BOTANICA Y FISIOLOGIA VEGETAL 1-.Concepto de Botánica. Cienci Cienciaa que estudia estudia a las plantas, plantas, por tradic tradición ión a todos todos los organi organismo smoss fotosi fotosinté ntético ticos. s. Se incluyen dentro del estudio de la botánica a algunos organismos no fotosintéticos y heterótrofos como los hongos.
2-. Desarrollo histórico. Prehistórica, hasta que aparecen los primeros escritos, el conocimiento de las plantas no existe. El hombre ve interés en las plantas, principalmente por la utilidad que encuentra en ellas (alimento, curación, etc....). Los primeros escritos datan alrededor del 400-500 a. J.C. y tratan sobre plantas agrícolas (trigo, etc. ...). Edad Media. Media. De esta esta époc épocaa desta destaca can n algun algunos os trat tratad ados os árab árabes es o de escu escuela elass hebr hebrai aica cass relacionados con la agricultura y plantas medicinales. Posteriormente aparecen traducciones de libros griegos, los primeros herbarios y jardines botánicos. Edad Moderna. Moderna. Se desarrolla la botánica en sentido estricto y deja de ser especialidad de medicina y farmacia (aproximadamente hace 100 años).
3-.Especialidades de la botánica. • •
Botánica pura. Botánica aplicada. o
o
Botánica pura, pura, se dedica al estudio de la biología de las plantas sin hacer referencia al nombre. Botánica aplicada, aplicada, estudia las plantas que interesan al hombre, siempre desde el punto de vista del hombre.
A) BOTÁNICA PURA Morfología vegetal : estudia el desarrollo, forma y estructura de las plantas. Tres niveles:
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Organografía (nivel de órganos) Histología vegetal (nivel tisular, de tejidos)
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Citología vegetal (nivel celular)
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Fisiología vegetal : aquella parte que se dedica al estudio de los distintas actividades que tienen lugar en las plantas. En la actualidad debe considerarse como una ciencia aparte, que integra conceptos de varias disciplinas (botánica, física y química).
Genética Genética vegetal vegetal : estudio de los mecanismos que regulan la herencia o transmisión de los caracteres y atributos de las plantas.
Sistemática vegetal : estudio de la diversidad y diferenciación de las plantas, así como del parentesco (filogenia) que existe entre ellas. Dos grandes grandes divisiones:
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Criptógamas, plantas sin flores. Fanerógamas, plantas con flores.
A su estudio se dedican la ficología (algas), micología (hongos), liquenología (líquenes), briología (briofitos: los musgos) y la pteridología (pteridofitos: helechos y colas de caballo), para las criptógamas, y la fanerogamia para las fanerógamas. Geobotánica: estudia la planta y su relación con el medio que la rodea. Paleobotánica: se dedica al estudio de los restos fósiles de plantas • •
B) BOTÁNICA APLICADA • •
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Botánica agrícola: se dedica al estudio de las plantas que tienen interés agrícola. Fitopatología: estudia de las enfermedades de las plantas. Silvicultura: estudia de las plantas con interés maderero.
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Farmacobotánica: se dedica al estudio de las plantas que tienen interés y posibles aplicaciones medicinales.
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Botánica industrial : estudia las plantas con interés industrial.
4-. Ciencias auxiliares de la botánica. Algunas de estas ciencias son: Morfología: forma externa • Anatomía: forma interna • •
Embriología: estudio del desarrollo embrionario
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Palinología: estudio del polen
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Genética: estudio de los mecanismos de transmisión de caracteres
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Química: últimamente sus estudios van dirigidos a comparar las secuencias de ADN y establecer relaciones entre plantas según los datos obtenidos. En general en el estudio de la composición química.
5-. Sistemática botánica, introducción. Parte de la botánica que estudia la diversidad y diferenciación de los organismos, así como el parentesco que tienen entre ellos. •
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Taxonomía: parte de la sistemática que dicta normas, métodos y leyes de la clasificación. Nos ayuda a describir organismos y a delimitarlos. Clasificación: organización jerárquica de los individuos o grupos basada en la semejanza o diferencia entre estos. Nomenclatura: método artificial práctico que consiste en dar nombre a las plantas.
Definiciones de términos habitualmente empleados en sistemática: Categoría taxonómica: concepto abstracto que ordena los distintos grupos de forma jerárquica. Organismos muy parecidos con características comunes formaran un grupo por sus características similares, y a su vez varios de estos grupos, también por la similitud en sus
características constituirán un grupo de mayor orden. Esto se entenderá mejor cuando se vean los distintos taxones (o grupos abstractos de organismos, que se han creado artificialmente con el fin de poder clasificarlos). Taxón: Es una unidad o categoría taxonómica cualquiera que recoge individuos de caracteres comunes. Tipos
Taxón Reino División o Filum Subdivisión Subfilum Clase Subclase Orden Familia Subfamilia Genero Especie Subespecie Variedad Forma
Abreviatura Reino Div. o Filum o Subdiv. Subfilum Cl. Subcl. O. Fam. Subfam. Gen. sp. subsp. var. forma
o
El taxón básico es el de especie y se define como el conjunto de individuos semejantes entre si y que además pueden cruzarse y tener descendencia fértil, aunque hay algunas excepciones, como híbridos que dan descendencia fértil
6-. Nomenclatura. Como ya habíamos mencionado antes, la Nomenclatura es un método artificial práctico que consiste en dar nombre a las plantas, así como a los demás organismos. A la hora de nombrar a los organismos vivos se emplea un sistema de nomenclatura binomial establecido por Linneo en 1735 en su libro Species plantarum. El nombre científico binomial consiguió principalmente simplificar la nomenclatura de la época, que había alcanzado una complejidad absurda. Aunque es un sistema binomial el nombre científico consta realmente de tres partes: Quercus coccifera L •
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Un nombre genérico, que constituye el taxón genérico y siempre presenta la letra inicial en mayúscula (es un nombre). Epíteto especifico, que constituye el taxón específico y se escribe en todas las ocasiones en minúscula (es un adjetivo).
Ambos deben escribirse en latín y estar resaltados respecto al texto en que se encuentran. Generalmente se destacan en cursiva en los textos y subrayado en manuscritos, aunque se puede resaltar el nombre científico de otra forma, en negrita, o normal cuando el texto está en cursiva. Sufijos en latín y en español mas importantes de la nomenclatura que nos permitirán conocer la categoría taxonómica a la que se está haciendo referencia.
Taxón
Abreviatu Sufijo ra latín
Reino División o Filum Clase Subclase Orden Familia Subfamilia Tribu
Reino Div. o Filum Cl. Subcl. O. Fam. Subfam. Tribu
en Sufijo español
-OTA -PHYTA -ATAE -IDAE -ALES -ACEAE -OIDEAE -EAE
en
-OTA -FITOS -OPSIDOS -IDAS -ALES -ACEAS -OIDEAS -EAS
7-. Introducción a los sistemas de clasificación biológica. Tradicionalmente los organismos vivos se clasificaban en dos reinos: VEGETAL y ANIMAL, siendo sus características las siguientes:
Reino Vegetal
Reino Animal
organismos autótrofos, realizan la fotosíntesis
son heterótrofos
contienen clorofilas
carecen de ellas
son productores primarios (materia inorgánica ® mat. orgánica).
no son productores primarios, sino secundarios (mat. orgánica ® mat. orgánica). crecimiento determinado
crecimiento indeterminado son organismos inmóviles, pero no estáticos con pared celular
son móviles sin pared celular
El sistema de clasificación de cinco de WHITTAKER. Clasifica en 5 reynos. • •
•
Reino Monera: incluye a todos los organismos procariotas, sin núcleo. (bacterias) Reino Protista: es un grupo que recoge a todos los organismos, autótrofos o heterótrofos, UNICELULARES EUCARIOTAS. (protozoos) Reino Fungi: Presentan pared celular de quitina (como el exoesqueleto de los artropodos) y absorben los nutrientes a través de esta, principalmente de materia en descomposición.
•
Reino Plantae: organismos fotoautótrofos adaptados a la vida terrestre. (plantas)
•
Reino Animalia: organismos pluricelulares eucarióticos, sin cloroplastos ni pigmentos.
De acuerdo con las últimas teorías, también se tiene en cuenta un sistema de superreinos: Superreino PROKARIOTA (bacterias) Superreino EUKARIOTA (que agruparía a seis reinos, cuatro de ellos que recogen a organismos vegetales, y que se nombraran a continuación) • •
o
o
o
o
Reino PROTOZOA (proozoos): organismos eucariotas unicelulares muy primitivos con aparato de Golgi, mitocondrias y cloroplastos. Aqui se incluyen todos los unicelulares, y de estos parten los pluricelulares. Ejemplos: euglenofitos, dinófitos, mixomicota. Reino CHROMITA (cromistas): presentan plastos rodeados por dos membranas de retículo endoplasmático y flagelos con 1-2 mastigonemas tubulares. Ejemplos: dentro de los autótrofos, criptófilos y crisófilos, y los oomicota dentro de los heterótrofos. Reino PLANTAE (plantas): son todos autótrofos con cloroplastos rodeados de dos membranas de retículo endoplasmático. Se incluyen aquí las algas rojas (rodófitos), algas verdes (clorófitos) y las plantas terrestres (briófitos, pteridófitos, gimnospermas y angiospermas). Reino FUNGI (hongos): se encuentran aqui incluidos los hongos propiamente dichos.
Procariotas
Eucariotas
células muy pequeñas, alrededor de 10 micrómetros de longitud carecen de núcleo limitado por membrana
células mayores, de 100 micrómetros tienen un núcleo verdadero, rodeado por una membrana nuclear (doble membrana plasmática) 100 Armstrong de diámetro, filamentos de ADN libre que no suelen ADN dividido y agrupado en pasar de 24 Armstrong cromosomas Ribosomas con coeficiente de 80S sedimentación de Svedberg Retículo endoplasmático sin ribosomas Retículo endoplasmático con asociados ribosomas asociados Orgánulos no rodeados de membranas Orgánulos rodeados de membranas división celular directa, por fisión división celular por mitosis binaria típica no hay reproducción sexual típica, Reproducción sexual típica entendida como intercambio de material genético, aunque si hay fenómenos de transferencia de DNA
8-. Niveles de organización en plantas. Se pueden establecer distintos niveles de organización en plantas según el grado de complejidad que presenten, siendo los siguientes: 1.
Protófitos: organismos unicelulares o agregados pluricelulares poco coherentes de
vegetales, en todos los casos las células no presentan ningún grado de diferenciación. (grupo de bacterias y algas) 2. Talófito s: son organismos pluricelulares, los mas simples son filamentos, comunicados por plasmodesmos (= forma de reticulo endoplasmatico que atraviesa la pared celular y pone en contacto los citoplasmas de dos células vegetales contiguas). Hay diferencia
entre células reproductoras (productoras de gametos) y vegetativas. Generalmente este tipo de organismos está ligado al agua. (un grupo de algas y hongos) 3.
Briofitos: presentan una situación intermedia entre talofitos y cormofitos. Al menos durante su periodo de reproducción necesitan el medio acuático. Tienen estructuras análogas a raíces, tallos y hojas. (grupo de musgos)
4.
Cormofitos: nivel de organización de aquellas plantas terrestres con autentica raíz, hojas y tallo. Presentan CORMO, es decir, haces vasculares con floema y xilema.
LA CELULA Los seres vivos están formados por mínimas unidades llamadas células. Todas las funciones químicas y fisiológicas básicas, por ejemplo, la reparación, el crecimiento, el movimiento, la inmunidad, la comunicación, y la digestión, ocurren al interior de la célula. Los hombres de ciencia, solo pudieron realizar investigaciones en relación a ellas después del descubrimiento del microscopio
CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS
Modelo de célula
Según el número de células que los forman, los seres vivos se pueden clasificar en y pluricelulares.
unicelulares
Unicelulares: Son todos aquellos organismos formados por una sola célula. En este grupo, los más representativos son los protozoos -ameba, paramecio, euglena-, que sólo pueden observarse con un microscopio.
Pluricelulares: Son todos aquellos organismos formados por más de una célula. Existe gran variedad de ellos, tales como los vertebrados (aves, mamíferos, anfibios, peces, reptiles) y los invertebrados (arácnidos, insectos, moluscos, etc.). En los vegetales, podemos tomar como ejemplos a las plantas con flores (angiosperma), sin flores típicas (gimnospermas), musgos, hongos, etc.
Los organismos pluricelulares presentan una determinada organización de sus células, en distintos niveles, que son:
Célula: mínima unidad que forma parte de un ser vivo. Tejido: conjunto de células que tienen características y funciones similares y con un mismo origen.
Órgano: conjunto de tejidos unidos y coordinados para cumplir una función específica. Por ejemplo: pulmón, corazón, estómago, etc. En el caso de los vegetales, son considerados órganos: la raíz, las semillas, las hojas, las flor, etc.
Sistemas: resultado de la unión de varios órganos, los cuales funcionan de una forma coordinada para desempeñar un rol determinado. Por ejemplo: se habla de Sistema Digestivo, Renal, Circulatorio, Nervioso, Reproductor, etc.
Organismo: es un ser vivo formado por un conjunto de sistemas, que trabajan armónicamente. Existen seres vivos que no tienen órganos o sistemas estructurados, pero poseen una organización sencilla, esto les permite un buen desarrollo. Si un órgano se daña o altera provoca una desorganización del ser vivo. Las tres partes básicas de toda célula son: la núcleo.
membrana plasmática, el citoplasma, y el
Membrana Celular o plasmática La membrana celular o plasmática La membrana celular se caracteriza porque: Rodea a toda la célula y mantiene su integridad. Está compuesta por dos sustancias orgánicas:
proteínas y lípidos, específicamente fosfolípidos.
Los fosfolípidos están dispuestos formando una doble capa ( bicapa encuentran sumergidas las proteínas.
lipídica), donde se
Es una estructura dinámica. Es una membrana semipermeable o selectiva, esto indica que sólo pasan algunas sustancias (moléculas) a través de ella. Tiene la capacidad de modificarse y en este proceso forma poros y canales
Funciones de la membrana celular Regula el paso de sustancias hacia el interior de la célula y viceversa. Esto quiere decir que incorpora nutrientes al interior de la célula y permite el paso de desechos hacia el exterior. Como estructura dinámica, permite el paso de ciertas sustancias e impide el paso de otras. Aísla y protege a la célula del ambiente externo
El citoplasma Se caracteriza porque: Es una estructura celular que se ubica entre la membrana celular y el núcleo. Contiene un conjunto de estructuras muy pequeñas, llamadas
organelos celulares.
Está constituido por una sustancia semilíquida. Químicamente, está formado por agua, y en él se encuentran en suspensión, o disueltas, distintas sustancias como proteínas, enzimas, líquidos, hidratos de carbono, sales minerales, etcétera.
Funciones del citoplasma Nutritiva. Al citoplasma se incorporan una serie de sustancias, que van a ser transformadas o desintegradas para liberar energía. De almacenamiento. En el citoplasma se almacenan ciertas sustancias de reserva. Estructural. El citoplasma es el soporte que da forma a la célula y es la base de sus movimientos.
Mitocondria Los organelos celulares Son pequeñas estructuras intracelulares, delimitadas por una o dos membranas. Cada una de ellas realiza una determinada función, permitiendo la vida de la célula. Por la función que cumple cada organelo, la gran mayoría se encuentra en todas las células, a excepción de algunos, que solo están presentes en ciertas células de determinados organismos.
Mitocondrias: en los organismos heterótrofos, las mitocondrias son fundamentales para la obtención de la energía. Son organelos de forma elíptica, están delimitados por dos membranas, una externa y lisa, y otra interna, que presenta pliegues, capaces de aumentar la superficie en el interior de la mitocondria. Poseen su propio material genético llamado ADN mitocondrial. La función de la mitocondria es producir la mayor cantidad de energía útil para el trabajo que debe realizar la célula. Con ese fin, utiliza la energía contenida en ciertas moléculas. Por ejemplo, tenemos el caso de la glucosa. Esta molécula se transforma primero en el citoplasma y posteriormente en el interior de la mitocondria, hasta CO 2 (anhídrido carbónico), H 2O (agua) y energía. Esta energía no es ocupada directamente, sino que se almacena en una molécula especial llamada ATP (adenosin trifosfato). El ATP se difunde hacia el citoplasma para ser ocupado en las distintas reacciones en las cuales se requiere de energía. Al liberar la energía, el ATP queda como ADP (adenosin difosfato), el cual vuelve a la mitocondria para transformarse nuevamente en ATP. La formación del ATP puede representarse mediante la siguiente reacción química:
ADP + P + -energia ---------------> ATP (P = fosfato) Esta reacción permite almacenar la energía. En tanto, el proceso inverso, de liberación de energía, es:
ATP
----------------> ADP + P + Energía
Cloroplastos: son organelos que se encuentran sólo en células que están formando a las plantas y algas verdes. Son más grandes que las mitocondrias y están rodeadas por dos membranas una externa y otra interna.
Cloroplasto Poseen su propio material genético llamado ADN plastidial, y en su interior se encuentra la clorofila (pigmento verde) y otros pigmentos. Los cloroplastos son los organelos fundamentales en los organismos autótrofos, En ellos ocurre la fotosíntesis. Para que esta se realice, se requiere de CO 2, agua y energía solar, sustancias con las cuales la planta fabrica glucosa. Esta molécula le sirve de alimento al vegetal y a otros seres vivos. Así se forma, también, el oxígeno que pasa hacia la atmósfera.
6CO2 +6H2O +clorofila Energía----------------> glucosa + 6O 2
Ribosomas: son pequeños corpúsculos, que se encuentran libres en el citoplasma, como gránulos independientes, o formando grupos, constituyendo polirribosomas. También, pueden estar asociados a la pared externa de otro organelo celular, llamado retículo endoplasmático rugoso. En los ribosomas tiene lugar la síntesis de proteínas, cuyo fin es construir el cuerpo celular, regular ciertas actividades metabólicas, etcétera.
Retículo endoplasmático: corresponde a un conjunto de canales y sacos aplanados, que ocupan una gran porción del citoplasma. Están formados por membranas muy delgadas y comunican el núcleo celular con el medio extracelular -o medio externo-.
Aparato de Golgi: está delimitado por una sola membrana y formado por una serie de sacos membranosos aplanados y apilados uno sobre otro. Alrededor de estos sacos, hay una serie de bolsitas membranosas llamadas vesículas. El aparato de Golgi existe en las células vegetales -dictiosomay animales. Actúa muy estrechamente con el retículo endoplasmático rugoso. Es el encargado de distribuir las proteínas fabricadas en este último, ya sea dentro o fuera de la célula. Además, adiciona cierta señal química a las proteínas, que determina el destino final de éstas.
Aparato de Golgi Lisosomas: es un organelo pequeño, de forma esférica y rodeada por una sola membrana. En su interior, contiene ciertas sustancias químicas llamadas enzimas -que permiten sintetizar o degradar otras sustancias-. Los lisosomas están directamente asociados a los procesos de digestión intracelular. Esto significa que, gracias a las enzimas que están en el interior, se puede degradar proteínas, lípidos, hidratos de carbono, etcétera. En condiciones normales,
Centríolos: están presentes en las células animales. En la gran mayoría de las células vegetales no existen. Conformados por un grupo de nueve túbulos ordenados en círculos, participan directamente en el proceso de división o reproducción celular, llamado mitosis.
Vacuolas: son vesículas o bolsas membranosas, presentes en la célula animal y vegetal; en ésta última son más numerosas y más grandes. Su función es la de almacenar -temporalmentealimentos, agua, desechos y otros materiales.
El núcleo Es fundamental aclarar que existen células que tienen un núcleo bien definido y separado del citoplasma, a través de una membrana llamada membrana doble nuclear o carioteca. A estas células con núcleo verdadero, se les denomina células eucariontes. Hay otras células -en las bacterias y en ciertas algas unicelulares- que no tienen un núcleo definido ni determinado por una membrana. Esto indica que los componentes nucleares están mezclados con el citoplasma. Este tipo de células se denominan procariontes. En la célula eucarionte el núcleo se caracteriza por: • •
• • •
Ser voluminoso. Ocupar una posición central en la célula. Estar delimitado por la membrana carioteca.. En el interior del núcleo se pueden encontrar:Núcleo plasma o jugo nuclear. Nucléolo: cuerpo esférico, formado por proteínas, ácido desoxi-ribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), ambos compuestos orgánicos.
El nucléolo tiene la información para fabricar las proteínas. Material genético: está organizado en verdaderas hebras llamadas cromatinas, formadas por ADN. Cuando la célula se reproduce, la cromatina se condensa y forma unas estructuras llamadas cromosomas, donde está contenida toda la información genética propia de cada ser vivo. La función del núcleo es dirigir la actividad celular, es decir, regula el funcionamiento de todos los organelos celulares.
