Las células vegetales que forman el cuerpo de una planta combinan las sustancias inorgánicas simples como bióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y sales minerales entre las que se encuentran los nitratos, para elaborar sus alimentos; éstos son compuestos orgánicos complejos como la glucosa, y a partir de ella sintetizan almidón, grasas proteínas y vitaminas. Obtienen la energía necesaria para este proceso de la luz solar, del que depende toda vida en el planeta y que conocemos como fotosíntesis; como un subproducto de esa actividad, la planta libera oxígeno molecular (O2) , que los organismos aerobios utilizan en la respiración (figura 1). Si tienes alguna duda sobre el proceso de fotosíntesis, consulta el fascículo III de Biología I.

Las plantas habitan en diversos medios; por ejemplo, las algas, de estructura sencilla, viven en el agua; otras como las briofitas fuera de ella pero confinadas a ambientes húmedos; por último, existe un grupo cuya existencia es por completo terrestre, como las traqueofitas, situadas en una escala filogenética superior. Todas son pluricelulares y en el curso de su historia evolutiva han desarrollado estructuras para resolver los problemas que plantea el medio en que viven. Uno de estos problemas es la adquisición de nutrientes para la elaboración de sus alimentos, el cual solucionan de la siguiente manera:

CO2 (dióxido de carbono

Figura 1. La fotosíntesis en el proceso mediante el cual las plantas verdes elaboran su alimento.

Las algas absorben sus nutrientes en forma directa del medio, a través de las membranas de sus células por difusión; en las briofitas, los nutrientes se difunden por la superficie del cuerpo. La fuente de agua es el suelo y, aunque no tiene raíces poseen estructuras semejantes a ellas llamadas rizoides que fijan la planta al suelo, de donde obtienen el agua y los minerales disueltos por difusión. El CO2 lo absorben del aire, éste debe disolverse en la humedad que cubre su superficie y penetra a través de poros dispuestos en las hojas de donde pasa al interior de las células fotosintéticas.

Las plantas terrestres más complejas, como las traqueofitas, enfrentan problemas que las algas y las briofitas no tienen, pues en éstas los materiales básicos para la fotosíntesis llegan a las células por simple difusión, debido a su pequeño tamaño y a sus estructuras sencillas. Las traqueofitas son más grandes y muchas de sus células están aisladas del medio externo. En éstas los nutrientes penetran y se distribuyen a través de estructuras bastante especializadas; éstas son: la raíz, el tallo y las hojas, que describiremos brevemente para entender cómo funcionan.

Raíz. La mayoría de las plantas tienen un sistema de raíz consistente en muchas raíces secundarias y pelos radicales; las raíces secundarias se desarrollan a partir de la raíz primaria que se forma durante la germinación. La parte externa de la raíz es la epidermis, de ella se extienden numerosas vellosidades denominadas pelos radicales; cada pelo puede medir hasta un centímetro de longitud (figura 2).

El agua es absorbida del suelo y penetra a través de los pelos radicales por medio de ósmosis. La concentración de los minerales disueltos, los azúcares, los aminoácidos y otros compuestos es mayor en el citoplasma de los pelos radicales que en el suelo que los rodea; el suelo tiene más agua que los pelos radicales; por esa diferencia de concentración, el agua se mueve del suelo hacia ellos; ésta pasa a través de las células de la corteza hasta llegar a la endodermis; el agua que viene de la corteza pasa al citoplasma de dichas células y de ahí a la del xilema para comenzar a ascender por el tallo.

Figura 2.

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Los minerales penetran a los pelos radicales por transporte activo; éste es un proceso que usa energía para mover sustancias a través de la membrana celular, de un área de baja concentración a otra de alta concentración. Ya dentro de la raíz, los minerales se mueven de una célula a otra por difusión hasta que alcanzan el xilema y son transportados dentro de la planta en solución con el agua. Otras funciones de la raíz son el anclaje de la planta al suelo y el almacenamiento de los alimentos.

Tallo. Es el eslabón entre las raíces que absorben agua y minerales, y las hojas que elaboran el alimento; los tejidos vasculares del tallo se continúan con los de éstos dos y son vía de paso para el intercambio de sustancias. El tallo y sus ramas sostienen las hojas exponiéndolas a la luz, a la vez que soportan flores y frutos. Algunos tallos contienen células con clorofila y efectúan la fotosíntesis, otros tienen células especializadas para almacenar almidón y otros nutrientes.

Hoja. La superficie superior e inferior de la hoja está cubierta por una capa continua de cera (cutina) que protege a la hoja de la pérdida de agua. Por debajo de la epidermis superior, se encuentra el mesófilo, formado por dos tipos de tejido: el parénquima en empalizada y el parénquima esponjoso (figura 3).

El primero está formado por células alargadas dispuestas de modo vertical, con abundantes cloroplastos donde se efectúa con mayor eficiencia la fotosíntesis; el segundo, situado bajo el anterior, tiene células irregulares con cloroplastos que dejan espacios pro los que circula el aire, constituyendo depósitos de oxígeno (O2) y bióxido de carbono (CO2) En esta capa están las venas que contienen los vasos de xilema y floema.

La epidermis inferior tiene numerosos poros, llamados estomas, por los que penetra el bióxido de carbono del ambiente externo hacia el mesófilo donde se utiliza para la fotosíntesis. El oxígeno se difunde a través de ellos hacia el ambiente exterior. Observa el esquema del corte transversal de la hoja y localiza las estructuras antes descritas.

En las algas y briofitas no existe un sistema de transporte, los nutrientes necesarios para la fotosíntesis se difunden a través de los espacios intercelulares y los desechos metabólicos se mueven al exterior de la misma manera.

En las traqueofitas aparece el sistema vascular, un sistema de transporte eficiente que satisface sus necesidades. Está formado pro dos clases de tejidos vasculares especializados: el xilema y el floema, que se encuentran en todas las partes de la planta, raíces, tallos y hojas. El xilema está formado por un conjunto de células llamadas traqueídas, éstas son células muertas cuyas paredes tienen engrosamientos de lignina; están colocadas una a continuación de la otra formando conjuntos de tubos. El agua y minerales disueltos en ella forman una disolución que asciende por el xilema de la raíz y del tallo, hasta llegar a las hojas, para ser utilizados en la fotosíntesis (figura 4). El movimiento ascendente del agua se debe a varios fenómenos: presión radical, transpiración y fuerzas de cohesión.

Figura 4. El movimiento del agua hacia las partes superiores de los tallos de los árboles se explica por la teoría de la cohesión – tensión. La cohesión entre las moléculas de agua (en el interior del círculo) proporciona al agua un aumento de densidad. La transpiración de las hojas proporciona un <<tirón>> de esta agua densa en los vasos del xilema.

Mediante la fotosíntesis, el agua y el CO2 en la hoja se transforman en un líquido que contiene moléculas orgánicas, principalmente azúcares, que debe ser conducido a todas las células del vegetal. Este transporte corre a cargo del floema, formado por los tubos cribosos; cada uno de éstos consta de células largas colocadas una a continuación de la otra unidas por los extremos, y en éstos se localizan las placas cribosas, con orificios capaces de cerrarse para controlar el flujo del alimento. Alrededor de estos tubos están las células acompañantes, esenciales para la función del transporte.

A diferencia de las células del xilema (figura 5), los vasos cribosos y las células acompañantes son células vivas (figura 6), con abundante citoplasma y de paredes delgadas que participan en forma activa. El azúcar que entra en las venas de la hoja se bombea mediante transporte activo hacia los tubos cribosos del floema; así, aumenta la concentración de azúcar en el floema ubicado cerca de las células de la hoja. Al elevarse la concentración de azúcar en los tubos cribosos, el agua entra en ellos por ósmosis desde las células del xilema cercano; este movimiento hacia los tubos cribosos aumenta su presión de turgencia. Este fenómeno obliga a las moléculas de azúcar a pasar al siguiente tubo criboso donde se repite el mismo proceso.

Figura 5. a) Estructura de un baso leñoso; Figura 6.

b) distintos tipos de vasos leñosos.

Cuando las moléculas de azúcar llegan a las raíces, pasan a las células, donde se almacenan en forma de almidón, y se utilizan de inmediato en la respiración y en los procesos de síntesis de otros compuestos (ácidos grasos, aminoácidos, proteínas, vitaminas y hormonas). El mecanismo de transporte del alimento en la planta se conoce como translocación y ocurre en dos sentidos.

Las sustancias orgánicas se originan en las hojas, por lo que la mayor parte del transporte es hacia abajo, es decir, de las hojas al resto de la planta. Sin embargo, en aquellas estaciones del año en que se pierden las hojas, la fotosíntesis se reduce, y el déficit de alimento promueve que el que está almacenado en las raíces y en el tallo se transporte a otras partes de la planta; entonces el movimiento del alimento se da hacia arriba por el floema.