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La nutrición de las plantas ocurre a partir de complejas reacciones bioquímicas que permiten que se sinteticen los compuestos necesarios para el mantenimiento y crecimiento de las células. Sin embargo, a diferencia de los animales, las plantas presentan necesidades nutricionales relativamente sencillas, ya que pueden producir los compuestos orgánicos, que serán su fuente de energía, a partir del H2O y el CO2, mientras que los aminoácidos y vitaminas necesarios para vivir, se producen a partir de compuestos inorgánicos provenientes del entorno, principalmente del suelo.
Las plantas son seres vivos autotrofos, lo que significa que mediante una serie de reacciones que ocurren a nivel celular, estos seres vivos son capaces de producir todos los nutrientes y azúcares necesarios para llevar a cabo sus funciones vitales. La nutrición de las plantas ocurre esencialmente a partir de la luz solar y el agua, pero además, existen elementos específicos esenciales en la vida de estos organismos vegetales.
Fases o etapas de la nutrición de las plantas
En la nutrición de las plantas están implicadas algunas etapas fundamentales que se diferencian según su función. En la primera etapa se encuentran los procesos de obtención de los elementos necesarios para llevar a cabo los procesos bioquímicos primordiales, luego ocurre el transporte de estos nutrientes a través de la planta y finalmente su empleo en el metabolismo y crecimiento.
La captación de nutrientes es la primera fase en la nutrición de las plantas y ocurre a partir del aire y el suelo en la mayoría de ellas. El dióxido de carbono ingresa a las plantas en su región aérea a través de los estomas, que son aperturas o poros encontrados entre las células guardas y se encargan del intercambio de gases y vapor de agua.
Por otro lado, las plantas obtienen la mayor proporción de agua que requieren a través del suelo. La disponibilidad de agua en los suelos varía según algunas características del mismo, como su porosidad y nivel de desecación. La diferencia de potencial hídrico permite que el agua ingrese a las células de la raíz, y gracias a una presión positiva generada mediante procesos fisiológicos (presión radical) esta puede ascender hasta el tallo. Los nutrientes minerales también ingresan a las plantas a través de la raíz junto con el agua. El agua se mueve entre las células principalmente por acuaporinas, mientras que los micronutrientes y macronutrientes se trasladan gracias a diferencias de potencial eléctrico y proteínas transportadoras, respectivamente.
El transporte de los compuestos es la segunda etapa importante en la nutrición de las plantas, y ocurre a través de un sistema formado por dos clases de tejidos vasculares especializados: el xilema y el floema. Estos tejidos forman un sistema de canales que conectan la raíz, el tallo y las hojas de una planta y permiten que los nutrientes se trasladen a todas las células para ser aprovechados.
La producción del alimento en las plantas superiores ocurre a partir del proceso de la fotosíntesis. La luz solar provee la energía necesaria para sintetizar los hidratos de carbonos requeridos en la nutrición de las plantas y ocurre en una serie de reacciones bioquímicas.
Nutrición hídrica y mineral de las plantas
Aunque las plantas superiores son capaces de sintetizar azúcares y compuestos esenciales para su desarrollo a partir del agua y CO2, el proceso de nutrición de las plantas requiere también elementos minerales esenciales. Estos elementos minerales tienen funciones primordiales en el metabolismo de las plantas, y son adquiridos desde el suelo en forma de iones por las raíces, para ser transportados hacia las partes aéreas de las plantas.
Los nutrientes minerales absorbidos por las plantas se encuentran en el suelo, la capa más superficial de la corteza terrestre. Estos minerales provienen de las rocas y de materia orgánica en descomposición. El suelo se compone a su vez de tres capas llamadas horizontes que son: el horizonte A, rico en materia orgánica en descomposición (humus); horizonte B, donde se acumulan los nutrientes minerales arrastrados desde el horizonte A; y horizonte C, donde se encuentran rocas sueltas y dispersas sobre la roca madre. La fertilidad del suelo, y en consecuencia, la disponibilidad de nutrientes para las plantas, dependen de la composición y profundidad de estas tres capas.
Se ha demostrado que en la nutrición de las plantas se requieren alrededor de 16 minerales esenciales, entre los que se encuentran sodio (Na), potasio (K), fósforo (P), nitrógeno (N), calcio (Ca), magnesio (Mg), azufre (S) y sílice (Si). Todos estos elementos son absorbidos desde el suelo en forma de iones a través de un extensivo sistema raigal o radical. Mediante este sistema las plantas son capaces de explorar el medio edáfico para encontrar y captar el agua y los recursos minerales.
Absorción mineral en la nutrición de las plantas
Las raíces de las plantas superiores se componen de dos superficies generales: la región aérea de la planta y la raíz, y estas se conectan a través del sistema conductor (xilema y floema). En el sistema radical, las raíces filamentosas jóvenes y los pelos radicales son los encargados de la absorción de los nutrientes minerales. El flujo de agua por diferencia de potencial hídrico, arrastra los minerales hasta la superficie de las raíces, donde estos iones son absorbidos a través del apoplasto, que es el espacio externo de las células o paredes celulares. Los nutrientes pasan entonces al simplasto o espacio interior de las células (citoplasma y vacuolas) y de allí son trasladados al tejido conductor del xilema, desde donde migran hacia la región aérea de las plantas.
Los microorganismos que habitan en el suelo tienen también un importante papel en la nutrición de las plantas. La microflora y las poblaciones bacterianas que viven en la capa orgánica del suelo tienen un efecto sobre la fertilidad de los mismos. Algunos microorganismos beneficiosos para las plantas son hongos, bacterias y algas. Estos son capaces de contribuir en la absorción de solutos inorgánicos y orgánicos por las plantas, a través de su actividad biológica o si se asocian con las raíces, conformando una simbiosis.
La simbiosis entre un hongo y una raíz se denomina micorriza y favorece principalmente la absorción de fósforo y otros micronutrientes esenciales como Zn, Cu, B, Mo, Fe y Mg. En esta asociación, los hongos reciben nutrientes orgánicos desde las células vegetales, mientras que permiten a la raíz tener una mejor absorción de agua y minerales. Las bacteriorrizas son asociaciones entre bacterias y raíces de plantas. El rol de estas bacterias es esencial, ya que son las encargadas de fijar el nitrógeno y proveerlo a las células vegetales, mientras estas le dan a cambio carbohidratos y otros nutrientes.
Síntesis del alimento
En la nutrición de las plantas, los carbohidratos se sintetizan a partir de la fotosíntesis. Mediante este proceso se obtiene la energía libre necesaria para fabricar el alimento. La captación de la energía lumínica ocurre en los cloroplastos, por pigmentos fotosintéticos que se encargan de absorber la energía radiante (luz) y conforman el fotosistema. El pigmento más abundante en las células vegetales es la clorofila A, y se encuentran en las membranas tilacoidales de dichas células en las hojas de las plantas.
A partir del fotosistema, los fotones de la luz solar son secuestrados y energizados, lo que da como resultado un excitón que se transfiere a un par especial de pigmentos que pueden pasar la energía de estas partículas hasta una cadena de transporte de electrones. De esta manera la energía lumínica pasa a energía química. Dicha energía química es utilizada posteriormente en el Ciclo de Calvin, donde se toma, además, el CO2 adquirido del aire por los estomas para generar los hidratos de carbono. La fotosíntesis genera como producto final O2 en las plantas superiores, algas y bacterias.
Transporte de nutrientes en las plantas
El xilema y el floema son los tejidos especializados en el transporte de sustancias en las plantas superiores. Gracias a estos sistemas, los nutrientes y vitaminas generados en la nutrición de las plantas pueden ser aprovechados por todas las células de estos organismos. Estos tejidos forman canales cilíndricos compuestos por células, dispuestas en forma vertical que se continúan unas con otras.
El xilema se compone de células de pared gruesa denominadas traqueidas que son alargadas verticalmente y carecen de núcleo, pues funcionan solo como tubos de conducción. El xilema también es conocido como tejido leñoso y se encarga de transportar el agua y los nutrientes minerales (savia bruta), desde la raíz hasta las hojas.
El floema es un tejido vascular formado por cordones de células que conducen los carbohidratos (savia elaborada) desde su lugar de producción en las hojas, hasta el tallo y las raíces de la planta. Este transporte es pasivo, ya que generalmente va en sentido descendente hasta los lugares en que serán consumidos o almacenados. La savia elaborada que se conduce en este sistema se compone principalmente de sacarosa y otros glúcidos, además de proteínas, enzimas, aminoácidos, vitaminas, nucleótidos (ATP), fitohormonas, ácidos orgánicos y muchos otros compuestos producidos en la nutrición de las plantas.
Referencias
- Alonso Peña, J. R. (2011). Manual de histología vegetal. Editorial Paraninfo.
- Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biología. Ed. Médica Panamericana.
- García, J. C. (2006). Biología 2. Ediciones Umbral.
- Raven, P. H., Evert, R. F., & Eichhorn, S. E. (1992). Biología de las plantas. Reverté.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2006). Fisiología vegetal (Vol. 10). Universitat Jaume I.
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