Desarrollo de las plantas, crecimiento y nutrición vegetal

Desarrollo de las plantas y crecimiento

El desarrollo de las plantas es un proceso continuo direccionado por grupos de genes específicos y la disposición de entramados celulares indiferenciados. Inicia con la embriogénesis y cuenta con un fondo genético necesario para la generación de una planta. El proceso tiene etapas muy bien establecidas que podrán variar en tiempo y desarrollo dependiendo de la especie que se esté estudiando. El modelo de estudio mayoritariamente utilizado en el desarrollo de las plantas es Arabidopsis thaliana, que es considerado un modelo biológico para la realización de bioensayos vegetales.

Por su parte, el crecimiento de las plantas está directamente ligado al desarrollo vegetal, pero necesariamente depende de características abióticas como la luz, la cantidad de nutrientes disponibles en el suelo y la identidad genética de la planta.

Embriogénesis

La embriogénesis es el primer estadio del desarrollo de las plantas e inicio posterior a la fecundación que generalmente ocurre por polinización cruzada. La ovocélula, presente en el estigma, se fusionará con una célula gamética haploide para formar un zigoto. El zigoto, será una célula encargada de generar una planta completa a partir de una diferenciación celular mediada por la genética de la planta, activación de reguladores del crecimiento y los nutrientes brindados por el endospermo o los cotiledones.

Dentro del desarrollo de las plantas, existirá la fecundación de las 2 células polares que están al interior del estigma y allí se formará el endospermo que será la reserva nutricional para el embrión; sin embargo, las plantas dicotiledóneas (2 cotiledones) como A. thaliana, tienden a reabsorber el endospermo y fomentar la acumulación de lípidos, proteínas y almidones en los cotiledones. De manera general, el zigoto ya presenta una polaridad que vendrá acompañada por múltiples divisiones celulares, los cuales fomentan diferentes estados de diferenciación del embrión, conocidos comúnmente como estado globular, estado de corazón, estado de torpedo y estado de maduración.

El primer estadío de desarrollo de las plantas, durante la embriogénesis, está enmarcado por la formación de un patrón axial, que se caracteriza por inducir el desarrollo de la planta sobre un eje longitudinal polarizado. La polaridad, está dada por la formación de una región meristemática caulinar o apical, que crece en dirección a la luz y un meristemo radical que crece en dirección a la tierra. Así mismo, el otro tipo de desarrollo de las plantas es el radial, que se refiere a la formación de estructuras al interior de los diferentes órganos en una disposición radial del interior al exterior, por ejemplo, cambium y protodermis, que se diferenciarán y formarán haces vasculares y epidermis.

Finalmente, la embriogénesis produce un embrión, el cual comúnmente está encapsulado en una semilla y que entra en estado de latencia al perder la actividad hídrica, por ende, cuando la semilla se hidrata, aumenta la expresión de giberelinas e inicia la germinación encaminada por un pequeño aumento de auxinas hacia las regiones meristemáticas. No obstante, los cotiledones que emergen no son fotosintéticamente activos, por lo tanto, la semilla contiene los nutrientes necesarios para que la especie complete su desarrollo, hasta las primeras hojas verdaderas que serán fotosintéticamente activas.

Desarrollo de las hojas

El desarrollo foliar se clasifica en tres etapas:

Primera etapa

La primera etapa es organogénica, se basa en la formación de primordios foliares que serán la base celular para la formación de la hoja. Allí, los meristemos axilares, principalmente, en su capa más externa, se dividen y diferencian rápidamente, formando protuberancias celulares llamadas primordios.

Segunda etapa

En la segunda etapa, dichos primordios, deberán formar estructuras específicas de la hoja, por ende, inicia una estratificación celular donde las células se organizan en regiones específicas para diferenciarse.

Tercera etapa

La tercera fase, consta de la diferenciación organogénica de la hoja, en la cual, algunas células se diferenciarán a estructuras epidérmicas como tricomas o células dérmicas, mientras que, otra capa se diferencia formando células fotosintéticas del mesófilo y regiones de los haces vasculares.

Desarrollo de las raíces

El desarrollo de la raíz está enmarcado por diferentes estructuras que se disponen en las regiones distales de la raíz. La cofia, es una porción de células madre que se diferencia específicamente y se dispone en la punta de la raíz, encargándose de penetrar el suelo en búsqueda de agua y nutrientes por medio de sustancias mucilaginosas excretadas.

Seguido de la cofia está una región meristemática y una zona madura. La zona meristemática provee de células indiferenciadas que se alargaran, y posteriormente se diferenciaran para disponerse en la zona madura, en la cual se pueden generar raíces laterales para aumentar la superficie de absorción; así mismo, en la zona madura, se generan elementos celulares de absorción como estructuras traqueales.

Nutrición y crecimiento de las plantas

En los últimos años está claramente evidenciado que el crecimiento y desarrollo de las plantas tienen un componente genético bastante significativo, que se caracteriza principalmente por la presencia o no de factores de transcripción de genes y reguladores del crecimiento.

De manera general, las plantas utilizan la luz como aceptor energético de protones y electrones, los cuales se involucrarán en procesos anabólicos para producir sustancias de reserva o macromoléculas energéticamente disponibles, que se forman partiendo de nutrientes asimilados del suelo sirviendo como base o esqueleto para formar dichas macromoléculas o sustancias de reserva.

Los nutrientes utilizados por las plantas tienden a ser clasificados como macronutrientes y micronutrientes.

Macronutrientes

Los macronutrientes necesarios para una morfogénesis completa y una organogénesis correcta son: fosforo, nitrógeno, potasio, calcio, azufre y magnesio; estos elementos son considerados macronutrientes porque están inmersos en la mayoría de funciones celulares, la mayoría serán utilizados como elementos base para la formación de macromoléculas, sustancias de reserva y organogénesis.

Micronutrientes

Los micronutrientes o elementos menores son: zinc, boro, cobre, hierro y manganeso, la mayoría de estos elementos están inmersos en una serie de reacciones enzimáticas, los cuales actúan como cofactores en los centros de reacción de las diferentes enzimas o como elementos clave para reacciones metabólicas.

Referencias

– Barker, A. V., & Pilbeam, D. J. (Eds.). (2015). Handbook of plant nutrition. CRC press.

– Taiz, L., Taiz, E., Zeiger, E., Uhart, S. A. E., Uhart, H. E. S. A., Echeverría, H. E., & Solanich, F. P. (2006). Fisiología vegetal/Plant physiology (No. 581.1). Universitat Jaume I.