Diapositiva 1 - Gremi de Jardineria de Catalunya

El perquè d'alguns
comportaments de
les plantes.
Josep Allué Creus
Fisiologia Vegetal
Universitat Autònoma de Barcelona
LA PLANTA
Importancia en el medio natural
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Ciclo de la energía: fotosíntesis
Ciclo del oxígeno
Ciclo del anhídrido carbónico
Ciclo del nitrógeno
Autotrofía
Utilidad de los vegetales
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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
Metabolismo primario
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 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
Nutrición mineral
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)
Disponibilidad minerales
•
•
•
•
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•
•
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,
abscísico (ABA), etileno
• Regulación externa:
– Luz
– Gravedad
– Otros factores externos
giberelinas,
ácido
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, ...)
Visión histórica de la mejora genética de las
plantas
Especies silvestres
10000 años de domesticación
Nacimiento de la agricultura
Plantas cultivadas
1865: Mendel: leyes de la
Introducción consciente
herencia
de diversidad genética
Plantas mejoradas
1950:
Watson
y
Crick:
estructura del ADN
1960-1970: Mejora de las
Introducción dirigida de
técnicas de cultivo In vitro
caracteres
1984: Primera transferencia
de genes a plantas
Plantas transgénicas
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