Principios del crecimiento vegetal. Raíces, tallos y hojas

El término crecimiento se define como el aumento de tamaño, agrandamiento o desarrollo progresivo de un organismo vivo. Esto lo ilustra bien la siembra de una semilla, que es el inicio del proceso que da como resultado la formación de una planta madura. Hace más de un siglo, el notable científico alemán Justus von Liebig afirmó que el crecimiento de las plantas es “la fuente primaria de donde los seres humanos y los animales obtienen los medios necesarios para su crecimiento y manutención”.

El crecimiento es uno de los atributos fundamentales de los organismos vivos. Es más que un mero incremento de tamaño y peso, aunque esto es una expresión de aquél. El crecimiento representa un cambio progresivo e irreversible en la forma, que implica la formación de nuevas células y su agrandamiento y maduración para dar origen a tejidos y órganos.

Para el crecimiento, todas las plantas deben tener, en grados variables, el mismo suministro básico de luz y calor, agua, hidrógeno, oxígeno, carbono y elementos minerales. Por lo regular, el sol suministra la energía necesaria y el suelo proporciona la humedad y los elementos minerales, en tanto que el aire proporciona el oxígeno y el dióxido de carbono. El crecimiento se detiene, se inicia, o por lo menos se modifica cuando cambian las condiciones ambientales en la zona de la raíz y en torno a la porción aérea de las plantas.

La célula vegetal

Todas las plantas están constituidas por células. La célula vegetal es la unidad estructural y funcional básica de las plantas. Podría comparársele a una diminuta fábrica de productos químicos que absorbe y secreta sustancias; transforma la energía luminosa en energía química (mediante la fotosíntesis); respira y libera energía para efectuar varias actividades; digiere o transforma alimentos; y sintetiza compuestos químicos complejos a partir de aire, agua y azúcares simples.

Tejidos vegetales

Los grupos de células que funcionan como una sola unidad se denominan tejidos. Con base en su función, los tejidos se pueden clasificar en uno de cuatro grupos: meristemáticos, fundamentales, de protección y vasculares. Los tejidos meristemáticos están compuestos por células embrionarias no diferenciadas, capaces de crecer por división simple, que existen en los sitios de crecimiento. Los tejidos fundamentales están constituidos por masas de células que tienen poca especialización en cuanto a estructura o función; sirven principalmente como unidades de almacenamiento. La epidermis de las plantas es un tejido protector. Los tejidos vasculares, como el xilema y el floema, intervienen en los procesos de conducción de las plantas. Estos tejidos altamente especializados proporcionan también soporte mecánico gracia a su estructura y ubicación.

Órganos vegetales

Un grupo de tejidos constituyen un órgano. Los órganos de las plantas se dividen por lo general en raíces, tallos, hojas y estructuras reproductivas. Sin embargo, en el reino vegetal existen plantas que carecen de uno o varios de estos órganos o que poseen otros órganos especializados.

Raíces

La raíz es el órgano de las plantas que, por lo general crece en forma descendente en el suelo, sirve de anclaje y absorbe agua y nutrientes minerales. Puede funcionar también como órgano de almacenamiento de alimento o como órgano reproductivo. Las raíces varían mucho en forma y tamaño entre las especies. En un estudio con una sola planta de centeno, a la cual se le permitió crecer durante cuatro meses en una caja de 30 x 30 x 55 cm, se encontró que la longitud sumada de todas las raíces era de 620 km. El área total de la superficie de la raíz de esa planta fue de 750 m².

Corte de un ápice de raíz.

La raíz difiere del brote o parte aérea de la planta principalmente en cuanto a estructura. A diferencia de los tallos, las raíces normalmente carecen de hojas o yemas y no están divididas en nudos y entrenudos. En general, la raíz difiere del brote en cuanto a función y ubicación, pero este no siempre es el caso. Las raíces de algunas plantas forman yemas que dan origen a brotes foliosos, y otras plantas presentan tallos aéreos que absorben agua y nutrientes. Los tubérculos de papa y los rizomas del pasto azul son tallos que con frecuencia se encuentran bajo tierra, en tanto que las raíces adventicias del maíz que sirven como medios de aseguramiento se localizan por arriba de la superficie del suelo.

Corte transversal de la raíz de una dicotiledónea.

Los sistemas radicales se agrupan en dos tipos generales: fibrosos y raíces pivotantes. Cuando se desarrollan raíces largas, delgadas, numerosas y casi del mismo tamaño, se habla de raíces fibrosas. Ejemplos de esta clasificación de la raíz son el maíz, las gramíneas de grano pequeño y otras gramíneas. Cuando la raíz primaria permanece como la de mayor tamaño en la planta y continúa creciendo en forma descendente formando otras raíces, se clasifica como raíz pivotante. Ejemplos de plantas con esta clase de raíz son el algodón, la alfalfa, la remolacha azucarera y el diente de león. También son bastante comunes los sistemas radicales que no están bien definidos como fibrosos o pivotantes. Cualquiera que sea la clasificación, es importante conocer la naturaleza del sistema radical de la planta para saber como manejar adecuadamente el crecimiento y la producción de la misma.

Si se observa de cerca la raíz, se verá que está formada por distintas regiones funcionales. La principal zona de absorción de agua y nutrientes minerales es la porción más joven que está próxima al ápice de la raíz. Si se observa todavía más cerca esta región, se encontrarán pelos radicales diminutos que crecen hacia afuera desde toda la periferia de la superficie de la raíz. Estos pelos radicales miden aproximadamente 0.01 milímetros de diámetro y unos cuantos milímetros de longitud. Cada pelo radical es una prolongación hacia afuera de una porción de una célula epidérmica. Las delicadas paredes externas de los pelos radicales están formadas parcialmente de sustancias pécticas gelatinosas, que le permiten al pelo radical adherirse a las partículas del suelo para absorber agua y nutrientes. Es común encontrar cientos de pelos radicales por milímetro cuadrado de epidermis de la zona caracterizada por la presencia de estas estructuras.

La porción más vieja de la raíz, la más alejada del ápice de crecimiento de la misma, adquiere el aspecto de un tallo y, en cierta medida, lleva a cabo las funciones de éste. Su principal función es ahora la de conducir agua y nutrientes minerales del ápice de la raíz a las partes aéreas y transportar compuestos sintetizados de las hojas de regreso al ápice. La figura de abajo es un corte transversal de una raíz madura representativa de dicotiledóneas. La epidermis da protección, el córtex brinda soporte y almacenamiento y el cilindro central contiene los tejidos conductores.

Son muchos los factores ambientales que afectan el crecimiento de la raíz. Estos incluyen: luz, gravedad, temperatura, humedad, oxígeno, concentración de sales, textura y estado físico del suelo, pH y suministro de nutrientes. Cada raíz esta sujeta a una combinación de todos estos factores, y su crecimiento es el resultado de la acción combinada de todos ellos.

El efecto de la luz sobre la concentración hormonal hace que las plantas se dirijan hacia la luz. La orientación hacia la luz se conoce como fototropismo positivo; la orientación opuesta se denomina fototropismo negativo. La mayoría de las raíces presentan fototropismo negativo.

El crecimiento descendente es la respuesta común de las raíces a la atracción que ejerce la fuerza de gravedad. La orientación de las raíces hacia abajo se conoce como geotropismo positivo, y la orientación de los brotes hacia arriba se denomina geotropismo negativo.

Por lo general, las raíces de las plantas crecen hacia donde existen las temperaturas más favorables, lo que se denomina termotropismo positivo. Asimismo, crecen en dirección de un suministro de humedad favorable, por lo que presentan hidrotropismo positivo. Estas características son solo respuestas al medio circundante inmediato. Las raíces no buscan temperaturas favorables, agua, ni un suministro de nutrientes, sólo crecen mejor en áreas donde estos factores están presentes.

El oxígeno debe estar disponible para todas las células vivas. La cantidad necesaria de este gas para el crecimiento, varía según la especie. A menos que la planta posea sistemas especiales para transportar oxígeno hacia las raíces (como es el caso del arroz y de algunas de las plantas que crecen en los pantanos), la inundación de los suelos durante mucho tiempo causa la muerte de la raíz debido a la falta de oxígeno.

El proceso de absorción es una de las principales funciones de la raíz. Sin un suministro constante de agua, las plantas no pueden llevar a cabo las actividades fisiológicas básicas como la fotosíntesis, la respiración y el crecimiento. Sin un suministro de nutrientes minerales captados mediante procesos de absorción, las plantas morirían.

La absorción de nutrientes por las células vivas es un proceso activo que requiere un gasto de energía. Se requiere energía para concentrar los iones nutritivos dentro de las células de la raíz de la planta. Por ejemplo, las concentraciones iónicas pueden ser de 1000 veces mas grandes en el interior de las células que en la solución del suelo inmediatamente fuera de éstas.

El ion potasio (K⁺) se difunde de la solución del suelo a la superficie de la raíz. Ahí, pasa libremente a través de la pared celular hasta hacer contacto con la membrana de la célula, que se denomina plasmalema. Es esta membrana, muy impermeable a los iones, la que controla el movimiento posterior del ion potasio a la raíz. Asimismo, en esta membrana se encuentran ciertos puntos o sitios que son específicos para iones particulares. En este ejemplo, el sistema de transporte específico del potasio se une al K⁺, lo lleva a través del plasmalema y lo deposita del otro lado. El ion luego es retenido en el interior de la célula por la membrana, y el sistema de transporte es regenerado para recoger otro ion K⁺. Una vez en el interior de la célula, el K⁺ se mueve rápidamente por flujo másico en la corriente de transpiración (en el tejido xilemático). Otros mecanismos de transporte son la difusión y ciertos procesos regulados por el metabolismo.

El movimiento del agua es principalmente un proceso físico pasivo. Conforme el agua se evapora de las hojas, se origina una diferencia de tensión entre las hojas y las raíces. Esta tensión “jala” el agua hacia arriba a través de la planta. El principal obstáculo para este movimiento consiste en la endodermis, estructura donde el agua debe pasar a través de los espacios citoplasmáticos. Esta es la etapa del proceso que es afectada por el metabolismo y se hace susceptible a los factores que afectan a éste, como la temperatura, el suministro de oxígeno, los venenos metabólicos y el suministro de alimentos o carbohidratos. La salinidad también restringe la absorción de agua.

Parte aérea

Los tallos y las hojas constituyen el brote o parte aérea. Cada una de estas estructuras posee funciones separadas pero que con frecuencia se traslapan. La hoja es el centro de la actividad fotosintética, es decir, el punto de partida de la fabricación de alimentos. La posición de las hojas en la planta y su estructura facilitan esta función al proporcionar una máxima exposición al sol. A lo largo de la superficie foliar existen aberturas conocidas como estomas, donde se produce el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono. Bajo la epidermis se encuentra una capa esponjosa que contiene los cloroplastos, las estructuras que contienen clorofila y donde se lleva a cabo la fotosíntesis.

Los tallos de algunas plantas realizan también la fotosíntesis. Sin embargo, principalmente los tallos encierran los tejidos conductores que llevan agua y nutrientes a las hojas y carbohidratos a las raíces y otros órganos. También sirven de soporte a hojas, flores y frutos. De igual manera, pueden hacer las veces de estructuras de almacenamiento y servir como medios de reproducción de algunas plantas.

Fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso de fijar carbono e hidrógeno -provenientes del dióxido de carbono y el agua, respectivamente-, para formar azúcares de seis carbonos. La energía necesaria para realizar el proceso proviene de la luz. La clorofila -la molécula de estructura compleja que se encuentra en los cloroplastos de las plantas verdes- actúa como catalizador de la reacción.

Los azúcares que se producen durante la fotosíntesis son transportados hacia otros órganos de la planta, donde se utilizan como “alimento” o almacenan después de ser convertidos en almidón, grasas, proteínas y otros compuestos. Estos compuestos almacenados proporcionan al mundo animal su suministro básico de alimentos.

La respiración, oxidación en que se queman azúcares, proporciona la energía para muchas reacciones metabólicas distintas, la suma de las cuales sostiene el crecimiento, desarrollo y reproducción de los vegetales. Algunas de las reacciones producen compuestos orgánicos, como aminoácidos, proteínas, grasas y ceras. Todas estas reacciones esenciales requieren la energía que originalmente proviene de la luz.

La mayoría de los nutrientes esenciales para las plantas se utilizan en estas reacciones (por ejemplo: el nitrógeno en los aminoácidos y las proteínas, el magnesio y el azufre en la clorofila, y el fosforo en la reacción de ADP-ATP).

Transpiración

La evaporación de agua a partir de hojas, tallos y otros órganos aéreos de las plantas se denomina transpiración. De la cantidad total de agua que absorben las raíces, 99% o más podría perderse por transpiración. Aunque eliminada, esta agua es fundamental para los procesos vitales de las plantas. El agua que se evapora enfría las superficies vegetales. Lo anterior también origina una fuerza impulsora dentro de los tejidos conductores que contribuye al movimiento de solutos y otros materiales en el sistema vascular de la planta.

Factores externos como la luz, temperatura, humedad, velocidad del viento, humedad del suelo y salinidad influyen en la transpiración a través de los estomas es mucho mayor durante el día que en la noche. La respuesta de los estomas de abrirse y cerrarse está relacionada con cambios que ocurren dentro de las células oclusivas y es afectada por factores internos y externos.

La modificación de las estructuras vegetales es una respuesta natural de adaptación a los factores climáticos. La aparición de cutícula céreas, capas engrosadas, menor superficie foliar, menor número de estomas y superficies foliares pilosas son respuestas naturales de los vegetales que modifican el porcentaje de transpiración y proporcionan una mayor resistencia al estrés por humedad.

Fuente. California Plant Health Association (CPHA). 2008. Manual de fertilizantes para cultivos de alto rendimiento. Editorial Limusa S.A. de C.V. México.