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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Eduardo Oyanedel MoyaEduardo Oyanedel MoyaIng. Ing. AgrAgr., ., Ph.D.Ph.D.
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Qu es la fisiologa vegetal?Qu es la fisiologa vegetal?
Funcionamiento de las plantasFuncionamiento de las plantas Relaciones entre los rganosRelaciones entre los rganos
nutrientes minerales, carbohidratos, nutrientes minerales, carbohidratos, hormonashormonas
Respuesta de la planta frente al Respuesta de la planta frente al medio ambientemedio ambiente
clima, suelo, nutrientes mineralesclima, suelo, nutrientes minerales competencia entre plantascompetencia entre plantas bioantagonistasbioantagonistas
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Rendimiento totalRendimiento total
Rendimiento potencialRendimiento potencialMxima expresin del potencial genticoMxima expresin del potencial gentico
Sin restricciones de suelo, nutrientes, clima, aguaSin restricciones de suelo, nutrientes, clima, aguaSin competenciaSin competencia
Costo: Costo: xxRentabilidad: Rentabilidad: yy%%
Costo: 0.5Costo: 0.5xxRentabilidad: 2Rentabilidad: 2yy%%
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Rendimiento totalRendimiento total
Rendimiento comercialRendimiento comercial
Bajo calibreBajo calibre
Dao mecnico y por Dao mecnico y por bioantagonistasbioantagonistas
Enfermedades Enfermedades fisiognicasfisiognicas
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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetalhttp://msucares.com/pubs/publications/p2185.htmhttp://msucares.com/pubs/publications/p2185.htmhttp://extension.entm.purdue.edu/pestcrop/2011/issue18/index.htmlhttp://extension.entm.purdue.edu/pestcrop/2011/issue18/index.html
Estrs por sequa en mazEstrs por sequa en maz
Estrs por sequa en soyaEstrs por sequa en soya
Balance hdricoBalance hdrico
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Por qu las plantas Por qu las plantas consumen agua?consumen agua?
EnfriamientoEnfriamiento Absorcin de nutrientesAbsorcin de nutrientes Presin de Presin de turgorturgor MetabolismoMetabolismo
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
EnfriamientoEnfriamiento EvaporacinEvaporacin
cambio de estado del aguacambio de estado del agua lquido lquido vapor de aguavapor de agua
TermografaTermografa Termmetro Termmetro infrarrojoinfrarrojo
TermocuplaTermocupla
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
TermografaTermografa en hojas de remolacha en hojas de remolacha azucareraazucarera
http://users.ugent.be/~lchaerle/IIRB/IIRB.htmlhttp://users.ugent.be/~lchaerle/IIRB/IIRB.html Fisiologa VegetalFisiologa VegetalAnderson et al (2012) Remote Sensing of Environment 122: 50Anderson et al (2012) Remote Sensing of Environment 122: 506565
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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Absorcin de nutrientesAbsorcin de nutrientes
Solucin del sueloSolucin del suelo minerales en estado asimilable por la plantaminerales en estado asimilable por la planta medio lquido facilita la absorcinmedio lquido facilita la absorcin
--PPControlControl
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Presin de Presin de turgorturgor
Pared celularPared celular contencin de la clulacontencin de la clula mantencin de una alta presin hidrosttica mantencin de una alta presin hidrosttica
internainterna
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Funciones de la presin de Funciones de la presin de turgorturgor
Expansin celularExpansin celular Apertura estomticaApertura estomtica Transporte Transporte floemticofloemtico Rigidez y estabilidad en plantas Rigidez y estabilidad en plantas
herbceasherbceas
http://shakibhttp://shakib--biology.blogfa.com/8709.aspxbiology.blogfa.com/8709.aspx Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
3535
Video: http://www.youtube.com/watch?v=GQf7ounIPlQ Video: http://www.youtube.com/watch?v=GQf7ounIPlQ https://www.youtube.com/watch?v=1I2im8jj29whttps://www.youtube.com/watch?v=1I2im8jj29w
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Expansin celularExpansin celular
Aumento de la presin de Aumento de la presin de turgorturgor Dilatacin de la pared celularDilatacin de la pared celular
Membrana Membrana plasmticaplasmtica
Pared Pared celularcelular
Auxina Auxina estimulaestimula
ProtenaProtena(bomba de H+)(bomba de H+)
CITOPLASMACITOPLASMA
PARED CELULARPARED CELULAR
ActivacinActivacin
ExpansinasExpansinas
Elongacin Elongacin celularcelular
Relajacin de la celulosa Relajacin de la celulosa la clula se puede la clula se puede elongarelongarMolcula de Molcula de
celulosacelulosa
Fisiologa VegetalFisiologa VegetalCrowellCrowell et al (2010) Comptes Rendus Biologies 333(4): 320et al (2010) Comptes Rendus Biologies 333(4): 320324324
Aparato de Aparato de GolgiGolgi
Filamentos Filamentos de de actinaactina
Complejos Complejos de de celulosa celulosa sintetasasintetasa
MicrotbulosMicrotbuloscorticalescorticales
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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
http://sites.sinauer.com/cooper6e/animation1401.html http://sites.sinauer.com/cooper6e/animation1401.html
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Respuesta a estmulos tctiles en Respuesta a estmulos tctiles en Mimosa Mimosa pudicapudica
Sin estmuloSin estmulo Con estmuloCon estmulo
rganos motoresrganos motores
PulvinusPulvinus((biomotorbiomotor))
Fololos Fololos luego de ser luego de ser estimuladosestimulados
Cara interna con Cara interna con clulas flcidasclulas flcidas
Cara externa con Cara externa con clulas turgentesclulas turgentes
Tejido conductorTejido conductor
0,5 M0,5 Mhttp://www.youtube.com/watch?v=BLTcVNyOhUchttp://www.youtube.com/watch?v=BLTcVNyOhUc
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
MetabolismoMetabolismo
Metabolismo primarioMetabolismo primario fotosntesisfotosntesis respiracin celularrespiracin celular
Metabolismo secundarioMetabolismo secundario pigmentospigmentos compuestos voltilescompuestos voltiles sustancias de defensasustancias de defensa
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
YYww
YYww
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
YYww Potencial hdricoPotencial hdrico
Potencial qumico del agua dividido Potencial qumico del agua dividido por el volumen parcial por el volumen parcial molalmolal del aguadel agua
volumen de 1 mol de aguavolumen de 1 mol de agua
Medida de la energa libre del agua Medida de la energa libre del agua por unidad de volumenpor unidad de volumen
JJ..mm--33
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Factores que contribuyen al Factores que contribuyen al potencial hdricopotencial hdrico
Concentracin de sales, presin, Concentracin de sales, presin, gravedadgravedad
YYww = = YYss + + YYpp+ + YYgg
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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Bomba de Bomba de ScholanderScholander
Cmara selladaCmara sellada hoja con su pecolo afuera de la cmarahoja con su pecolo afuera de la cmara
Se inyecta aire (NSe inyecta aire (N22) a presin) a presin en en forma forma progresivaprogresiva
se igualan las presiones se igualan las presiones agua comienza a agua comienza a salir del pecolosalir del pecolo
ManmetroManmetro registro de la presin al reregistro de la presin al re--hidratarse el hidratarse el
pecolopecolo
www.youtube.com/watch?v=IPRc0ubrwGEwww.youtube.com/watch?v=IPRc0ubrwGE Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Das despus de la siembraDas despus de la siembra
Pote
ncia
l hd
rico
de la
hoj
a an
tes
del a
man
ecer
(Po
tenc
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la h
oja
ante
s de
l am
anec
er (M
PaM
Pa))
ControlControl30 30 meqmeq/L/L
RiegoRiego
KaterjiKaterji et al (2003) Agricultural et al (2003) Agricultural WaterWater Management 62: 37Management 62: 37--6666
Efecto de la salinidad sobre el potencial hdricoEfecto de la salinidad sobre el potencial hdricoRemolacha azucareraRemolacha azucarera
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
YYss Potencial de solutosPotencial de solutosPotencial osmticoPotencial osmtico
Representa los efectos en el potencial Representa los efectos en el potencial hdrico de los solutos disueltos en el hdrico de los solutos disueltos en el aguaagua
disminuye la energa libre del agua por un efecto disminuye la energa libre del agua por un efecto entrpicoentrpico
Ecuacin de van Ecuacin de van ''t t HoffHoffYYss = = -- RR..TT..ccss R: constante de los gases, 8.32 JR: constante de los gases, 8.32 J..molmol--1.1.KK--11
T: temperatura, T: temperatura, KKccss: : osmolaridadosmolaridad, mol, mol..ll--11
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
YYss = = -- RR..TT..ccss Signo negativoSigno negativo Las sales disueltas disminuyen el potencial Las sales disueltas disminuyen el potencial
hdrico de una solucin, en relacin al estado de hdrico de una solucin, en relacin al estado de referencia del agua purareferencia del agua pura
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
HipertonicidadHipertonicidadPlasmlisisPlasmlisis
IsotonicidadIsotonicidadPresin de Presin de turgorturgor negativanegativa
HipotonicidadHipotonicidadPresin de Presin de turgorturgor positivapositiva
VacuolaVacuola
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Concentracin de Concentracin de NaClNaCl ((mMmM))0 50 75 100 150 2000 50 75 100 150 200
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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
YYpp Potencial de presinPotencial de presin
Presin hidrosttica de la solucinPresin hidrosttica de la solucin Agua pura: Agua pura: YYpp = 0= 0 Tejidos: Valores + Tejidos: Valores + -- Clulas vivas, turgentes: valor positivoClulas vivas, turgentes: valor positivo
presin de presin de turgorturgor
Tejido Tejido xilemticoxilemtico, paredes celulares , paredes celulares entre clulas: valores negativosentre clulas: valores negativos
tensin, presin hidrosttica negativatensin, presin hidrosttica negativa
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Sonda de presinSonda de presin
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
YYgg Potencial de gravedadPotencial de gravedad
h: altura del agua en relacin a un h: altura del agua en relacin a un cuerpo de agua en estado de cuerpo de agua en estado de referenciareferencia
rrww :: densidad del aguadensidad del aguagg: aceleracin de gravedad: aceleracin de gravedadYYgg = = rrww . . gg .. hh
rrww gg = 0.01 = 0.01 MPaMPa . . mm--11
YYgg = 1,16= 1,16
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
YYmm Potencial Potencial mtricomtrico
Suelo secoSuelo seco Semillas con bajo contenido de Semillas con bajo contenido de
humedadhumedad Agua en una capa muy delgada, Agua en una capa muy delgada,
ligada a una superficie slida por ligada a una superficie slida por interacciones electrostticasinteracciones electrostticas
efecto no se puede separar del efecto no se puede separar del YYss y y YYpp se se combinan en combinan en YYmm
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetalhttp://cnx.org/content/m44708/latest/Figure_30_05_04.pnghttp://cnx.org/content/m44708/latest/Figure_30_05_04.png Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Balance de potencialesBalance de potenciales
Recipiente con agua pura Recipiente con agua pura a 20a 20CC
Abierto: presin Abierto: presin hidrosttica = presin hidrosttica = presin atmosfricaatmosfrica
YYpp = 0 = 0 MPaMPa
Sin solutosSin solutos YYss = 0 = 0 MPaMPa
Potencial hdricoPotencial hdrico YYww = 0 = 0 MPaMPa
Agregamos Agregamos sacarosa a una sacarosa a una concentracin de concentracin de 0.1 M0.1 M
Potencial de solutosPotencial de solutos YYss = = --0.244 0.244 MPaMPa
Potencial hdrico Potencial hdrico disminuyedisminuye
YYww = = --0.244 0.244 MPaMPa
YYww = = YYss + + YYpp+ + YYgg
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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Equilibrio de potencialesEquilibrio de potenciales
Clula marchita, sin Clula marchita, sin presin de presin de turgorturgor
Concentracin de solutos Concentracin de solutos 0.3 M0.3 M
YYss = = --0.732 0.732 MPaMPa
Presin interna = externaPresin interna = externa YYpp = 0 = 0 MPaMPa
Potencial hdricoPotencial hdrico YYww = = --0.732 0.732 MPaMPa
Al ponerla en 0.1 M de Al ponerla en 0.1 M de sacarosasacarosa
YYww recipiente recipiente >> YYww clulaclula--0.244 0.244 MPaMPa >> --0.732 0.732 MPaMPa
El agua se mueve de la El agua se mueve de la solucin a la clulasolucin a la clula
Aumenta la presin Aumenta la presin hidrostticahidrosttica
YYww = = YYss + + YYpp+ + YYgg
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
EquilibrioEquilibrio
YYww contenedor contenedor == YYww clulaclula--0.244 0.244 == --0.244 0.244 MPaMPa
Membrana plasmticaMembrana plasmticaCitoplasma Citoplasma
Vacuola Vacuola
Pared celularPared celular
NcleoNcleo
La clula se hace ms rgida,La clula se hace ms rgida,pero en general mantiene su formapero en general mantiene su forma
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
YYww
YYss
TomateTomateContenido relativo de agua, Contenido relativo de agua, YYww yyYYss
Hsiao + Hsiao + XuXu (2000) Journal of Experimental Botany 51: 1595(2000) Journal of Experimental Botany 51: 1595--16161616
(Peso fresco (Peso fresco Peso seco)Peso seco)(Peso fresco en turgencia (Peso fresco en turgencia Peso seco)Peso seco)CRA = x 100CRA = x 100
YYww = = YYss + + YYpp+ + YYgg
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Ruta del aguaRuta del agua
Va primariaVa primaria raz raz tallo tallo hojahoja
Vas secundariasVas secundarias tallo tallo florflor tallo tallo yemayema raz absorbente raz absorbente raz raz reservantereservante
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
FloemaFloemaEndodermis con banda Endodermis con banda de de CaspariCaspari
PericicloPericiclo
EstelaEstela
CortexCortex
EpidermisEpidermis
Pelo radical Pelo radical
Va Va simplsticasimplstica: a travs de : a travs de membranas celulares y clulas membranas celulares y clulas vivasvivas
EpidermisEpidermisPelo radicalPelo radical
Va Va apoplsticaapoplstica: a : a travs de paredes travs de paredes celulares y espacios celulares y espacios intercelularesintercelulares
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Vas de circulacin del agua Vas de circulacin del agua en la razen la raz Flujo Flujo masalmasal por presin hidrostticapor presin hidrosttica
ApoplastoApoplasto ((,, fuera)fuera) sistema continuo de paredes celulares, espacios sistema continuo de paredes celulares, espacios
de aire entre clulas y el lumen del xilemade aire entre clulas y el lumen del xilema SimplastoSimplasto ((,, junto)junto)
red de clulas conectadas por red de clulas conectadas por plasmodemosplasmodemos
Flujo por gradiente de potencialesFlujo por gradiente de potenciales TransmembranaTransmembrana
membrana clula 1 membrana clula 1 membrana clula 2membrana clula 2 tonoplastotonoplasto
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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Banda de Banda de CaspariCaspari
Presente en la regin de la raz que Presente en la regin de la raz que no creceno crece
Obstruye la va Obstruye la va apoplsticaapoplstica suberina: barrera en contra del movimiento suberina: barrera en contra del movimiento
de agua y solutosde agua y solutos
Flujo contina a travs de la Flujo contina a travs de la membrana plasmticamembrana plasmtica
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Ingreso de aguaIngreso de agua
Membrana celularMembrana celular permeabilidad intrnseca limitadapermeabilidad intrnseca limitada
AcuaporinasAcuaporinas Protenas que atraviesan la membrana Protenas que atraviesan la membrana
celularcelular archaeaarchaea, , eubacteriaseubacterias y y eucarionteseucariontes
plantasplantas, , hongoshongos y y animalesanimales
35 descritas en especies vegetales35 descritas en especies vegetales
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Funcionamiento de las Funcionamiento de las acuaporinasacuaporinas
Condicin normalCondicin normal canal abierto: permite el paso del aguacanal abierto: permite el paso del agua
SequaSequa cierre del canalcierre del canal dede--fosforilacinfosforilacin de 2 residuos de SERde 2 residuos de SER
AnegamientoAnegamiento protonacinprotonacin de un residuo de HIS por la de un residuo de HIS por la
cada del pH debido a la anoxiacada del pH debido a la anoxia
Fisiologa VegetalFisiologa VegetalTrnrothTrnroth--HorsefieldHorsefield el al (2006) Nature 439: 688el al (2006) Nature 439: 688--694694
Espacio extracelularEspacio extracelular
CitosolCitosol
AnegamientoAnegamientoProtonacinProtonacin
Condicin normalCondicin normalEstrs por sequaEstrs por sequaDeDe--fosforilacinfosforilacin
AcuaporinasAcuaporinas
El El looploop se desplaza 16Ase desplaza 16AApertura de una compuerta Apertura de una compuerta hidrofbicahidrofbicaque bloquea la entrada del canal desde el que bloquea la entrada del canal desde el citoplasmacitoplasma
No No fosforiladafosforilada FosforiladaFosforilada
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Buen drenajeBuen drenaje
Mal drenajeMal drenaje
Tallo cortoTallo cortoHojas gruesasHojas gruesasCloroplastos cerca de espacios Cloroplastos cerca de espacios intercelularesintercelulares
Tallo alargadoTallo alargadoHojas delgadasHojas delgadasFormacin de Formacin de aernquimaaernquimaCloroplastos cerca de la epidermisCloroplastos cerca de la epidermis
AernquimaAernquima
Cloroplastos Cloroplastos asociados a la asociados a la epidermisepidermis
BaileyBailey--SerresSerres + + VoesenekVoesenek (2008) Annual Rev. Plant Biol. 59:313(2008) Annual Rev. Plant Biol. 59:313339339 Fisiologa VegetalFisiologa VegetalGil (2008) Gil (2008) Study of avocado (Study of avocado (PerseaPersea americanaamericana Mill.) physiological responses to different soil waterMill.) physiological responses to different soil water--toto--air ratios and the transmission air ratios and the transmission of rootof root--toto--shoot electrical signals in response of soil water deficit and root hypoxia .shoot electrical signals in response of soil water deficit and root hypoxia .Tesis Doctoral. UC.Tesis Doctoral. UC.
RazRaz
TalloTallo
17%17% 19%19% 35%35% 33%33% 37%37%Porcentaje Porcentaje de aire de aire
Franco arcillosoFranco arcillosoRelacin Relacin agua:aireagua:aire
1.71.7 1.31.3 0.6 0.40.6 0.4
ArenosoArenosoRelacin Relacin agua:aireagua:aire
0.30.3
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Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Estrs por anegamiento en alfalfaEstrs por anegamiento en alfalfa
www.plantmanagementnetwork.org/pub/php/research/leafhopper/www.plantmanagementnetwork.org/pub/php/research/leafhopper/ Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Corte verticalCorte verticalTomografa localTomografa local
Corte horizontalCorte horizontalTomografa localTomografa local
Segmentacin del sistema Segmentacin del sistema radical a partir de radical a partir de
tomografatomografa
HmedoHmedoSecoSeco HmedoHmedoSecoSeco
CarminatiCarminati et al (2009)et al (2009) VadoseVadose Zone Zone JournalJournal 8: 8058: 805--Fisiologa VegetalFisiologa Vegetal
Fuerzas que movilizan el aguaFuerzas que movilizan el agua
Gradiente de solutos en el xilemaGradiente de solutos en el xilema presin hidrosttica positiva por la absorcin de presin hidrosttica positiva por la absorcin de
iones y su acumulacin en el xilemaiones y su acumulacin en el xilema menor menor YYss menor menor YYww
SuccinSuccin columna continua de aguacolumna continua de agua deshidratacin de la hoja deshidratacin de la hoja fuerza conducida fuerza conducida
por el tallo hasta la razpor el tallo hasta la raz
CapilaridadCapilaridad