
 Laboratorios 7 y 8
 Prueba corta – 9 de abril
 Capítulos 10 al 16
Evolución y sistemática
 Capítulo 15: Evolución
 Historia de la evolución, mecanismos, origen de las especies
 Capítulo 16: Clasificación
 Clasificación pre- y postdarwiniana, grupos de organismos
Sistema de clasificación (Ap. C)
15: Evolución – Parcial 3
 Historia de la evolución en la Tierra
 Mecanismos evolutivos
 El origen de las especies
Fósiles y radioisótopos …
Evidencia geológica
 Tectónica de placas, deriva continental → fitogeografía, experimento de Miller y Urey
Evidencia y extinción …
Escala de tiempo geológico
Evolución por selección natural
Charles Darwin: evolución
 Grado en Teología en 1831, a los 22 años
 Viaje de cinco años en HMS Beagle a partir de 1831, a las Islas Galápagos, entre otros
lugares
Viaje del HMS Beagle
Plantas de los Galápagos
Charles Darwin: evolución
 Sobre el origen de las especies mediante la selección natural (1859)
 Otras contribuciones …
Charles Darwin: evolución
 Premisas (observaciones)
 Variación heredable
 Sobreproducción de cría que no puede sobrevivir
Charles Darwin: evolución
 Premisas (inferencias)
 Competencia o “lucha para la existencia”
 Supervivencia “de los más aptos” para reproducirse, pasando las características
ventajosas a su cría
Darwin vs. Mendel
 Darwin no conocía las fuentes de la variación ni los mecanismos responsables de la
herencia
Adaptación
 Una característica que promueve la supervivencia y el éxito reproductivo de un
organismo en un ambiente en particular …
Mecanismos evolutivos
Variación, adaptación, competencia
Tipos de selección, coevolución …
Selección ± artificial
Conceptos de especies …
 Morfológico vs. biológico o genético
 Ernst Mayr (1942): “un grupo de poblaciones que se cruzan entre sí y que están
aisladas reproductivamente de cualquier otro grupo similar de poblaciones”
Evolución de especies
 Especiación geográfica: aislamiento geográfico seguido por el desarrollo de barreras
reproductivas
 vs. poliploidía en plantas …
Aislamiento geográfico
Variación feno- / genotípica
Especiación geográfica
Especiación geográfica
Especiación geográfica
Radiación adaptativa
 Multiplicación rápida de especies en un grupo de organismos en particular
 Extinción de competidores
 Cambios ambientales
 Desarrollo de nuevas características ventajosas
16: Clasificación – Parcial 3
 Linnaeus: nomenclatura, etc.
 Caracteres, jerarquía, etc.
 Principales grupos de organismos … y el futuro …
Taxonomía / sistemática
 Sistemática o taxonomía: clasificación y nomenclatura
 Rangos y taxones
 Clasificación artificial vs. filogenética
 Desacuerdos vs. concordancia
Historia de la clasificación
 Antigüedad
 Doctrina de firmas
 Linnaeus
 Darwin …
Historia de la clasificación
 Linnaeus (1707-1778): el “padre de la taxonomía”
 Sistema binomial de nomenclatura: Species plantarum (1753)
Carl von Linné, Linneo …
Linnaeus
Importancia de la historia
 “Those who cannot remember the past are condemned to repeat it.”
 Jorge Agustín Nicolás Ruiz de Santayana y Borrás (George Santayana), 1905
Rangos principales (vs. taxón)
 Jerarquía taxonómica:
 Reino – división (filo) – clase – orden – familia – género – especie
 Clasificación filogenética (evolutiva) vs. artificial
Rangos principales (ICN)
Nomenclatura de plantas
 Un solo nombre correcto para un taxón específico, basado en tipos, prioridad,
publicación válida …
 Nombres científicos (latín) vs. cultivares: www.heliconiasociety
 pr.org/cultivar_registration.htm
ICN 2012 – ICNCP 2009
Calliandra locoensis (1992)
Vachellia koltermanii (2012)
Clasificación filogenética
Evolución convergente
Otros temas interesantes …
 Clasificación filogenética en más detalle
 Origen de los plastidios
 Biodiversidad y su conservación – sección de Ecología …
Diversidad (según el ICN)
Sistema de clasificación (Ap. C)
Diversidad (según el ICN)
 Hongos (Reino Fungi o Mycota), incluyendo también la División Myxomycota y
particularmente la División Oomycota del Reino Protista (Protoctista) – no en el texto
…
Diversidad (según el ICN)
 Algas
 Cianobacterias (Dominio Bacteria)
 Algas eucarióticas (Reino Protista) – seis (6) divisiones solamente …
Diversidad (según el ICN)
 Plantas (plantas verdaderas), Reino Plantae
 Plantas criptogámicas: briofitos, licofitos, pteridofitos
 Plantas fanerogámicas: gimnospermas, angiospermas
Diversidad: Labs 10-12
 Laboratorio 10: hongos, algas
 Laboratorio 11: plantas criptogámicas
 Laboratorio 12: plantas fanerogámicas