La fisiología vegetal es la subdisciplina de la botánica dedicada al estudio de los procesos metabólicos.
El campo de trabajo de esta disciplina está estrechamente relacionado con la anatomía de las plantas, la ecología (interacciones con el medio ambiente), la fitoquímica (bioquímica de las plantas), la biología celular y la biología molecular.
Los fisiólogos botánicos estudian los procesos fundamentales tales como la fotosíntesis, la respiración, la nutrición vegetal, las funciones de las hormonas vegetales, los tropismos, los movimientos násticos, el fotoperiodismo, la fotomorfogénesis, los ritmos circadianos, la fisiología del estrés medioambiental, la germinación de las semillas, la dormancia, la función de los estomas y la transpiración, siendo estos dos últimos parte de la relación de las plantas con el agua.
LAS PLANTAS Y LOS ANIMALES
¿Por qué debemos estudiar la fisiología vegetal separada de la fisiología animal o de la fisiología celular?
Las plantas y los animales han desarrollado un patrón o hábito de vida básicament diferente. Los animales tienen un desarrollo y funciones definidos, y obran de acuerdo c.on las leyes del movimiento y las fuerzas, es decir mecánicamente, mientras que'las plantas crecen y accionan sobre una base estructural Los animales, en general, son móviles, deben buscar alimento y deben ajustarse a una estrecha gama de límites de tamaño con el fin de funcionar exitosamente; son (valga la comparación) como automóviles: si crecen demasiado o asimétricamente no logran accionar con éxito. La mayoría de las plantas Ion sedentarias y producen su propio alimento: ateniéndose a lo que puedan obtener dentro de los límites de su ambiente inmediato; no están limitadas por condiciones mecánicas o de tamaño: están construidas como las casas; pueden añadirse nuevas habitaciones continuamente (dentro de los límites de resistencia estructural) sin que surjan problemas. La planta puede crecer y desarrollarse durante toda su vida; algunas partes pueden degradarse y morir; otras pueden agregarse aquí y allá conforme se requiera. Los animales deben mantener su integridad mecánica; la planta no está bajo tal restricción. El animal puede moverse en su ambiente para buscar y obtener cosas que necesita para vivir y crecer, mientras que la planta puede crecer en su ambiente pero sólo en forma lenta y en grado restringido, ateniéndose a lo que está disponible en su cercanía.
Como resultado de este patrón estructural de crecimiento e inmóvil hábito de vida, las plantas enfrentan varios problemas especiales de consecución de alimento y sobrevivencia que han resuelto de diversas maneras. Deben soportar no sólo los cambios ambientales predecibles sino también variaciones impredecibles del tiempo y el clima.Por ejemplo, las plantas que viven en un desierto y carecen de un mecanismo específico de almacenamiento de agua, sólo pueden medrar durante e inmediatamente después de una lluvia. La nutrición orgánica, una importante preocupación de los animales, es un pequeño problema para la mayoría de las plantas porque son autótrofas del carbono, es decir, manufacturan todos los compuestos de carbono que necesitan del dióxido de carbono (COZ ). Sin embargo, sólo tienen acceso restringido a los suministros limitados de nutrimentos inorgánicos presentes en el suelo pero han desarrollado un metabolismo especializado y altamente conservador de nitrógeno, fósforo, potasio y otros importantes elementos inorgánicos. Los animales son conservadores del carbono y lo ciclan en el interior de sus cuerpos, en tanto que despilfarran el nitrógeno. Las plantas se comportan exactamente del modo contrario, conservan nitrógeno y usan carbono libremente. Al estar arraigadas en un sitio, tienen un problema especial con el agua. Lo mismo que los animales, ellas dependen del intercambio gaseoso para vivir. Necesitan de este intercambio para su principal actividad nutricia, la fotosíntesis, así como para la respiración. Una consecuencia inmediata del eficiente intercambio gaseoso es la pérdida de vapor de agua. Necesitan luz solar para vivir; el sol, al calentarlas, incrementa la pérdida de agua por evaporación. Han desarrollado ajustes muy finos que les permiten conservar agua y, al mismo tiempo, ejercer un eficaz intercambio gaseoso de oxígeno y dióxido de carbono. Otra consecuencia del diseño no mecánico de las plantas consiste en que carecen de bombas y de sistema circulatorio cerrado. Alcanzan a veces una gran masa, crecen muy alto y, como los animales, deben transportar sustancias alimenticias, sustancias reguladoras y materias de desecho por todo su cuerpo. Asimismo, tienen que transportar enormes cantidades de agua, a menudo a grandes alturas. Al carecer de bombas mecánicas, las plantas poseen una variedad de dispositivos químicos y fisicoquímicos para mover fluidos y un perfeccionado sistema de cañerías en forma de tejidos especializados que les permite dirigir el transporte de nutrimentos. Las plantas difieren fundamentalmente de los animales en el proceso de desarrollo. Éstos efectúan la mayor parte de su desarrollo de una manera altamente coordinada durante un corto lapso de su existencia y, ya desarrollados, alcanzan una fase de estabilidad más o menos fija que puede durar largo tiempo. Aquéllas prosiguen su desarrollo durante el curso de toda su vida, y las diversas partes crecen, maduran y mueren, en muchos casos independientemente unas de otras. Obviamente, el sistema de controles que regula el desarrollo vegetal es totalmente distinto al de los animales. Éstos producen y responden a numerosas hormonas altamente específicas que afectan tejidos específicos en formas específicas. Las plantas reaccionan a unas cuantas hormonas generalizadas. Cada una de éstas afecta a todos o casi todos sus tejidos y pueden actuar en una u otra dirección según las diversas condiciones internas y ambientales de los tejidos afectados. El control del desarrollo vegetal es, entonces, el resultado de un complejo de factores hormonales, ambientales y nutricionales que interactúan entre sí y hacen posible la expresión de las características genéticas de la planta de la manera más efectiva bajo diversas circunstancias ambientales.
Finalmente, las plantas difieren de los animales en que carecen de sistema nervioso. Los animales, al actuar mecánicamente, necesitan nervios para un constante y preciso control de movimientos. Esto, luego de un prolongado periodo, ha permitido la evolución de un cerebro. Las plantas no necesitan nervios. Su comportamiento está principalmente expresado por sus patrones de crecimiento y desarrollo, procesos que son controlados por integración bioquímica y fisiológica, más que por la integración de los nervios y el pensamiento.
CARACTERISTICAS DE LAS PLANTAS Y DE LA VIDA VEGETAL
QUE CONDUCEN A LA FISIOLOGÍA ESPECIALIZADA
1. Las plantas son principalmente inmóviles y sólo pueden peeetrar y utilizar
un espacio limitado de su medio.
2. La autotrofia del carbono les permite un irrestricto metabolismo carbónico.
3. La dependencia del suministro de minerales del suelo trae como consecuencia
una nutrición mineral altamente conservadora, particularmente
del nitrógeno.
4. Conforme las plantas evolucionaron hacia un hábito terrestre, también
desarrollaron varios mecanismos que las protegen de la pérdida de agua
y les permiten llevar a cabo el intercambio de gases, sin respirar.
5. El hábito terrestre requirió también la evolución de finos mecanismos
para obtener y transportar agua.
6. El sistema de soporte estructural que se ha desarrollado en ellas "paredes
celulares rígidas en vez de un esqueleto especializado- ha originado
numerosos problemas. A pesar de sus paredes macizas, las células vegetales
poseen un mayor grado de interconexión que las animales. Los
contenidos celulares de las células adyacentes están a menudo en contacto
intimo a través de las conexiones citoplasmáticas.
7. Las plantas enfrentan serios problemas estacionales y se han desarrollado
mecanismos medidores del tiempo, de modo que sus actividades se
ajustan al patrón de cambios estacionales de su medio, Reproducción,
producción de semillas, latencia, germinacibn, caída de hojas, etc., están
determinadas por las estaciones.
8. Debido a su inmovilidad, no pueden ocultarse o buscar protección de
los elementos. Han desarrollado medios especiales de protección contra
los excesos del viento, la sequía, el frío, el calor y la luz.
9. Los requerimientos para la reproducción en organismos inmóviles han
traído como consecuencia la evolución de una variedad de estructuras
y mecanismos reproductivos. El control y la operación de &tos constituye
uno de los más fascinantes capítulos del libro de la vida vegetal.
10. Los problemas de control y regulación de un organismo en permanente
desarrollo requieren un conjunto de mecanismos fisiológico-bioquímicos
que se han desarrollado en alto grado en las plantas.
11. La evolución y la adaptación de los organismos tienen lugar tanto en
sentido fisiológico y bioquímico, como a través de cambios en la anatomía
y la morfología. Las plantas dependen considerablemente de exitosos
mecanismos fisiológicos o bioquímicos para sobrevivir y, en consecuencia,
se ha desarrollado una fina y variada fisiología.
12. Las plantas no poseen sistema nevioso organizado pero cuentan, principalmente, con medios bioquímicos de comunicación entre sus partes. Esto se traduce en mecanismos fisiológicos más finos aún, que no tienen contraparte en los animales.
Todos estos problemas de la vida vegetal se estudian convenientemente desde el punto de vista fisiológico o bioquímico como si fueran dispositivos mecanicistas. Sin embargo, no se debe perder de vista el aspecto más importante de ellos: la organización fisiológica de todos estos procesos dentro del todo funcional de la planta y dentro de la relación de ella con su ambiente y con la comunidad en que vive. La base del éxito de la planta es la capacidad de competir en su ambiente; dependiendo esta capacidad, principalmente, de su evolución fisiológica y de su adaptación al medio.
EVOLUCIÒN
Las plantas han evolucionado continuamente y aún lo siguen haciendo. Los aspectos obvios de la evolución, aquellos que vemos y clasificamos, son la evolución del cuerpo y la forma, así como los hábitos de crecimiento y de vida. En ellas también ocurre la evolución de los procesos bioquímicos y fisiológicos, y es probable que gran parte de la evolución de los procesos bioquímicos haya tenido lugar muy tempranamente. Aun las plantas más primitivas poseen sistemas altamente competitivos de fotosíntesis, respiración, síntesis proteica y otros. Sin embargo, los mecanismos fisiológicos que controlan la forma y patrón de desarrollo debieron evolucionar paralelamente a los que coordinan el funcionamiento de todas sus partes. Tales procesos aún están evolucionando. Existen ciertos indicios recientes de que, aunque los procesos básicos de fotosíntesis y respiración no han cambiado por un largo periodo, algunos de los procesos subsidiarios y las interrelaciones bioquímicas entre ellos pueden estar sufriendo alteraciones considerables conforme las plantas modernas evolucionan, en respuesta a su medio en continuo cambio. Las que consiguen el éxito son aquellas que pueden operar más eficazmente bajo los más amplios rangos de condiciones ambientales. Desde el advenimiento del hombre, el éxito en las plantas incluye una máxima producción útil para el hombre, tanto bajo condiciones de cultivo como en el ambiente natural.
LA BOTÁNICA APLICADA Y LA ECONOMÌA
Los conceptos fisiológicos, y por tanto los fisiológos, están llamados a resolver
problemas de botánica económica y agricultura. La biología aplicada fue conceptuada
en un tiempo como una materia de segunda clase por los llamados biólogos
“puros”, quienes despreciaban los esfuerzos de la investigación encaminados hacia
la solución de problemas económicos. Sin embargo, el tremendo éxito de tales
estudios aplicados, el número de principios básicos que han surgido de estudios
que se iniciaron como proyectos estrictamente aplicados y el reciente incremento
en importancia social y económica de los problemas biológicos, particularmente
el espectro de los déficits y agotamiento de alimentos, que ronda en gran parte del
mundo actual, han elevado la biología aplicada a su actual nivel de prominencia.
Muchos problemas de investigación básica en biología aplicada están siendo estudiados
ahora y muchos otros necesitan ser abordados.
Uno de los aspectos más importantes de la ciencia vegetal en el desarrollo
de la botánica económica ha sido la genética. La selección y el mejoramiento han
repercutido en el desarrollo de casi todas las actuales plantas cultivadas que muestran
características deseables, tales como alta producción, atracción al gusto y la
vista, resistencia a enfermedades y adaptación a un amplio rango de condiciones
climáticas y ambientales. Sin embargo, estos rasgos generales y otros más especí-
ficos, como prendimiento de frutos, maduracibn temprana, etc., son expresiones
de procesos fisiológicos. Se condujeron experimentos previos de genotecnia buscando
rasgos deseables, intentando seleccionarlos y perfeccionarlos mediante
mejoramiento genético. El éxito de tales programas se basó en la feliz coincidencia
del experimentador que advirtió una característica valiosa, susceptible en
realidad de seleccionarse y desarrollarse. Muchos de los más grandes triunfos fueron
casualidades afortunadas o el disparo certero y fortuito procedente de miles
de experimentos de “prueba y observa”. Pero a medida que avanza el estudio de
la fisiología vegetal se está llegando gradualmente a posibilitar la selección de los
mecanismos fisiológicos o bioquímicos específicos que darán sus resultados en
las mejoras deseadas y así determinar qué parte del complemento genético de la
planta es la responsable. Cuando estas nuevas tecnicas estén suficientemente
perfeccionadas será posible dirigir programas de genotecnia sobre un plano totalmente
nuevo, seleccionando las mejores combinaciones posibles de rasgos gené-ticos, con el fin de modelar un organismo casi perfecto, para cualquier conjunto
dado de condiciones y circunstancias. Los típicos programas sobre plantas de
cultivo que hoy están en marcha se encaminan a producir variedades con altas tasas
de fotosíntesis, combinadas con bajas tasas de respiración (no solamente elevados
indices metabólicos), que produzcan frutos de máximo provecho, que conviertan
la proporción más grande de su carbono asimilado en fruto o semilla, en vez de
hojas y tallos, que sean fuertes, que crezcan rápido y que resistan enfermedades.
Además de estos rasgos específicos, toda la estrategia de las plantas puede
modificarse para aumentar su utilidad. Su altura y forma, la orientación de sus
hojas hacia el sol, la regulación de su temporada de reproducción y su dependencia
de la nutrición, son susceptibles de modificación y perfeccionamiento. Las
modernas técnicas de fisiología celular permiten la producción de plantas a partir
de células aisladas y aun (en grado limitado hasta ahora) la manipulación de material
genético en células somáticzs. Un avance experimental como éste requiere la
mtis amplia aplicación del profundo conocimiento bioquímico, fisiológico y
genético de las plantas.
Sin duda, la combinación de la fisiología vegetal con la genética es de la
mayor importancia y, tal vez, vitalmente necesaria para el futuro del hombre. El
alimento del mundo, cuyo abastecimiento es ahora peligrosamente bajo, a pesar
de la revolución verde, deriva de las plantas. La industria forestal ha evolucionado
recientemente, de un saqueo ciego de los recursos naturales, a un programa agrario
efectivo y autorregulado. Los programas de mejoramiento arbóreo, en continua
desventaja por el prolongado periodo de generación de los Arboles, han sido
enormemente apoyados por la elucidación de mecanismos fisiológicos, que permiten
al experimentador obligar a los árboles a madurar sexualmente en 2 a 4
años, en vez de 10 a 15. La agricultura marítima llegará a ser una gran industria,
que requerirá una comprensión enteramente nueva de hábitos patrones de
crecimiento de las algas marinas.
Las plantas son los principales agentes que purifican nuestro cada vez más
contaminado mundo, en el aire, sobre la tierra y en el agua. Las plantas también
sufren a causa de la contaminación. Los programas de renovación urbana, de planeamiento
citadino y del ambiente total han de incluir plantas; ya que son esenciales
para cobertura y protección del suelo, concentración de agua, alimento y
belleza, así como para la regeneración de la atmósfera. Las plantas comprenden
cerca del 99% de la biomasa de nuestro planeta, reciclan una cantidad cercana al
0.1 % del carbono total disponible en la biosfera cada año, son la fuente de muchas
de nuestras medicinas y drogas y ejercen un tremendo impacto sobre el estado del
tiempo y los sistemas meteorológicos, cambiando temperaturas, evaporando el
agua y produciendo grandes cantidades de diversos productos químicos volátiles.
Se cuentan entre los principales agentes alergénicos del mundo, como bien lo
saben quienes sufren la fiebre del heno. En casi cualquier forma, la humanidad
depende de ellas.
El conocimiento, la explotación y el control de las plantas llegarán a ser
más y más importantes a medida que el tiempo transcurrra. Sólo la cabal comprensión
de su fisiología, bioquímica y genética, nos capacitará para dirigir con
éxito el tremendo programa de biología económica necesario para el confort y
aun para la sobrevivencia del hombre.
Fuente: http://exa.unne.edu.ar/biologia/fisiologia.vegetal/fisiologiavegetalbidwell.pdf
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