La planta absorbe nutrientes en
forma de iones o moléculas neutras principalmente a través de la raíz, aunque también
se produce la absorción de nutrientes a través de las estomas o cutículas de
las hojas.
Potencial Químico e Hídrico
El movimiento de los iones va asociado con el movimiento del
agua, hay que tener en cuenta que el movimiento espontáneo tanto de los iones
como del agua se produce mediante un balance energético. En caso del agua
mediante un gradiente de potencial hídrico (ψ), mientras que en caso de los
iones mediante un gradiente de potencial químico
(μ).
Potencial químico.
El potencial químico de una
sustancia es la expresión de la contribución de esta sustancia a la energía
libre del sistema, por tanto, este potencial tendrá unidades de energía/mol y
depende de las características del soluto y también de factores externos.
µi=(δG/δn)T, P, nj≠ I
µi= µi0 + RT lnai + ziFE + ViP +
migh
Cuando un soluto se mueve sin
aporte de energía externa tiende a difundir desde zonas de alto potencial
químico a zonas de bajo potencial químico.
Potencial Hídrico.
Puede definirse como la diferencia
del potencial químico del agua en un sistema dado y el potencial químico del
agua pura en las mismas condiciones de presión y temperatura dividido el
volumen molar del agua (unidades de presión).
ψ= (μw - μw0) / Vw
El potencial hídrico presenta
varias componentes, un componente de potencial de presión, un componente de
potencial osmótico, un componente de presión matricial y un componente que
depende de la fuerza de la gravedad.
Ψ = Ψp + Ψs + Ψm + Ψg
En la planta: Ψ = Ψp + Ψs
Los componentes que más influyen en
el potencial hídrico son Ψp y Ψs
Ψp > 0 Agua sometida a presión
Ψp < 0 Agua sometida a succión
Ψs = 0 Agua pura (no contiene
solutos)
Ψs < 0 Presencia de solutos
Movimiento del agua en la célula
Cuando una sustancia se mueve en un
proceso espontáneo a favor de un gradiente de potencial hídrico, esta agua se
mueve de una zona de mayor potencial hídrico a una zona de menor potencial hídrico.
Uno de los orgánulos más importantes para el movimiento del agua es la vacuola.
El líquido que se encuentra dentro de la vacuola se denomina jugo vacuolar, con
un potencial osmótico negativo. Este potencial osmótico negativo permite la
entrada de agua en la célula hasta que aparezca un potencial de presión ejercida
por la pared celular rígida. La entrada de agua, como se indica en la formula Ψ
= Ψp + Ψs, se mantendrá hasta que se iguale el potencial de presión y el
potencial osmótico.
De manera similar, se produce un
movimiento de agua entre células adyacentes, cuando en una célula entra agua,
su potencial osmótico aumenta, esto implica que su potencial global aumenta
respecto de las células adyacentes permitiendo el paso de agua de célula a
célula debido al gradiente de potencial hídrico.
Movimiento del agua en la planta
Este movimiento de agua de célula a
célula permite que el agua atraviese todos los tejidos de la raíz alcanzado el
Xilema y Floema que son los órganos encargados del transporte de agua entre la
raíz y la zona aérea de la planta.
En la parte izquierda se puede
observar un corte longitudinal de una raíz, abajo se observa la Cofia o
caliptra encargada de proteger la zona meristemática, en esta zona meristemática
se produce el crecimiento de la raíz, por encima se encuentra la zona de
elongación donde se produce el crecimiento de la raíz y por último la zona de
absorción donde se encuentran los pelos radiculares encargados de la absorción
de agua y nutrientes.
En la parte superior se puede
observar una zona denominada banda de caspari, ésta está formada por células
que contienen una sustancia hidrofóbica denominada suberina.
En la imagen superior se observa un
corte ecuatorial de la raíz, de izquierda a derecha podemos observar la zona más
externa de la raíz denominada epidermis, una zona más interna denominada córtex
y otra zona más interna denominada endodermis donde nos encontramos la banda de
caspari. En el interior de la endodermis nos encontramos el cilindro central (estela)
donde podemos distinguir el periciclo y los tejidos conductores denominados
Xilema y Floema.
Las moléculas de agua y los
elementos nutritivos tienen que atravesar todas estas capas celulares para
alcanzar el Xilema y el Floema. Para realizar este recorrido pueden seguir dos
vías posibles, la vía del Apoplasto o la vía del Simplasto.
Vía del Apoplasto.
El agua y los iones se mueven a través
de las paredes celulares y los espacios intercelulares por toda la planta. Este
conjunto de paredes celulares y espacios intercelulares se le denomina espacio
libre aparente.
Las paredes celulares están constituidas
principalmente por distintos tipos de polisacáridos como las microfibrillas de
celulosas que presentan asociaciones muy fuertes entre sí, dejando una
estructura entrecruzada rígida con canales y/o poros entre sí. Para facilitar
la unión entre estas fibrillas se encuentran entrecruzadas con Xiloglucanos,
arabinoxilanos o glucoarabinoxilanos dependiendo de las características de la
planta. Estos están asociados también a glicoproteínas. Todo este conjunto de
microfibrillas se encuentran en una matriz de otro polisacárido denominada
pectina.
Además, en la pared celular se
encuentran el Boro y el Calcio (en algunos cultivos el Silicio) encargados de
estabilizar esta estructura.
Estos huecos que quedan entre estas
microfibrillas pueden ser atravesados por moléculas como la sacarosa o iones
hidratados, actuando como vías de libre difusión dentro de la planta. Existen
poros de mayor tamaño denominados macroporos y otros de menor tamaño
denominados microporos, dentro de estos macroporos el agua y los cationes
pueden moverse libremente, este espacio se denomina espacio libre de difusión del
agua. En zonas más pequeñas o zonas con grupos cargados negativamente debido al
ácido galacturónico presente en las pectinas se establecen interacciones electrostáticas
sobre los cationes cargados positivamente quedando estos retenidos con mayor o
menor intensidad. Por tanto, existen zonas donde el movimiento del agua es
libre pero el movimiento de los iones se ve afectado por su carga (espacio
libre donnan).
Este movimiento es más simple que
el movimiento simpático que requiere atravesar la membrana celular.
Vía del Simplasto.
El agua y los iones necesitan
entrar dentro de la membrana plasmática de las células vegetales para moverse a
través del conjunto de citoplasmas de todas las células conectadas entre sí
mediante unas conexiones denominadas plasmodesmos.
En caso de las raíces jóvenes, estas carecen de la banda de
caspari por lo que la entrada de agua y nutrientes pueden moverse por ambas
vías.
En caso de raíces más maduras, estas células contienen la célula
de caspari que actúa como obstáculo, por lo que los nutrientes están obligados
a entrar en la célula para acceder al xilema (vía del Simplasto).
Absorción y transporte de nutrientes
Teniendo en cuenta la interacción
de la raíz con el medio donde se encuentren los nutrientes (suelo o disolución
nutritiva) podemos observar que, a medida que la raíz absorbe los iones junto
con el agua, se produce un descenso de la concentración de estos iones en la zona
cercana a la raíz, por tanto, disminuirá el potencial químico de estos
elementos en la zona más cercana a los pelos radiculares facilitando el
movimiento por difusión de estos iones desde las zonas con mayor potencial
electroquímico hacia la raíz.
A su vez, se produce un arrastre físico
de estos iones mediante un gradiente hídrico causado por la absorción de agua
por parte de la raíz.
Como se ha comentado anteriormente,
en el movimiento de nutrientes a través de la vía del Simplasto, es necesario
atravesar la membrana plasmática. Esta consiste en una doble capa lipídica,
apolar en su interior y polar en su exterior. Esta membrana es de permeabilidad
selectiva, permitiendo el paso de agua y moléculas neutras, pero dificultando
el paso de iones que, a su vez, dependerá del tipo de ion.
Esta permeabilidad selectiva genera
una distribución asimétrica de cargas a ambos lados de la membrana plasmática,
dando lugar a una diferencia de potencia entre el interior y exterior de la
célula denominado potencial de difusión.
El material que aquí se muestra tiene carácter informativo. En caso de duda consulte con el facultativo. “AgroScience Hispanica” no se hace responsable de los perjuicios ocasionados por la automedicación.
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