Introducción a la fisiología vegetal

INTRODUCCIÓN A LA FISIOLOGÍA
VEGETAL
Isla La Tortuga, Venezuela

INTRODUCCIÓN A LA FISIOLOGÍA
VEGETAL
Prof. José A Véliz
Lab. 500
Horas de consulta:

OBJETIVOS:
 Introducir el concepto de la fisiología vegetal
 Establecer la importancia de la fisiología
vegetal
 Relacionar la fisiología vegetal con otras
ramas de estudio de la Biología y de las
Ciencias en general.

Historia de la biología
* -600. Pensamiento presocráticos
*Aristóteles (384-322 a.C.) La Scala Naturae
1624. Primeros experimentos sobre nutrición vegetal
*
*
*

 CIENCIA: latín scientia que significa
“conocimiento”.
 Objetividad, Racionalidad, Sistematicidad, Generalidad,
Falibilidad.
 Aplica el método científico para generar el conocimiento
La biología es una ciencia
VULGAR
TIPOS DE
CONOCIMIENTOS
CIENTÍFICO

FISIOLOGÍA VEGETAL: CONCEPTO
 La Fisiología vegetal es una rama de la
biología, que establece parámetros
cualitativos acerca de los procesos de
regulación y control de las plantas.
 Postula leyes limitadas (no generales)
aplicables a un determinado número de
especies.
 Es una ciencia exacta que trata de
comprender y explicar los fenómenos
que ocurren dentro de las plantas.
 La Fisiología es una rama de la
biología experimental

Historia y desarrollo del
concepto.
 Francis Bacon (1561-1626), fundador de la
ciencia experimental.
 Vitalismo: todos los organismos tienen un
«espíritu vital», que los diferencia de lo no-vivo.
 Aplicó el Empirismo, doctrina filosófica en la
cual «todo el conocimiento que adquiere el ser
humano proviene de la experiencia y los
sentidos».
 Escribió en 1620, Novum Organum, donde
plasmó las bases del Método Científico.
Francis Bacon
Siglo XVII: VITALISTAS vs. MECANICISTAS
*

Historia y desarrollo del
concepto.
 René Descartes (1596-1650) Filósofo y
matemático francés (Discurso del método y
meditaciones metafísicas)
 Fundador del racionalismo moderno y
estableció las bases mecanicistas para el
estudio de la vida
 Señaló que “Los seres vivos funcionan
como un mecanismo, muy complicado, que
cumple con leyes físicas, donde los
fenómenos se determinan unos a otros”
(Mecanicismo).
René Descartes
Siglo XVII: VITALISTAS vs. MECANICISTAS
*

NACIMIENTO DE LA BOTÁNICA
EXPERIMENTAL
 Van Helmont (1577-1644), medico Belga,
realizó el primer experimento del cual se
tienen registros en fisiología vegetal.
 Cultivó un sauce en una maceta, al que solo
regó con agua de lluvia. A los cinco años el
árbol había crecido (74 g), y la tierra había
disminuido su peso en 57 g.
 Concluyó que el árbol crecía a partir de las
sustancias que procedían del agua y no del
suelo.
 Su obra, con el titulo de Ortus medicinae, fue
publicada póstumamente en 1648.
Van Helmont (1577-1644)
*

NACIMIENTO DE LA
BOTÁNICA EXPERIMENTAL
 Naturalista, botánico y químico Inglés, que
estudio varios gases, describió por primera vez
fenómenos fisiológicos de modo cuantitativo
Vegetable Staticks (1727):
 Pérdida de agua por evaporación
 Tasa de crecimiento de tallos y hojas.
 Variaciones de la fuerza radical distintas horas
del día.
 Describió como las plantas usaban el aire para
alimentarse.
Stephen Hales (1677-1761)
*

NACIMIENTO DE LA
 Estudió la estructura de las hojas y los estomas.
 Sugirió que las plantas son capaces de modificar
la composición del aire y usó métodos
cuantitativos para medir la presión radical y la
transpiración.
*

Joseph Priestley (1733-1804)
 Teólogo y químico inglés, demostró entre
1771-1777 la respiración en los vegetales y
aisló el oxigeno.
 Realizó experimentos de combustión y
respiración, sostenía que las plantas podían
"purificar el aire que había sido contaminado
por la combustión producida por las velas”.
*
EXPERIMENTAL
J. Priestley (1773-1804)

 Para demostrarlo:
– Quemó una vela en una campana
cerrada hasta que la llama se apagó
– Introdujo un ratón y el ratón murió.
– Luego repitió el experimento y colocó una
rama de menta en un vaso de vidrio
conectada a la campana.
– Encontró que el aire en el interior no
dañaba al ratón que recibía los gases
producidos por la rama.
– Concluyó que las plantas liberan un tipo
de aire que permite la combustión y
revierte el proceso respiratorio de los
animales.
*
EXPERIMENTAL
Experimento de Priestley para comprobar la
fotosíntesis. (Strayer, L., 1981).

 Avances importantes en la química hacia
finales del siglo 18 e inicios del 19 permitieron
una mejor comprensión del funcionamiento de
la fotosíntesis y la nutrición mineral.
– Descubrimiento de los gases y su importancia para
las plantas
– Descubrimiento de la fotosíntesis
NACIMIENTO DE LA BOTÁNICA EXPERIMENTAL

NACIMIENTO DE LA
 El descubrimiento de los gases amplio los
conocimientos sobre la fotosíntesis y la
respiración.
– Rutherford (1772): descubrió el nitrógeno.
 Las plantas utilizan el N para elaborar aminoácidos.
– Sheele (1773) y Priestley (1774) descubrieron el
oxigeno.
 Las plantas al respirar absorben O2 y liberan CO2
– Black (1777) descubrió el dióxido de carbono.
 Las plantas absorben CO2
*

NACIMIENTO DE LA
 Lavoiser (1743-1794, químico francés)
– Estableció las bases de la química moderna y la ley de la
conservación de la materia. Se le debe la nomenclatura química,
el conocimiento de la composición del aire y el descubrimiento del
papel del oxigeno en la respiración.
 En 1774, dedujo que el aire está formado por dos gases:
nitrógeno y el gas descubierto por Priestley, al que llamó
oxígeno
 Métodos para estudiar la modificación del aire por parte de
las plantas
 Lavoisier, fue guillotinado el 8 de mayo de 1794
durante la Revolución Francesa. (Al juez que presidía
el caso se le atribuye el haber dicho. “La República
no tiene necesidad de sabios”.
*

NACIMIENTO DE LA
 J. Ingenhousz (1730-1799) confirmó el trabajo de Priestley con
una importante adición.
– Encontró que la purificación solamente ocurre en la luz solar y
descubrió la fotosíntesis.
En 1779 hizo tres grandes aportes:
 Demostró la respiración en las plantas. “Las plantas en la
sombra o en la oscuridad expelen aire impuro (CO2) tanto en
las partes verdes como en las no verdes”.
 Demostró que la “materia verde” es necesaria para el
crecimiento y que las partes no verdes siempre consumen
oxigeno.
 Demostró que la luz es esencial para el crecimiento vegetal y
también para la liberación de oxigeno.
*

EXPERIMENTAL
 Jean Senebier, botánico y naturalista suizo, en
1782, confirmó que la luz, mas que el calor solar,
era necesaria para el funcionamiento de las plantas.
 También descubrió que las plantas requieren luz
para el desarrollo de la fotosíntesis y que estas
usaban CO2 disuelto en agua para “alimentarse”.
 Demostró que fragmentos y extractos de hojas eran
capaces de liberar O2 y sugirió que el O2 liberado
procedía del CO2 (hoy se sabe que procede del
agua).

NACIMIENTO DE LA
*
 Claude Bertholett (1748-1822), químico
francés, sostenían que el O2 liberado en la
fotosíntesis procedía de las moléculas de
agua y que el dióxido de carbono era fijado
por el hidrógeno del agua.
 Pelletier (1788-1842, químico francés) y
Caventou (farmacéutico francés, 1795-
1877). En 1817 aislaron la clorofila y en
1820 aislaron la quinina.

DESARROLLO DE LA
 R. Mayer (1814-1878) físico y medico alemán,
enunció en 1845 que las plantas transforman la
energía de la luz solar en energía química, negó el
principio vital y afirmó la unidad de la energía al
decir:
“En realidad, sólo existe una fuerza que en eternos ciclos
circula por la naturaleza viva y muerta”.
 Engelman (1880-1883) realizó experimentos
demostrando la relación directa entre la liberación
de oxígeno y los cloroplastos, así como la
correspondencia entre el espectro de acción de la
fotosíntesis y el espectro de absorción de la clorofila.
*
Siglo 19.

DESARROLLO DE LA
Siglo 18
FISIOLOGÍA VEGETAL Y EL ESTUDIO
DE LA NUTRICIÓN VEGETAL.

 De Saussure (1767-1845), químico y fisiólogo vegetal, aprovecho las
clásicas experiencias de Lavoisier sobre respiración para estudiar
tanto la fotosíntesis como la absorción de nutrientes, determinando
que las plantas toman el nitrógeno del suelo y no del aire.
 De Saussere en 1804 estudió las reacciones cuantitativas entre el
CO2 absorbido por la planta y la cantidad de materia orgánica y O2
producido, concluyendo que las plantas consumían agua durante la
incorporación de CO2.
 Encontró que la absorción de minerales no era proporcional con la
absorción de agua y que los solutos no eran absorbidos en la misma
proporción sugiriendo permeabilidad diferencial en las raíces.
 Además De Saussere introdujo nuevas técnicas y métodos
cuidadosos que le convirtieron en uno de los pioneros en el análisis
elemental de las plantas.
DESARROLLO DE LA
FISIOLOGÍA VEGETAL Y EL ESTUDIO DE LA NUTRICIÓN VEGETAL.
*

 S. Sprengel (1787-1859) enunció: “que un suelo
puede ser improductivo por la ausencia exclusiva de
un elemento esencial” (ley del mínimo),
 J. B. Boussingault (1802-1887) (químico y
agrónomo francés, que acompaño a Bolívar en
las campañas independista americana) en
Francia, estudió:
El efecto de la fertilización de los suelos y el
rendimiento de los cultivos y descubrió la capacidad
de las leguminosas de fijar el nitrógeno atmosférico.
DESARROLLO DE LA BOTÁNICA
EXPERIMENTAL
FISIOLOGÍA VEGETAL Y EL ESTUDIO DE LA NUTRICIÓN VEGETAL.
*

 Al iniciarse el siglo 19 se tenían datos dispersos sobre la vida
de la planta, pero no podían integrarse en una visión general.
 La unidad interna de la biología vino a mediados del siglo con
la teoría celular propuesta por Mathias Schleiden (1804-1881) y
Theodor Shwann (1810-1882) en 1839* y la teoría de la
evolución (Darwin, 1859).
* Las investigaciones de ambos científicos definieron un marco general para
el estudio del mundo natural y el funcionamiento general de las células.
EXPERIMENTAL
EL ESTUDIO DEL CRECIMIENTO Y LAS HORMONAS VEGETALES

 En 1847 Schwann, concluyó que cada célula vegetal tenía la
capacidad de producir plantas completas al suministrarle las
condiciones similares a la planta madre (Totipotencia).
 Por otra parte en 1880, Julius von Sachs enunciaba la
primera teoría de las sustancias (hormonas) que controlaban
el crecimiento en las plantas,
– También demostró que las plantas podían crecer y desarrollarse
en soluciones nutritivas, carentes de suelo, iniciando así la
hidroponía
 En el siglo XX se ha llegado a conocer, a través de la genética
fisiológica, cómo se transforma la información genética en un
modo de ser.
EXPERIMENTAL
EL ESTUDIO DEL CRECIMIENTO Y LAS HORMONAS VEGETALES

 FOTOSINTESIS Y METABOLISMO
 Los esfuerzos realizados durante más de un
siglo por De Candolle, Willstater,
Warburg, Blackman, Arnon, Calvin, etc.,
se encargaron de demostrar y entender
como la planta captura la energía luminosa
y la transforma.
 Simultáneamente Krebs, Green, Lehninger
etc, explicaron posteriormente cómo la
energía es liberada y utilizada para efectuar
trabajos metabólicos.
BOTÁNICA EXPERIMENTAL:
ACTUALIDAD

Fisiología Vegetal: ACTUALIDAD
 La fisiología vegetal considera a la planta como un mecanismo, si bien
muy complicado, en el que se cumplen las leyes físicas y donde los
fenómenos se determinan unos a otros.
 En fisiología vegetal los avances se hacen por experimentación, sin
despreciar el valor de las hipótesis bien construidas y explica la
importancia de esta ciencia por "el poder que da al hombre sobre la
naturaleza" (Bacon).
 Los conocimientos en ciencias naturales se adquieren por la
observación critica de los hechos.
 La naturaleza establece cómo se determinan y concatenan los
fenómenos, integrándose en un gran proceso orgánico.
 “en la naturaleza sólo existen hechos dados; la integración de los
fenómenos, la jerarquización e integración en un todo armónico es
producto de la mente del científico”.
 La ciencia es el resultado de la aplicación del método científico -
cartesiano en su origen- a la observación racional de los hechos. Sin
embargo, conocimiento se fundamenta en el hecho, en el fenómeno
observado, donde, por ello son necesarias sesiones de laboratorio
donde se pongan en practica algunas de las técnicas de la fisiología
vegetal experimental.

Postulados básicos
 El funcionamiento de las plantas puede ser
entendido a partir de principios físico - químicos.
 La célula es la unidad fundamental de la vida, todos
los organismos están constituidos por células.
 Las células solo surgen a partir de otras
preexistentes.
 Hay dos tipos de células las procarióticas y las
eucarióticas.
 Las células se caracterizan por la acumulación de
macromoléculas informacionales.
 Las células se organizan en tejidos y órganos.
 Los organismos vivos son estructuras
autogeneradoras.
 Los organismos interactúan con su medio ambiente
y con otros organismos.
 La estructura y la función están estrechamente
relacionados.

Principios unificadores en
fisiología vegetal:
 Las plantas no se mueven, esto las ha hecho evolucionar en una
forma de vida con crecimiento indeterminado que las capacita para
competir mejor por la luz, agua y nutrientes.
 Las plantas terrestres están estructuralmente capacitadas para
crecer hacia la luz en contra de la fuerza de gravedad.
 Las plantas terrestres pierden agua continuamente por evaporación
y han evolucionado para evitar la desecación.
 Las plantas tienen mecanismos para mover el agua y los minerales
del suelo a los sitios donde realiza la fotosíntesis y el crecimiento y
mecanismos para movilizar los productos de la fotosíntesis a
órganos y tejidos no fotosintetizadores.

La fisiología vegetal y sus
campos de estudio
 Campos de estudio.
 La fisiología vegetal es una ciencia multidisciplinaria que
integra conocimientos de diversas ciencias como
– la biofísica,
– la bioquímica,
– la edafología,
– la genética y
– la bioingeniería
Los aspectos estudiados por la fisiología vegetal están:
 Relaciones entre órganos  tejidoscélulas organelos
vegetales y las relaciones reciprocas e internas de cada
compartimiento celular.
 Relaciones entre los sistemas suelo agua atmósfera
 Fenómenos asociados al transporte de agua dentro de la planta
 Fenómenos asociados al transporte de nutrientes.

La fisiología vegetal y sus
campos de estudio
 Transformaciones bioquímicas:
– Energéticas: las que tienen que ver con la fotosíntesis y el
metabolismo.
– Síntesis: relacionadas con la transformación y utilización de
biomoléculas importantes del metabolismo primario como los
carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos y de los
metabolitos secundarios.
 Procesos de desarrollo, crecimiento y diferenciación: que
implican el conocimiento de mecanismos responsables de la
morfogénesis, regulación genética y ambiental de procesos,
fitohormonas, floración y fructificación, germinación y
senescencia.
 Fisiología ecológica o Ecofisiología. Estudia a la planta en un
contexto bioquímico-fisiológico-ecológico.
 Aplicaciones practicas en el mejoramiento vegetal, genética,
cultivo de tejidos, biotecnología vegetal
 Fisiología de la planta enferma.

Aplicaciones de la fisiología
vegetal
 La utilización racional de las plantas, en la agricultura o en la
industria, se basa en el conocimiento de sus procesos
fisiológicos.
 La fisiología de las algas tiene aplicaciones en la industria de
fermentación, para la producción de compuestos orgánicos:
abono, gomas, agar , suplementos alimenticios.
 El conocimiento de la fisiología de los vegetales superiores
es necesario para
– Mejor utilización del potencial de producción de los cultivos
– Llevar a cabo la agricultura con técnicas modernas:
 Uso de hormonas en horticultura y floricultura, y
 Uso de herbicidas selectivos.
 Modificación de técnicas con base en el conocimiento de la
fisiología de los cultivos.
– como el uso de quelatos,
– fertilización foliar,
– riego por goteo, etcétera.

Aplicaciones de la fisiología
vegetal
 Producción de alimentos
– Producción comercial en invernaderos con clima y luz
controlados
– Producción comercial en soluciones nutritivas
(hidroponía) ya ocurre en floricultura y parcialmente, en
horticultura.
– La genética: No se podría planear un programa de
cruzamientos con miras a obtener variedades mejores sin
un conocimiento básico, aunque fuese somero, de cómo
viven las plantas.
– Fitopatología: Tampoco sería posible llevar a cabo
programas de combate de las enfermedades sin conocer
la fisiología de la planta enferma.

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