CFIT 3005 Dr. Elvin Román Paoli • La vida en la tierra es sostenida por la energía derivada del sol y las plantas son el enlace entre el sol y todas las formas de vida. A. Introducción Es por esto que podemos decir que la fotosíntesis (FOTO) es el proceso químico más importante en la tierra Luz Luz yyclorofila clorofila 6CO 6CO22++ 6H 6H22O O CC66HH1212O O66++ 6O 6O22 • El pigmento llamado clorofila hace posible que ocurra FOTO pues es el responsable de atrapar la energía radiante. • Como la clorofila es verde se le conoce como la sangre verde de la tierra. 1 Importancia de las plantas • Nos dan alimento • Ayudan a reponen el oxígeno en la atmósfera • Sirven como medicinas • Proveen material para la industria y construcción La dependencia del ser humano en las plantas a llevado a la manipulación de éstas. • Aumentamos su población al cultivarlas para máxima producción. • Escogemos las mejores variedades. • Controlamos sus hábitos de crecimiento y floración. P’s • Aunque esta fijación de energía radiante es tan importante para la cadena alimenticia, las plantas sólo fijan alrededor de el 1-2% de la energía solar que llega al planeta. El 98-99% se refleja, transmite, se convierte en calor y se disipa o simplemente es absorbido por el suelo. A= A=50% 50%absorbida absorbidaen enlalatierra tierrayy∆∆aa calor calor B= B=20% 20%es esabsorbida absorbidaen enlalaatmósfera atmósfera • Uno de los principales objetivos de la investigación agrícola moderna es buscar maneras de como mejorar la eficiencia energética de la cadena alimenticia humana. C= C=30% 30%se serefleja reflejadenuevo denuevohacia haciaelel espacio espacio 2 ¿Qué son Ciencias fitotécnicas? • Es la ciencia y tecnología de la producción de cosechas. • Cosecha es cualquier planta utilizada por el ser humano. • Muchas disciplinas caen dentro de esta definición. Agronomía, horticultura, dasonomía y ciencias arvenses. Horticultura • Se deriva del latín Hortis que significa jardín. • Generalmente brega con cosechas de campo que se cultivan a escala menor y necesitan un manejo intensivo tal como frutas, vegetales, ornamentales y plantas de flores. Agronomía • Se deriva de la palabra en latín Agros que significa campo. • Generalmente trabaja con cosechas de campo que se cultivan a gran escala y no necesitan un manejo intensivo tal como trigo, maíz, soya, algodón y forrajeras. Soya Soya Dasonomía • Los dasónomos son aquellos científicos de plantas que están interesados en la producción de pulpa y madera; y recreación, vida silvestre y manejo de las cuencas de aguas en las áreas forestadas. 3 Granos (cereales) Clasificación de cultivos por el uso • Usos Directos • Usos Indirectos Soya Soya maíz maíz Farináceos ñame ñame Yautía Yautía Cebada Cebada Centeno Centeno Trigo Trigo Sorgo Sorgo Hortalizas papa papa Yuca Yuca 4 Frutas Cultivos azucarosos • Son un componente dietético importante especialmente en los países menos desarrollados. • En el trópico es la caña de azúcar y en los climas templados la remolacha. Cultivares aceitosos (oleaginosos) maní maní • Estos cultivos se están haciendo populares en la agricultura ya que se cree son buenos para el corazón. • Son importantes: el girasol, maní, maíz, coco y algunas palmas. Nueces, especias y cultivares de bebida • Aquí caen las avellanas, hierbas aromáticas, vainilla, pimienta, orégano, recao, café, cacao, té y cola. 5 Plantas como alimento de ganado Usos no alimentarios de las plantas • La producción de alimento para ganado es una parte mayor en la agricultura de plantas. • El ganado consume grandes cantidades de alimento pues tiene que producir altas cantidades de leche. • Como fibra para hacer ropa; predominantemente algodón. • Como madera, combustible y pulpa para papel. • Para uso estético: plantas ornamentales. • Para medicinas, drogas, perfumes, cosméticos, insecticidas y químicos industriales. • usos indirectos conservación de suelo y agua mejoramiento de las propiedades físicas y químicas de los suelos. Campo Campode de plantas plantasde decoca, coca, Bolivia Bolivia 6 Los renglones agrícolas más importantes en PR (05-06) son: Cultivos más importantes en PR : Renglón Valor, Porcentaje millones $ Prod. Pecuaria 383 47 Cultivo Renglón Cultivos 327 40 otros 94 13 805 100 Total Café 41 Farináceos Frutales Hortalizas y legumbres Ornamentales Otros Valor, millones $ Plátano, Guineo 96 Piña, Mangó 48 Calabaza, Tomate 43 Pascuas, etc. 46 Pastos, madera, etc. 50 zonas para sembrar • Los llanos costaneros • Las montañas • Cada zona tiene sus diferencias características. Es esta la razón de que la Universidad de PR tenga sub-estaciones alrededor de la Isla. 7 Clasificación por Reinos B. Clasificación de cultivos ♦ Dominio Eubacteria (Células sin núcleo) Botánica y Taxonómica Clasificación por Reinos • Dominio Eucaria (Células con núcleo) Reino Plantae – cloroplasto y pared celular. Alimentan por fotosíntesis Reino Animalia - sin cloroplasto ni pared celular, alimentan por ingesta Reino Fungi – pared celular, sin cloroplato, alimentan por absorción. Reino Protista – sin pared celular, algunos poseen cloroplasto. ♦ Dominio Arquea (Células sin núcleo) ♦ Dominio Eucaria (Células con núcleo) Carolus Linnaeus • Padre de la Taxonomía, Botánico Sueco • En 1737 escribe Genera Plantarum. • Introduce el sistema nomenclatura binomial. • Le da importancia al número de partes en las flores. • Hace posible que al utilizar el nombre científico todo el mundo sepa de que planta estamos hablando. 8 Gimnospermas • La mayor parte de los cultivos pertenecen a la división espermatofita (producen semilla) • Gimnospermas – carecen de flor y poseen semillas sin cubierta. La mayoría de las veces son perennes. • Angiospermas – plantas con flor y semillas cubiertas. Pueden ser perennes o deciduos. Angiospermas • Son plantas más adelantadas fisiológicamente que las gimnospermas. • Se dividen en dos categorías: – Monocotiledónias – Dicotiledónias • Son plantas más primitivas que las angiospermas. • En vez de flores tienen conos que producen semillas. Angiospermas Clase Monocotiledóneas • En este grupo se encuentran los pastos, palmas, lirios y orquídeas. • Se caracterizan porque sus hojas tienen nervaduras paralelas y la semilla tiene sólo un cotiledón. 9 Angiospermas Clase - Dicotiledóneas Diferencias entre dicot y monocot • Sus hojas son anchas y sus venas están dispuestas retícularmente. • La semilla tiene dos cotiledones. • Ejemplos: rosas, girasoles, geranios, etc. Clasificacion del maíz Dominio - Eucaria Reino – Plantae División – Espermatofita Subdivisión – Angiosperma Clase – monocotiledoneae Orden – Graminales Familia – Gramineae Género – Zea Especie – mays Cultivar - Mayorbela Familias de importancia económica Gramineae (Poaceae) - maíz Papilonaceae - habichuela Solanaceae - tomate Rutaceae - cítricas Malvaceae - algodón Cruciferaceae (Brassicae) - repollo Araceae - yautía Bromeliaceae - piña Amarillidaceae - ajo 10 Hábitos de crecimiento • • • • Herbácea - pequeñas no leñosas Arbusto - pequeñas y leñosas Árbol – alta, leñosa y ramificado Enredadera – tallo. fino Por patrón de crecimiento • Anual- El ciclo de vida se completa en 1 año o menos. • Bianual- El ciclo de vida requiere 2 años • Perenne- La planta no muere luego de producir flores. Por lugar donde habitan • • • • • • • • Xerofitas - desierto Hidrofitas - acuáticas Mesofitas - intermedias Heliofitas – de sol Esciofitas – de sombra Días cortos – responden a noches largas Días largos – responden a noches cortas Neutral – no responden a largo de la luz solar C. Bioquímica, Fisiología y Morfología básica Componentes orgánicos e inorgánicos 11 ¿Cómo esta organizada la vida? Componentes orgánicos e inorgánicos • Inorgánicos • La vida se origina de partículas subatómicas. • Moléculas orgánicas e inorgánicas dan origen a la vida. • Continuidad de rx químicas Componentes inorgánicos • Son compuestos que carecen de carbono. • El agua (H2O) es un compuesto inorgánico. • Como las células vivas son en su mayoría agua, los componentes inorgánicos predominan en las células. – Agua – Sales, minerales, iones – Gases • Orgánicos – Hidratos de Carbono (azúcares) – Lípidos – Proteínas – Ácidos nucleicos Agua • El agua es una molécula esencial para la vida. • Se considera que las plantas son sistemas hidráulicos. • Polar – cargas + y - 12 • El agua se traslada dentro y fuera de las células lo que provoca movimiento. • El agua se mueve a través de la planta llevado nutrimentos disueltos del suelo y compuestos energéticos a las partes aéreas de la planta. • Sin embargo, el resto de los componentes de la célula es orgánica con excepción de los gases disueltos y los iones inorgánicos. • Entre los gases disueltos se encuentran básicamente aquellos que están en la atmósfera. • O2, N2, y CO2 Componentes orgánicos • El O2 y CO2 son sumamente importantes en las reacciones del metabolismo; en especial en fotosíntesis y respiración celular • Moléculas que tienen Carbono (C) que frecuentemente está enlazado con H y O. • Algunas veces está combinado con N, S y P. 13 Hidratos de Carbono • Son compuestos orgánicos que contienen dos átomos de H y uno de O por cada átomo de C. • Las plantas contienen gran cantidad de hidratos de carbonos, especialmente celulosa y almidón. Hidratos de carbono Fórmula química • La fórmula general de los hidratos de carbonos es (CH2O)n • Glucosa es el hidrato de carbono más común (C6H12O6) . Producto de la fotosíntesis Monosacarido - Hexosas • Azúcar de 6 C • Constituyen los bloque (glucosa y fructosa) los cuales forman la sacarosa (azúcar de mesa común). • Monosacáridos - hidratos de carbonos (azúcares) sencillos, ya que no pueden descomponerse en azúcares más sencillos que ellos. • Polímeros - Cuando se combinan muchas moléculas similares, repitiéndose una y otra vez, dan lugar a una gran moléculas, reciben el nombre de polímeros (del griego poly= muchos). • Estas forman almidón y celulosa. Fructosa Fructosa 14 Polisacarido - Celulosa • La celulosa es polímetro de azúcares con mayor abundancia en la planta • El almidón (polímetro de glucosa) es la fuente principal de energía alimenticia (calorías) para los seres humanos. Lípidos • Los lípidos constituyen un grupo diverso. La mayor parte son aceitosos o grasosos al tacto e insolubles en agua, pero solubles en solventes no polares. • Todos los lípidos son hidrofóbicos (no son atraídos a la molécula de agua o no se disuelven en ella). Aceites y grasas verdaderas • Consisten en ácidos grasos combinados con glicerol. El glicerol es un alcohol triple formado por tres carbonos con hidrógenos y un – OH unidos a cada uno de ellos. • Un alcohol es una molécula orgánica con al menos, un grupo – OH unido a uno de sus átomos de carbono. • Los ácidos grasos tienen cadenas largas de C . Generalmente hay entre 12 y 18 C en una cadena de ácido graso. • Se llaman ácidos por presentar un grupo de carboxilo en uno de los extremos de la cadena 15 Ceras, cutina y suberina • Dos compuestos relacionados con las grasas y aceites que son importantes como componentes estructurales de las membranas que rodean las células son los fosfolípidos y glucolípidos. • La mayor parte de las superficies de las hojas está cubierta por una capa cerosa, impermeable al agua llamada cutícula. • Ésta consiste en ceras mezcladas con un material denominado cutina, que es una mezcla de compleja de ácidos grasos de 16 a 18 carbonos de largo. hoja hoja Proteínas • Las partes subterráneas de las plantas pueden estar recubiertas por un material impermeable al agua llamada suberina. • Tienen un número grande de anillos aromáticos en su cadena estructural. • Tanto la cutina como la suberina se sintetizan en el interior de la planta y luego se secretan. • Tienen un N en la cadena. • Un tipo especial de proteínas, cuyo nombre es enzimas, controla las reacciones químicas básicas de la vida. • Las enzimas son como máquinas con mecanismos que actúan sobre otras moléculas, ya sea formándolas o desintegrándolas. • Las enzimas permiten que se aceleren una reacción química específica. 16 Aminoácidos • Casi todas las proteínas (todas las enzimas) contienen 20 tipos de aminoácidos en diferentes combinaciones. • Cada aminoácido tiene un átomo de C con un grupo carboxilo y un grupo amino (NH3) • Un grupo amino consta de un átomo de N con tres átomos de H unidos. Ácidos nucleicos • Secuencia de nucleótidos • Moléculas encargadas de cargar información genética (genes y cromosomas) • Los nucleótidos se componen: – Pentosa (azúcar 5 carbonos) • Desoxyribosa – DNA • Ribosa – RNA – Fosfato – Base nitrogenada Base nitrogenada • DNA – citosina, timina, adenina y guanina • RNA – igual, pero en vez de timina tiene uracilo • Pareo de las bases nitrogenadas – Adenina con timina – Citosina con guanina • Los ácidos nucleicos, es decir el DNA y RNA, tienen un papel fundamental en la síntesis de proteínas. • El DNA contiene la información codificada que establece la secuencia de aminoácidos de las proteínas. 17 Doble hélice • El DNA no está implicado directamente en la producción de proteínas. Lo que sucede es que la información contenida en el DNA (la secuencia) se copia en el RNA y es este el que produce la proteína. • Este modelo sugería que una molécula de DNA consta de dos cadenas de nucleótidos dispuestas una al lado de otra y que se enroscan para formar una estructura espiral doble . • Watson y Crick desarrollaron el concepto de doble hélice. • Al conocer la estructura del gene se contestaba la pregunta de como se reproducía el gene. Adenina siempre se encuentra pareada con Timina y Guanina con Citosina. • La doble hélice se abre y nuevos nucleótidos cogen el lugar de los viejos formando dos hélices. 18 La Célula La Estructura Celular Componentes de la célula • Pared celular – Pared primaria – Pared secundaria – Lámina media • En 1665, Robert Hooke escribió Micrographia. Este trabajo contenía sus observaciones realizadas con la ayuda de un microscopio que él mismo fabricó. • Hooke es considerado el fundador de la citología o biología celular. Pared celular • Las células de las plantas están rodeadas por una pared celular a diferencia de las células animales que tienen una membrana. • Le da protección, soporte y forma a la planta • Protoplato- (material vivo) – Citoplasma – núcleo Vacuola 19 plasmodesmos • Las células vegetales maduras poseen una pared secundaria • Se ubica entre la pared primaria y la membrana celular. • Son mucho más gruesas que las primarias. Están compuestas de ½ celulosa y ½ lignina. • Entre ambas paredes se encuentra la lámina media que mantiene ambas paredes unidas (hecha de pectina). Membrana celular • Tiene una parte hidrofílica (fósforo) y una parte hidrofóbica (lípidos). • Controla lo que entra y sale de la célula. • Se llama plasmalema Protoplasto: Citoplasma + nucleo • Citoplasma • Es la parte viva de la célula que se encuentra dentro de la membrana llamada plasmalema. • El protoplasto consiste de: citoplasma y núcleo 20 Citoplasma • Es una matriz acuosa compleja que contiene muchas sustancias moleculares. • Contiene muchos organelos confinados por membranas. Vacuolas • Ciertos procesos químicos se realizan en las vacuolas. • Ayudan a la planta a mantenerse erguida. • Estas consisten en un volumen grande de agua y materiales disueltos rodeados de una membrana llamada tonoplasto. Las vacuolas ocupan hasta el 90% o más del volumen total de una célula madura. Mitocondrio • Tienen la apariencia de pequeños tubos. • El fluido interior se llama matriz que es una solución acuosa de enzimas, iones, ácidos nucleicos y proteínas. • Es el centro de energía de la célula. Ocurre el proceso de respiración 21 Cloroplastos • Los cloroplastos son plástidios que contienen clorofila y tienen dos partes: • Grana • Estroma • En este organelo ocurre la fotosíntesis Núcleo • Es el centro de control de la célula. • Ejerce control sobre las funciones celulares, pues determina el tipo de enzimas producidas por la célula. • El control se basa en la información genética que se encuentra en forma de largas fibras de DNA que combinadas con proteínas forman la cromatina. Estructura y Funcionamiento de tejidos 22 Tipos de células vegetales • Meristemáticas – celulas en división • Parénquimas – almacenamiento, cloroplastos • Traqueidas – conductoras al madurar • Células conductoras • Células epidermales • Células reproductoras Tejido • Es un conjunto de células similares que forma unidades funcionales o estructurales. • Los tejidos simples tienen un sólo tipo de célula. • Los tejidos compuestos tienen dos o más tipos celulares. Tipos de tejido • Sencillo – un solo tipo de célula – Meristemático – Parenquimatoso • Secundario – Tejido vascular • Xilema – vasos y traqueidas • Floema – tubo criboso y célula acompañante Sistemas de tejidos • Las plantas vasculares tienen tres sistemas de tejido: • Sistema de tejido dérmico • Sistema de tejido vascular • Tejido fundamental 23 Sistema de tejido dérmico • Es la cubierta externa de la planta; su función es la protección de la planta y la regulación de la entrada y salida de materiales en ella. Sistema de tejido vascular • Interviene en el movimiento del material a través de la planta. Xilema Xilema Células Célulasepidermales epidermales Tejido fundamental • Interviene en el almacenamiento de alimentos y en ocasiones en la fotosíntesis. • Ocupa el interior de la planta, por debajo de la epidermis que no comprende el tejido vascular. Floema Floema Meristemos ♦El desarrollo celular no se lleva a cabo en toda la planta, sino que se localiza en regiones específicas llamadas meristemos. 24 Meristemos apicales • Existen 2 tipos generales de meristemos: • Los que crecen en la punta de raíces, tallos y ramas que se conocen como meristemos apicales o primarios • La división de los meristemos apicales trae consigo un aumento de tamaño que se observa principalmente en la raíz y hoja, y que es producto del alargamiento de las células recién producidas. Meristemos laterales • En los tallos, las hojas se producen a los lados del ápice. Hoja Hoja Ápice Ápice • Se conocen también como meristemos secundarios. • Son aquellos ubicados a lo largo del tallo o la raíz. • La división de las células de los meristemos laterales ocaciona un aumento en el diámetro de los tallos y raíces cuando las células producidas se alargan. 25 • Todas las plantas tienen meristemo apical ; sin embargo, no todas tienen meristemo lateral. • Las que tienen sólo meristemo apical presentan únicamente crecimiento primario. • Las que poseen meristemos laterales tendrán crecimiento secundario. • Hay dos clases de meristemos secundarios: • Cambium de corchoresponsable de crear la corteza • Cambium vascularresponsable de crear el xilema y floema secundarios. Tejido fundamental • El crecimiento secundario es evidente en las plantas leñosas longevas; éste es el caso de los arbustos y árboles. EL crecimiento secundario crea madera (peridermo). • Ocupa el interior de la planta, por debajo de la epidermis que no comprende el tejido vascular. Comprende tres clases de células: • Parénquima • Colénquima • Esclerénquima • La función del tejido fundamental es que es el sitio principal de almacenamiento de agua y sustancias nutritivas. 26 Células parénquimas Células colénquimas • Constituyen el tipo celular más común de las plantas vasculares. Se les encuentra en todos los tejidos de la planta y constituyen la mayor parte del tejido fundamental. • Son las células de almacenamiento de la planta. Células esclerénquimas • Al igual que la colénquima, desempeña una función estructural de gran importancia para la planta. • Éstas células presentan una pared secundaria gruesa generalmente lignificada; esta característica las distingue de las colénquimas. • Son básicamente parénquima con paredes engrosadas en forma desigual. • Se trata de células alargadas . Funcionan como tejido de soporte de los órganos en crecimiento. • Suele estar debajo de la epidermis en forma de cilindros. Esto le da mayor fuerza a la planta para resistir sacudidas. Esclerénquimas Células Célulasde defibras fibras • El esclerénquima se compone de dos tipos celulares: • Las células de fibra- son alargadas y estrechas y, sus paredes gruesas y uniformes. • Las esclereidas- varían en forma y tamaño. En su madurez tienen paredes gruesas y lignificadas. Se encuentran en la cubierta de semillas o la cáscara de las nueces. • Son duras (del griego skelos:duro) 27 • 1- Las traqueidas- son células largas y estrechas, cuyas paredes están compuestas de celulosa, hemicelulosa y lignina. Las células están sobrepuestas lo que facilita el flujo de agua a través de las paredes celulares. • Cuando la célula alcanza la madurez, pierde el núcleo y citoplasma y, la pared celular es el único remanente de la célula cuando conduce agua. • 2- Los vasos – tienen mayor diámetro y son más cortos. Las paredes celulares también son más delgadas que las traqueidas. • Además, se diferencian de las traqueidas en que el agua no pasa por poros de una célula a otra, como pasa en las traqueidas. • Se cree que los vasos han evolucionado de las traqueidas por ser más eficientes llevando agua. Fitohormonas • Las plantas vasculares inferiores y las gimnospermas emplean como sistema de conducción del agua las traqueidas, ya que los vasos son muy escasos. • Las angiospermas , por lo general, son las que tienen vasos con fibras en su xilema. Por regla común, las fibras son más largas que las traqueidas y confieren resistencia mecánica al tejido. • Son compuestos naturales que, en cantidades diminutas, regulan el crecimiento y desarrollo de las plantas. • Las hormonas pueden regular positivamente (promueven) o negativamente (se inhiben). 28 Funciones Auxinas (IAA) Acido Indole Acético • Por ejemplo; algunas hormonas causan latencia en la semilla o en los puntos de crecimiento de la planta; otras promueven la germinación o el crecimiento de la planta. • La mayoría de las hormonas tienen más de una función en la planta. • La palabra viene del griego y significa “crecer” • Promueve el alargamiento del tallo y raíz y, en algunos casos, el aumento en grosor de la fruta o tubérculo. • Promueve la división celular en algunos tejidos. • Promueve la formación de raíces adventicias en algunos cortes de plantas. Usos en la agricultura • Las auxinas actúan como un inhibidor de crecimiento de los nuevos brotes excepto la raíz. • Inhibe la abcisión (caída) de las hojas y frutas. • Se utiliza para enraizar nuevo material vegetativo. • El material vegetativo crea raíces adventicias. • Previene la caída de la fruta. • Auxinas químicas: • 2,4-D (dichlorophenoxy-acetic acid) • 2,4,5-T (trichlorophenoxyacetic acid) 29 Giberilinas (GA) • Afecta el crecimiento de la hoja y el tallo; desarrollo de la fruta, florecida, división celular, latencia, senescencia, germinación, entre otros. • Aunque las funciones se parezcan a las de las auxinas, las dos tienen una estructura molecular muy distinta, además de tener distintos modos de acción. • El agrandamiento de los órganos es uno de los efectos mayores de la giberilina. Los tallos, frutas y hojas se expanden con su influencia. Esto ocurre mediante expansión (alargamiento) en las células maduras o por división celular en las células nuevas. Citoquininas • Puede estimular la florecida en algunas especies. • Ej. Si la zanahoria necesita frío para florecer se le puede añadir GA y ésta florecerá sin frío. • Estimula la germinación en muchas semillas Semilla Semillade depasto pasto tratada tratadacon conGA GA Semilla Semillade depasto pasto no notratada tratadacon conGA GA Brotes Brotesnuevos nuevosen en planta plantade decactus cactus • Se les llama así a estas hormonas por la habilidad para promover la división celular (citocinesis). • Promueve la mitosis y la división en los órganos de las plantas, especialmente en las hojas. • Son responsables de los brotes nuevos en los tallos. • Inhibe la maduración. 30 Etileno (CH2=CH2) • Es una hormona peculiar ya que ocurre en forma de gas. • Promueve o induce la maduración de los frutos • Promueve la pérdida abscisión de hojas y frutas • Promueve que la piña florezca • promueve el desarrollo del tallo y frutas Las fitohormonas promueven el tropismo • Son respuestas de crecimiento, direccional u orientado, de órganos de plantas que resultan de un estímulo o señal. • Cuando el tallo de la planta crece hacía la luz se llama fototropismo. Las auxinas se acumulan en la parte sombreada del tallo y este lado se alarga más rápido que la parte iluminada. Así el tallo de la planta se dobla hacía la luz. Ácido abscísico ABA • Es una hormona inhibidora de crecimiento ya sea de hojas o frutos. • Tiene una función especial durante las estaciones de frío del Norte pues prepara las plantas para el invierno. • Es el regulador de las estomas en tiempo de sequía. Geotropismo • Es una respuesta de crecimiento a la fuerza de gravedad. • Una planta que se coloque lateralmente se virará hacía arriba. Esto es así porque las auxinas se concentran en la parte de abajo del tallo y causa que crezca más en la parte superior. 31 Raíces • Exhiben geotropismo positivo creciendo hacía la fuerza de gravedad. Enanismo • Como muchas plantas genéticamente modificadas producen menos giberilinas, las plantas no desarrollan sus tallos como las plantas normales. • Muchas veces, esta modificación del tallo es deseada. La Laraíz raízse sedirije dirijehacía hacía abajo abajopor porlalagravedad gravedad Estructura y Funcionamiento de órganos Varios tejidos se unen en un patrón organizado para formar tallos, hojas y raíces formando el cuerpo de la planta. Por eso debe estudiarse: • Anatomía – Ciencia que estudia o describe las plantas a nivel celular o de tejido. • Morfología - Ciencia que estudia o describe la forma de los órganos a través de todo el ciclo de vida de la planta. 32 Crecimiento de Órganos • Primario – radícula (raíz primaria) – la plúmula (tallo primario) • Secundario – Meristemos – Cambium vascular Órganos • Los tres sistemas de tejido están organizados en los órganos vegetativos de las plantas terrestres: la raíz; el tallo y las hojas. Raíces Crecimiento primario de la raíz • Varían grandemente en forma de especie en especie pero todas ellas cumplen una misma función: • Anclaje • Absorción de agua y nutrimentos • Almacenaje de reservas para uso futuro. 33 Tipos de Sistemas Radiculares • Fibrosos o difusos - gramíneas • Penetrante o pivotante - árboles, leguminosas • Modificado Adventicios Aéreos (epífitas) almacenamiento Raíces adventicias • Se producen a partir de los tallos u hojas de muchas plantas, y funcionan como contrafuertes (fuera de la radícula • Comunes en una gran cantidad de especies tropicales, como es el caso de los mangles. Funciones de las raíces Principales – absorción de agua y minerales del suelo y los conducen hacía el tallo. – Translocación agua, minerales y alimento – se encargan del anclaje de la planta al suelo. • Secundarias – Almacenamiento de almidón – yuca, batata – Reproducción – panapén, guayaba Raíces Difusas • No hay raíz pivotante 34 Pivotantes Raíces almacenamiento • Muchas raíces de ciertas plantas almacenan alimentos en forma de almidón. • Ejemplos: batatas, zanahorias y yuca • Raíz profunda que penetra en el suelo • De esta raíz salen raíces laterales y pelos radiculares Velamen • El tipo de raíces aéreas que presentan las orquídeas recibe el nombre de velamen. • Estas plantas son epífitas (las raíces están ancladas a troncos y no al suelo). Raíces acuáticas • Las plantas que crecen sumergidas desarrollan espacios intercelulares complejos que actúan como canales para la difusión de aire hacía las células vivas de la raíz. 35 Estructura de la raíz Pelos radiculares Zona de maduración Haces vasculares zona alargamiento Punto de crecimiento cofia Tallos • Órgano que se origina de una estructura que se encuentra en el embrión conocido como plúmula. En el es que se encuentra la mayor parte de los haces vasculares. Tallos • Es el sistema de transporte para conducir agua y azúcares. • Sostiene las hojas en posición adecuada para que reciban la luz solar. • Produce y sostiene las estructuras reproductivas de la planta. 36 Funciones del Tallos • Se ocupan del transporte ascendente de agua y descendiente de alimentos. • Provee soporte para el crecimiento longitudinal y engrosamiento • Producen y sostienen los órganos reproductivos y las hojas de la planta. • fotosíntesis Tallos modificados • El tallo es un órgano sumamente adaptable. A través del tiempo se han ido modificando para atender a situaciones particulares. • La mayoría de las personal visualizan el tallo como la estructura que sostiene las hojas, ramas, flores y frutos. • Existen muchas modificaciones a esta morfología básica. Zarcillos • Muchas enredaderas carecen de tejido de soporte internos, que se requiere para que crezcan en forma erecta. • Estas plantas poseen delicados tallos que se conocen como zarcillos, que tienen crecimiento espiral y, en contacto con un objeto, crece a su alrededor dando a la planta el soporte necesario. 37 Estolones • Son tallos modificados que tienen forma relativamente delgada. • Crecen a lo largo de la superficie del suelo y crecen raíces adventicias en los nudos. • Es un medio eficaz de reproducción vegetativa. • Ej. Algunas gramíneas, fresas, calabaza Tubérculos • Son los ápices abultados de los rizomas. • Acumulan almidón • Las yemas (brotes) salen de los nudos. La región entre las yemas son los entrenudos. • Ej, ñame, papa Rizomas • Son tallos perennes subterráneos que normalmente se disponen horizontalmente. Presentan entrenudos gruesos y acortados en los cuáles se almacena almidón. Son escamosos Ej,gengibre, Yerba Johnson Cormos • Son talles verticales cortos y engrosados. • Contienen el alimento necesario para que la planta desarrolle sus primeras fases de crecimiento. • Algunos tienen pseudotallo y son escamosos • Ej. Plátano, yautía, malanga, gladiola Yautia Xanthosoma sagittifolium 38 Bulbos • Son tallos cortos redondeados por hojas engrosadas llamadas escamas. • El alimento almacenado en las escamas será utilizado en el próximo ciclo de crecimiento. • Ej. Bulbo tunicado – cebolla Bulbo escamoso - ajo Suculentos • Tallos carnosos que producen alimento, Son verdes o sea tienen clorofila • Ej. Tuna, cactus Cladófilos • (del griego: “hoja vástago”) Son ramas que tienen semejanza a las hojas. • Las escamas presentes en el ápice son hojas verdaderas. De estas hojas surgen cladófilos que semejan plumas y llevan a cabo la P’s. Trepadores • Requieren otras estructuras para su apoyo • Se conocen como lianas o bejuco, Tienen zarcillos. • Ej. hiedra, parcha, chayote Tuna - Opuntia ficus, L. Chayote – Sechium edule SW. 39 Hojas • Sitio principal de la FOTO en las plantas. • Extensiones del tallo • Transpiración • Almacenamiento • Protección • Atracción de insectos Hojas • El el otro órgano vegetativo del vástago. Su función es llevar a cabo Fotosintesis, pero en ocasiones, almacena alimento pues carece de clorofila o puede tener modificaciones en forma de espinas, zarcillos o trampas para insectos. Morfología • Las hojas de las angiospermas , por lo general, se componen de una lámina que se caracteriza por ser delgada y expandida; el peciolo, que es una estructura parecida al tallo y; la base que es una estructura aplanada y con frecuencia tiene estípulas en la zona que la hoja se une al tallo. • Si la hoja carece de pecíolo se le llama una hoja sésil • Haz es la parte superior de la lámina, envés es la parte inferior 40 • Las hojas pueden ser sencillas o compuestas. • En la hoja sencilla la lámina es una sola unidad, en tanto que en una hoja compuesta, la lámina se compone de partes separadas con forma de pequeñas láminas que reciben el nombre de foliolos. Compuesta Compuestapinada pinadados dosveces veces sencilla sencilla Compuesta Compuestapinada pinada • Si sólo presenta una hoja en cada nudo, entonces se dice que el arreglo de las hojas es alternado. • Si hay dos hojas presentes el arreglo es opuesto. Compuesta Compuestapalmeada palmeada Foliolo Foliolo • Si el nudo posee varias hojas, entonces el arreglo es verticilado o fasciolado. 41 • El arreglo o disposición de las hojas sobre un tallo se denomina filotaxia (del griego; phyllon: hoja; taxis:arreglo) • En los nudos, las hojas se unen al tallo en un ángulo agudo que se conoce como axila. • La axila de cada primordio foliar contiene un vástago en estado embrionario. A esta estructura se le llama yema. Estructura interna de la hoja • Las yemas que se localizan en la axila del tallo u hoja se conocen como yemas axilares o laterales. • Las yemas localizadas en el ápice de la rama se le conoce como yema Terminal. • Los brotes que contienen flores jóvenes en lugar de hojas son yemas florales. • epidermis – cutícula – células epidermales – Estomas • mesófilo – tejido de empalizada - contienen clorofila – tejido esponjoso - contienen clorofila, posee el espacio por donde se difunde el CO2, O2 y el agua. • c. haces vasculares - xilema y floema 42 Estructura interna de la hoja • Las hojas están compuestas por los tres tipos de tejidos comunes: • La epidermis • El mesófilo • Haces vasculares • La mayor parte de la P’s se lleva a cabo por las células de empalizada por lo cual encontraremos más cloroplastos en estas células que las esponjosas. Tejidos vasculares • El sistema vascular que conduce diferentes soluciones a lo largo de la planta se compone del xilema y floema. • Estos dos tejidos componenel sistema de distribución de las plantas vasculares. • Los haces vasculares penetran todo el mesófilo. Los haces consisten mayormente de xilema y floema. A estos haces se les conoce como venas. • Alrededor de las venas se dispone una capa especial de células parenquimatosas que se conocen como vaina de haz. Esta capa separa la vena del mesófilo. 43 Modificaciones de la hoja • Al igual que los tallos, las hojas pueden estar modificadas de diversas maneras. • Una modificación interesante son las espinas de los cactus que en realidad son hojas modificadas. • Algunas hojas se encuentran modificadas para almacenar agua. • Ciertas hojas mantienen reservas alimenticias como el caso de los bulbos • No todas las espinas son hojas. En algunas especies las estípulas forman espinas. • Las hojas también representan una forma de reproducción asexual. 44 Hojas de las monocotiledóneas • Por lo general muestran menos variación que las dicotiledóneas. • Las hojas de las gramíneas se dividen en dos partes: la vaina o yagua y la lámina. • La vaina es verde y rodea el tallo. La lámina es delgada y expandida. Estomas • Entre los tipos celulares presentes en tejido dérmico están las estomas. • Estas son aberturas microscópicas rodeadas de células guardianas. • Estas aperturas permiten que se lleve a cabo el intercambio gaseoso. • A esta apertura o poro, junto a las células guardianas (u oclusivas) se denomina estoma. • Estas regiones se conocen con el nombre de entrenudos y, los sitios en los que la hoja se adhiere al tallo se conocen como nudos. • Un nudo puede tener una, dos o varias hojas. • Las estomas son importantes para la P’s y además permite la pérdida de agua. • Las células guardianas de las estomas regulan el tamaño de la abertura y ayudan a reducir la pérdida de agua. • Las estomas se encuentran en toda la planta, especialmente en la parte inferior de las hojas. 45 Espinas • En algunas plantas son tallos modificados. Ejemplo: espino blanco. • En las rosas son crecimiento dérmico y, en los cactus, hojas modificadas. Partes Florales • • • • Sépalos Pétalos Pistilo (femenino) Estambre (masculino) Funciones de la Flor • Reproducción sexual Polinización Fecundación Formación del fruto Formación de la semilla La Flor • Una flor completa consta de cuatro anillos de partes que surgen del extremo del tallo llamado pedúnculo. • El ápice de esta estructura se conoce como receptáculo y constituye la base de la flor. 46 • El anillo más externo de las partes florales es el cáliz, constituido por sépalos individuales. • El siguiente anillo es la corola, que se compone de pétalos. • Cuando los sépalos y pétalos son idénticos se conocen como tépalos. • El perianto está formado por el conjunto de cáliz y la corola. • En la antera se produce el polen. • En la parte central de la flor está el gineceo. Un gineceo puede estar formado por uno o más carpelos, y se compone de un estigma (donde cae el grano de polen), un estilo (por donde crecen los tubos polínicos) y un ovario (ubicado en la parte basal y contiene óvulos. • Por encima de los pétalos se hallan los estambres; estos reciben el nombre colectivo de androceo. • Un estambre está compuesto de un pedúnculo delgado conocido como filamento, el cual porta en su extremo una estructura cilíndrica conocida como antera. • Con frecuencia se le llama pistilo al gineceo; un pistilo sencillo tiene sólo un carpelo. • Se dice que una flor es completa cuando posee todas las partes florales. Si carece de alguna parte es una flor incompleta. 47 • Si la flor tiene estambres y carpelos es perfecta. (hermafrodita) • Si carece de alguna es imperfecta • Las flores que sólo tienen carpelos se conocen como flores carpeladas o pistilada; si sólo tiene estambres es una flor estaminada. • Una planta es monoica cuando posee ambas flores: estaminadas y carpeladas, en la misma planta, ambas flores imperfectas • Cuando se producen las flores en plantas separadas se conoce como dioica. • Las flores se pueden desarrollar de manera individual o en grupos denominados inflorescencias. Se conocen dos tipos de inflorescencias: indeterminadas y determinadas. • En las indeterminadas los brotes florales más bajos o externos son los primeros en abrir y la punta de la inflorescencia continúa creciendo y produciendo más brotes. 48 • En las determinadas el pedúnculo de la inflorescencia termina en un brote floral, por lo que se detiene el crecimiento del pedúnculo. A este tipo de inflorescencia se le da el nombre de cima. • Las inflorescencias indeterminadas adoptan formas diversas dependiendo de la especie. • Racimo – inflorescencia que produce flores con tallos cortos en forma alternada (pedicelos). • Espiga – semejante al racimo, pero carece de pedicelos, flores sesiles (yerba elefante) • Espádice – inflorescencias formadas por flores estaminadas o por flores pistiladas pero nunca las dos juntas. • Panículo – racimo ramificado en que cada una de las ramas tiene más de una flor (yerba guinea, sorgo) • Umbela – inflorescencia en que todos los pedicelos tienen el mismo tamaño y surgen del mismo lugar del pedúnculo. • Cruz de malta, cebolla, zanahoria 49 • Capítulo (cabezuela) – inflorescencia en la que las flores carecen de pedicelo y surgen directamente de una masa de tejido en forma de disco. • Son un rasgo característico de la familia de las Asteraceae. • Para que se lleve a cabo la formación de un fruto se requiere en general, de la polinización seguida de la fecundación. • No obstante en algunos casos los frutos se desarrollan sin fecundación previa. • Si ocurre esto la fruta no tendrá semillas Ej. Plátano. • Simultáneamente, al desarrollo de la semilla a partir del óvulo, se lleva a cabo el desarrollo del ovario, que da como resultado la formación del fruto. • El fenómeno por el cual se forman frutos sin fecundación se conoce como partenocarpia (del griego; parthenos: virgen; carpos: fruto). • Algunas hormonas como las auxinas y giberilinas pueden inducir la partenocarpia. Ej. Uvas sin semillas. 50 Clasificación de los frutos • La pared del ovario pasa a ser el pericarpio del fruto; este puede ser seco o carnoso, fibroso o duro. • El pericarpio está formado por tres capas: endocarpio, mesocarpio y exocarpio. • Sencillo – 1 ovario, 1 flor • Agregado – varios ovarios, 1 flor • Múltiple – varios ovarios y varias flores fusionados Clasificación de los frutos • Los frutos sencillos se forman a partir de un sólo ovario maduro • Fruto sencillo – un solo ovario (carpelo) – Pericarpio carnoso • Completamente carnoso – Baya – exocarpio carnoso (tomate) – Pepo – exocarpio duro (calabaza) – Hesperidio – exocarpio rugoso (cítricas) • Parte del pericarpio es carnoso – Drupa – endocarpio duro (aceituna, coco) – Pomo – exocarpio carnoso (manzana) 51 – Pericarpio seco • Dehicente –pericarpio abre – Folículo – 1 sutura (flamboyan) – Legumbre – 2 suturas (leguminosas) – Cápsula – 4 suturas (algodón, achiote) • Indehicente – pericarpio no abre • Los frutos agregados se producen a partir de una sóla flor que tiene muchos carpelos separados. • Ej panapen, guanabana y fresas – Nueces -pared gruesa y pétrea - avellanas – Cariopside - pericarpio unido a la semilla- trigo, avena maíz – Aquenio - pared ovario fina y fruto peq. Ej. girasol – Lomento - legumbre esticulada – Zamara - pericarpio en forma de alas Ej. Pterocarpus • Los frutos múltiples se forman a partir de ovarios fusionados de varias flores. • Ej. Piña Genética y Fitomejoramiento Principios genéticos, Segregación y Cruces 52 • Por muchos años hubo la creencia que los rasgos de los padres se pasaban a los hijos por la sangre. • El trabajo de Gregorio Mendel (1822-1884) terminó esas ideas, pues demostró que los caracteres heredables se transmiten por unidades llamadas genes, y que estos se encuentran en pares. • Mendel fue un monje austriaco que vivió en un monasterio de Checoslovaquia. Uso plantas de chicharos de jardín pues estas producen flores que se autopolinizan fácilmente. • Utilizó 7 caracteres entre los que se incluían: forma de la semilla (lisa o arrugada), color (amarillo o verde) y largo del tallo (alto o enano) • Ley de Dominancia Demostró que un gene del par puede enmascarar el efecto del otro (gen dominante) • Ley de Segregación Durante la formación de gametos cada par de genes se separa de tal modo que sólo un gen del par aparece en cada gameto. • Mendel cogío polen de las plantas de semilla lisa y lo puso en las estigmas de las plantas rugosas. La F1 fueron todas lisa. Se polinizaron algunas plantas de la F2 y volvieron a salir lisa en proporción 1:3 1 planta rugosas por 3 lisa. 53 • Concluyó que las características están determinadas por unidades hereditarias que existen en pares. Las plantas originales de tallos altos TT y las enanas tt al mezclarse en la F1 se producen Tt. Al autopolinizarse Tt x Tt = 1TT, 2Tt y 1tt. • Al pasar de los años, los genetistas introdujeron varios términos para dar mayor precisión a los análisis de estos puntos: • Genotipo se refiere a la composición genética de un organismo. • Fenotipo se relaciona con la apariencia de un organismo. • La conclusión de Mendel de que los gametos contienen un sólo un miembro de cada par de factores que gobierna un carácter determinado se conoce con el nombre de la primera ley de Mendel o principio de segregación. • Los chicharos enanos tienen el mismo genotipo (tt) y fenotipo (enano) • sin embargo, las altas pueden tener dos genotipos (TT o Tt) y fenotipo (altas). 54 Dominancia incompleta y alelos múltiples • Si un par de genes consta de un sólo tipo de alelos (TT o tt) es homocigoto); los que tienen pares compuestos de alelos (Tt) heterócigoto) • Se tuvo que modificar el concepto de dominancia ya que se encontraron algunos casos de dominancia incompleta o herencia indeterminada. Por ejemplo, en algunas flores al cruzar el color rojo dominante con el blanco recesivo se obtenía rosado. • La dominancia incompleta es la regla en la naturaleza. • Se encontró que un gen puede existir de diversas maneras, y no sólo en dos formas. • La palabra alelos representa una de las formas alternantes de un gen y que ocupa la misma posición en un par de cromosomas. • La mayor parte de los genes tiene gran cantidad de alelos. Cada alelo controla la expresión de una o varias formas alternas de la misma característica. 55 ¿Cómo se originan los diferentes alelos? • Esto sucede cuando ocurren mutaciones; o sea cuando hay cambios en la composición de las bases del DNA de un gene. • Los agentes o condiciones que provocan estos cambios reciben el nombre de mutágenos. • Ej. De mutagenos son: la radiación, la luz solar, agentes químicos, o pueden ocurrir espontáneamente. • El fitomejoramiento se realizaba en el pasado por personas sin mucho conocimiento en la ciencia. Las personas escogían las mejores variedades de plantas y esas eran las que sembraban. Luego de Mendel, la ciencia del fitomejoramiento se entendió mejor. Fitomejoramiento • Por miles de años los agricultores han estado alterando el genotipo de las cosechas. La selección humana para características tal como crecimiento rápido, semillas más grandes o frutas más dulces ha cambiado drásticamente las especies de plantas domesticadas si las comparamos con las especies silvestres. Grabado GrabadoAsirio Asiriodel delaño año680 680 B.C.enseñando B.C.enseñandopolinización polinización artificial de palmas artificial de palmas • Fitomejoramiento es el arte de reconocer las características deseables de las plantas e incorporar estas a futuras generaciones de plantas. • Muchas características aparecen naturalmente en la naturaleza debido a las mutaciones, pero estas mutaciones ocurren por procesos lentos. 56 maneras de obtener plantas superiores los padres • aumento del rendimiento – resistencia a plagas y enfermedades – adaptación ambiental o adaptación al estrés • aumentar la calidad • aumentar la eficiencia de la producción – Adaptación cultural - Ej se seleccionó caña de azúcar para que pueda ser cortada por las combinadas motorizadas. Otro ejemplo son los gandules que se han seleccionada para que produzca las vainas en racimos y así se facilita la cosecha • Otra manera de aumentar las mutaciones es por cultivo de tejidos de plantas. • Cultivo de tejido de planta es la técnica de crecer células, tejidos o plantas completas en nutrimentos artificiales bajo condiciones estériles. Métodos de Fitomejoramiento • Selección - se selecciona visualmente la característica deseada. • Autofecundación o fecundación manual • Heterosis - genotipos heterocigóticos generalmente aumentan los rendimiento (vigor híbrido) • Cultivo de tejido e ingeniería genética • El cultivo de tejido no se desarrolló con la intención de crear mutaciones pero el descubrimiento de que las células y tejidos mutaban mucho en esta técnica aumentó las maneras de conseguir mutaciones 57 Semilla y Fruto Dispersión de semillas • La semilla de las angiospermas está formada por el embrión (epícotilo), rodeada por el endodermo (cotiledones) y la cubierta de la semilla. • Los cotiledones carnosos tienen células llenas de alimento. • Las semillas de las orquídeas son tan pequeñas y ligeras que el viento las puede acarrear grandes distancias. • Las semillas más pesadas que usan viento para dispersarse suelen estar encerradas en frutos secos que tienen alas. • Algunas veces son las semillas las que son aladas. • Algunos frutos y semillas son plumosos o están cubiertos de pelos que ayudan a la dispersión. 58 • Otra forma de dispersión es el uso de agua. Ej. Coco, mangles rojos. • Es probable que la forma de dispersión más común sea el consumo del fruto por animales. • Algunas semillas tienen pelos, púas o capas pegajosas para adherirse al animal. • Los genes se encuentran dispuestos con un arreglo lineal, no ramificado, en los cromosomas. • El DNA está muy ligado a la síntesis de proteínas. • Las proteínas están formadas por secuencias lineales precisas de aminoácidos en secuencias de tres nucleótidos llamados codones. • Existen 64 codones para producir 20 aminoácidos. 59