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31.1: Requisitos nutricionales de las plantas - Biología

31.1: Requisitos nutricionales de las plantas - Biología


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Habilidades para desarrollar

  • Describe cómo las plantas obtienen nutrientes.
  • Enumere los elementos y compuestos necesarios para una nutrición vegetal adecuada.
  • Describe un nutriente esencial

Las plantas son organismos únicos que pueden absorber nutrientes y agua a través de su sistema de raíces, así como el dióxido de carbono de la atmósfera. La calidad del suelo y el clima son los principales determinantes de la distribución y el crecimiento de las plantas. La combinación de nutrientes del suelo, agua y dióxido de carbono, junto con la luz solar, permite que las plantas crezcan.

La composición química de las plantas

Dado que las plantas requieren nutrientes en forma de elementos como carbono y potasio, es importante comprender la composición química de las plantas. La mayor parte del volumen de una célula vegetal es agua; normalmente comprende del 80 al 90 por ciento del peso total de la planta. El suelo es la fuente de agua para las plantas terrestres y puede ser una fuente abundante de agua, incluso si parece seca. Las raíces de las plantas absorben el agua del suelo a través de los pelos radiculares y la transportan hasta las hojas a través del xilema. A medida que se pierde vapor de agua de las hojas, el proceso de transpiración y la polaridad de las moléculas de agua (que les permite formar enlaces de hidrógeno) atrae más agua desde las raíces a través de la planta hasta las hojas (Figura ( PageIndex {1} )). Las plantas necesitan agua para mantener la estructura celular, para las funciones metabólicas, para transportar nutrientes y para la fotosíntesis.

Las células vegetales necesitan sustancias esenciales, denominadas colectivamente nutrientes, para sustentar la vida. Los nutrientes de las plantas pueden estar compuestos de compuestos orgánicos o inorgánicos. Un compuesto orgánico es un compuesto químico que contiene carbono, como el dióxido de carbono obtenido de la atmósfera. El carbono que se obtuvo del CO2 atmosférico constituye la mayor parte de la masa seca dentro de la mayoría de las plantas. Un compuesto inorgánico no contiene carbono y no es parte ni es producido por un organismo vivo. Las sustancias inorgánicas, que forman la mayor parte de la solución del suelo, se denominan comúnmente minerales: las que necesitan las plantas incluyen nitrógeno (N) y potasio (K) para estructurar y regular.

Nutrientes esenciales

Las plantas solo necesitan luz, agua y unos 20 elementos para satisfacer todas sus necesidades bioquímicas: estos 20 elementos se denominan nutrientes esenciales. Para que un elemento se considere esencial, se requieren tres criterios: 1) una planta no puede completar su ciclo de vida sin el elemento; 2) ningún otro elemento puede realizar la función del elemento; y 3) el elemento está directamente involucrado en la nutrición de las plantas.

Tabla ( PageIndex {1} ): Elementos esenciales para el crecimiento de las plantas.
MacronutrientesMicronutrientes
Carbono (C)Hierro (Fe)
Hidrógeno (H)Manganeso (Mn)
Oxígeno (O)Boro (B)
Nitrógeno (N)Molibdeno (Mo)
Fósforo (P)Cobre (Cu)
Potasio (K)Zinc (Zn)
Calcio (Ca)Cloro (Cl)
Magnesio (mg)Níquel (Ni)
Azufre (S)Cobalto (Co)
Sodio (S)
Silicio (Si)

Macronutrientes y micronutrientes

Los elementos esenciales se pueden dividir en dos grupos: macronutrientes y micronutrientes. Los nutrientes que las plantas necesitan en grandes cantidades se denominan macronutrientes. Aproximadamente la mitad de los elementos esenciales se consideran macronutrientes: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. El primero de estos macronutrientes, el carbono (C), es necesario para formar carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos y muchos otros compuestos; por tanto, está presente en todas las macromoléculas. En promedio, el peso seco (excluyendo el agua) de una celda es 50 por ciento de carbono. Como se muestra en la Figura ( PageIndex {2} ), el carbono es una parte clave de las biomoléculas vegetales.

El siguiente elemento más abundante en las células vegetales es el nitrógeno (N); forma parte de proteínas y ácidos nucleicos. El nitrógeno también se utiliza en la síntesis de algunas vitaminas. El hidrógeno y el oxígeno son macronutrientes que forman parte de muchos compuestos orgánicos y también forman agua. El oxígeno es necesario para la respiración celular; las plantas usan oxígeno para almacenar energía en forma de ATP. El fósforo (P), otra macromolécula, es necesario para sintetizar ácidos nucleicos y fosfolípidos. Como parte del ATP, el fósforo permite que la energía alimentaria se convierta en energía química a través de la fosforilación oxidativa. Asimismo, la energía luminosa se convierte en energía química durante la fotofosforilación en la fotosíntesis y en energía química que se extrae durante la respiración. El azufre es parte de ciertos aminoácidos, como la cisteína y la metionina, y está presente en varias coenzimas. El azufre también juega un papel en la fotosíntesis como parte de la cadena de transporte de electrones, donde los gradientes de hidrógeno juegan un papel clave en la conversión de la energía luminosa en ATP. El potasio (K) es importante debido a su papel en la regulación de la apertura y cierre de los estomas. Como las aberturas para el intercambio de gases, los estomas ayudan a mantener un equilibrio hídrico saludable; una bomba de iones de potasio apoya este proceso.

El magnesio (Mg) y el calcio (Ca) también son macronutrientes importantes. El papel del calcio es doble: regular el transporte de nutrientes y apoyar muchas funciones enzimáticas. El magnesio es importante para el proceso fotosintético. Estos minerales, junto con los micronutrientes, que se describen a continuación, también contribuyen al equilibrio iónico de la planta.

Además de los macronutrientes, los organismos requieren varios elementos en pequeñas cantidades. Estos micronutrientes, o oligoelementos, están presentes en cantidades muy pequeñas. Incluyen boro (B), cloro (Cl), manganeso (Mn), hierro (Fe), zinc (Zn), cobre (Cu), molibdeno (Mo), níquel (Ni), silicio (Si) y sodio ( N / A).

Las deficiencias en cualquiera de estos nutrientes, en particular los macronutrientes, pueden afectar negativamente el crecimiento de las plantas (Figura ( PageIndex {3} )). Dependiendo del nutriente específico, la falta puede causar retraso en el crecimiento, crecimiento lento o clorosis (coloración amarillenta de las hojas). Las deficiencias extremas pueden hacer que las hojas muestren signos de muerte celular.

Conexión diaria: hidroponía

La hidroponía es un método para cultivar plantas en una solución de agua y nutrientes en lugar de tierra. Desde su llegada, la hidroponía se ha convertido en un proceso de crecimiento que los investigadores utilizan a menudo. Los científicos interesados ​​en estudiar las deficiencias de nutrientes de las plantas pueden utilizar la hidroponía para estudiar los efectos de diferentes combinaciones de nutrientes en condiciones estrictamente controladas. La hidroponía también se ha desarrollado como una forma de cultivar flores, verduras y otros cultivos en entornos de invernadero. Puede encontrar productos cultivados hidropónicamente en su supermercado local. Hoy en día, muchas lechugas y tomates en su mercado se han cultivado hidropónicamente.

Las plantas pueden absorber nutrientes inorgánicos y agua a través de su sistema de raíces y dióxido de carbono del medio ambiente. La combinación de compuestos orgánicos, junto con agua, dióxido de carbono y luz solar, produce la energía que permite que las plantas crezcan. Los compuestos inorgánicos forman la mayor parte de la solución del suelo. Las plantas acceden al agua a través del suelo. El agua es absorbida por la raíz de la planta, transporta nutrientes por toda la planta y mantiene la estructura de la planta. Los elementos esenciales son elementos indispensables para el crecimiento de las plantas. Se dividen en macronutrientes y micronutrientes. Los macronutrientes que necesitan las plantas son carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. Los micronutrientes importantes incluyen hierro, manganeso, boro, molibdeno, cobre, zinc, cloro, níquel, cobalto, silicio y sodio.

compuesto inorgánico
compuesto químico que no contiene carbono; no es parte ni es producido por un organismo vivo
macronutriente
nutriente que se requiere en grandes cantidades para el crecimiento de las plantas; carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre
micronutriente
nutriente requerido en pequeñas cantidades; también llamado oligoelemento
compuesto orgánico
compuesto químico que contiene carbono

165 Requisitos nutricionales de las plantas

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describe cómo las plantas obtienen nutrientes.
  • Enumere los elementos y compuestos necesarios para una nutrición vegetal adecuada.
  • Describe un nutriente esencial

Las plantas son organismos únicos que pueden absorber nutrientes y agua a través de su sistema de raíces, así como el dióxido de carbono de la atmósfera. La calidad del suelo y el clima son los principales determinantes de la distribución y el crecimiento de las plantas. La combinación de nutrientes del suelo, agua y dióxido de carbono, junto con la luz solar, permite que las plantas crezcan.

La composición química de las plantas

Dado que las plantas requieren nutrientes en forma de elementos como carbono y potasio, es importante comprender la composición química de las plantas. La mayor parte del volumen de una célula vegetal es agua; por lo general, comprende del 80 al 90 por ciento del peso total de la planta. El suelo es la fuente de agua para las plantas terrestres y puede ser una fuente abundante de agua, incluso si parece seca. Las raíces de las plantas absorben el agua del suelo a través de los pelos radiculares y la transportan hasta las hojas a través del xilema. A medida que se pierde vapor de agua de las hojas, el proceso de transpiración y la polaridad de las moléculas de agua (que les permite formar enlaces de hidrógeno) atrae más agua desde las raíces a través de la planta hasta las hojas ((Figura)). Las plantas necesitan agua para mantener la estructura celular, para las funciones metabólicas, para transportar nutrientes y para la fotosíntesis.


Las células vegetales necesitan sustancias esenciales, denominadas colectivamente nutrientes, para sustentar la vida. Los nutrientes de las plantas pueden estar compuestos de compuestos orgánicos o inorgánicos. Un compuesto orgánico es un compuesto químico que contiene carbono, como el dióxido de carbono obtenido de la atmósfera. Carbono que se obtuvo del CO atmosférico2 compone la mayor parte de la masa seca dentro de la mayoría de las plantas. Un compuesto inorgánico no contiene carbono y no es parte ni es producido por un organismo vivo. Las sustancias inorgánicas, que forman la mayor parte de la solución del suelo, se denominan comúnmente minerales: las que necesitan las plantas incluyen nitrógeno (N) y potasio (K) para estructurar y regular.

Nutrientes esenciales

Las plantas solo requieren luz, agua y alrededor de 20 elementos para satisfacer todas sus necesidades bioquímicas: estos 20 elementos se denominan nutrientes esenciales ((Figura)). Para que un elemento se considere esencial, se requieren tres criterios: 1) una planta no puede completar su ciclo de vida sin el elemento 2) ningún otro elemento puede realizar la función del elemento y 3) el elemento está directamente involucrado en la nutrición de la planta.

Elementos esenciales para el crecimiento de las plantas
Macronutrientes Micronutrientes
Carbono (C) Hierro (Fe)
Hidrógeno (H) Manganeso (Mn)
Oxígeno (O) Boro (B)
Nitrógeno (N) Molibdeno (Mo)
Fósforo (P) Cobre (Cu)
Potasio (K) Zinc (Zn)
Calcio (Ca) Cloro (Cl)
Magnesio (Mg) Níquel (Ni)
Azufre (S) Cobalto (Co)
Sodio (Na)
Silicio (Si)

Macronutrientes y micronutrientes

Los elementos esenciales se pueden dividir en dos grupos: macronutrientes y micronutrientes. Los nutrientes que las plantas necesitan en grandes cantidades se denominan macronutrientes. Aproximadamente la mitad de los elementos esenciales se consideran macronutrientes: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. El primero de estos macronutrientes, el carbono (C), es necesario para formar carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos y muchos otros compuestos; por lo tanto, está presente en todas las macromoléculas. En promedio, el peso seco (excluyendo el agua) de una celda es 50 por ciento de carbono. Como se muestra en la (Figura), el carbono es una parte clave de las biomoléculas vegetales.


El siguiente elemento más abundante en las células vegetales es el nitrógeno (N), que forma parte de las proteínas y los ácidos nucleicos. El nitrógeno también se utiliza en la síntesis de algunas vitaminas. El hidrógeno y el oxígeno son macronutrientes que forman parte de muchos compuestos orgánicos y también forman agua. El oxígeno es necesario para la respiración celular. Las plantas utilizan oxígeno para almacenar energía en forma de ATP. El fósforo (P), otra macromolécula, es necesario para sintetizar ácidos nucleicos y fosfolípidos. Como parte del ATP, el fósforo permite que la energía alimentaria se convierta en energía química a través de la fosforilación oxidativa. Asimismo, la energía luminosa se convierte en energía química durante la fotofosforilación en la fotosíntesis y en energía química que se extrae durante la respiración. El azufre es parte de ciertos aminoácidos, como la cisteína y la metionina, y está presente en varias coenzimas. El azufre también juega un papel en la fotosíntesis como parte de la cadena de transporte de electrones, donde los gradientes de hidrógeno juegan un papel clave en la conversión de la energía luminosa en ATP. El potasio (K) es importante debido a su papel en la regulación de la apertura y cierre de los estomas. Como las aberturas para el intercambio de gases, los estomas ayudan a mantener un equilibrio hídrico saludable, una bomba de iones de potasio apoya este proceso.

El magnesio (Mg) y el calcio (Ca) también son macronutrientes importantes. El papel del calcio es doble: regular el transporte de nutrientes y apoyar muchas funciones enzimáticas. El magnesio es importante para el proceso fotosintético. Estos minerales, junto con los micronutrientes, que se describen a continuación, también contribuyen al equilibrio iónico de la planta.

Además de los macronutrientes, los organismos requieren varios elementos en pequeñas cantidades. Estos micronutrientes, o oligoelementos, están presentes en cantidades muy pequeñas. Incluyen boro (B), cloro (Cl), manganeso (Mn), hierro (Fe), zinc (Zn), cobre (Cu), molibdeno (Mo), níquel (Ni), silicio (Si) y sodio ( N / A).

Las deficiencias en cualquiera de estos nutrientes, en particular los macronutrientes, pueden afectar negativamente el crecimiento de las plantas ((Figura)). Dependiendo del nutriente específico, la falta puede causar retraso en el crecimiento, crecimiento lento o clorosis (coloración amarillenta de las hojas). Las deficiencias extremas pueden hacer que las hojas muestren signos de muerte celular.

Visite este sitio web para participar en un experimento interactivo sobre las deficiencias de nutrientes de las plantas. Puede ajustar las cantidades de N, P, K, Ca, Mg y Fe que reciben las plantas. . . y mira lo que pasa.



Hidroponía La hidroponía es un método de cultivo de plantas en una solución de agua y nutrientes en lugar de tierra. Desde su llegada, la hidroponía se ha convertido en un proceso en crecimiento que los investigadores utilizan a menudo. Los científicos interesados ​​en estudiar las deficiencias de nutrientes de las plantas pueden utilizar la hidroponía para estudiar los efectos de diferentes combinaciones de nutrientes en condiciones estrictamente controladas. La hidroponía también se ha desarrollado como una forma de cultivar flores, verduras y otros cultivos en entornos de invernadero. Puede encontrar productos cultivados hidropónicamente en su supermercado local. Hoy en día, muchas lechugas y tomates en su mercado se han cultivado hidropónicamente.

Resumen de la sección

Las plantas pueden absorber nutrientes inorgánicos y agua a través de su sistema de raíces y dióxido de carbono del medio ambiente. La combinación de compuestos orgánicos, junto con agua, dióxido de carbono y luz solar, produce la energía que permite que las plantas crezcan. Los compuestos inorgánicos forman la mayor parte de la solución del suelo. Las plantas acceden al agua a través del suelo. El agua es absorbida por la raíz de la planta, transporta nutrientes por toda la planta y mantiene la estructura de la planta. Los elementos esenciales son elementos indispensables para el crecimiento de las plantas. Se dividen en macronutrientes y micronutrientes. Los macronutrientes que necesitan las plantas son carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. Los micronutrientes importantes incluyen hierro, manganeso, boro, molibdeno, cobre, zinc, cloro, níquel, cobalto, silicio y sodio.

Preguntas de revisión

Para que un elemento se considere esencial, se deben cumplir todos los criterios siguientes, excepto:

  1. Ningún otro elemento puede realizar la función.
  2. El elemento está directamente involucrado en la nutrición de las plantas.
  3. El elemento es inorgánico.
  4. La planta no puede completar su ciclo de vida sin el elemento.

El nutriente que forma parte de los carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos, y que forma biomoléculas, es ________.

La mayoría de los ________ son necesarios para la función enzimática.

¿Cuál es la principal fuente de agua para las plantas terrestres?

Preguntas de pensamiento crítico

¿Qué tipo de problemas de las plantas resultan de las deficiencias de nitrógeno y calcio?

Las deficiencias en estos nutrientes pueden resultar en retraso en el crecimiento, crecimiento lento y clorosis.

Investiga la vida de Jan Babtista van Helmont. ¿Qué mostró el experimento de van Helmont?

van Helmont demostró que las plantas no consumen suelo, lo cual es correcto. También pensó que el crecimiento de las plantas y el aumento de peso se debían a la ingesta de agua, una conclusión que desde entonces ha sido refutada.

Enumere dos macronutrientes esenciales y dos micronutrientes esenciales.

Las respuestas pueden variar. Los macronutrientes esenciales incluyen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. Los micronutrientes esenciales incluyen hierro, manganeso, boro, molibdeno, cobre, zinc, cloro, níquel, cobalto, sodio y silicio.

Glosario


CRISPR / Cas Edición del genoma y mejoramiento de plantas de precisión en la agricultura

Kunling Chen, Yanpeng Wang, Rui Zhang, Huawei Zhang, Caixia Gao
Vol. 70, 2019

Abstracto

Se necesita con urgencia una producción agrícola mejorada a través de tecnología de reproducción innovadora para aumentar el acceso a alimentos nutritivos en todo el mundo. Los avances recientes en la edición del genoma CRISPR / Cas permiten una modificación dirigida eficiente en la mayoría de los cultivos, por lo que son prometedores. Lee mas

Figura 1: Comparación de los métodos de mejoramiento utilizados en la agricultura moderna. Cruce: mejora de un rasgo (por ejemplo, resistencia a enfermedades) cruzando una línea receptora de élite con una línea donante y selecti.

Figura 2: Sistemas CRISPR / Cas para la edición del genoma y otras manipulaciones. (a) Dos sistemas CRISPR / Cas utilizados para la ingeniería del genoma vegetal: Cas9 y Cpf1. (b) La edición del genoma con sistemas CRISPR / Cas puede tener.

Figura 3: Mecanismos de edición de bases. (a) Estrategia de edición de base C-to-T mediada por CBE. Las deaminasas incluyen rAPOBEC1, hAID, PmCDA1 y hA3A. (b) Estrategia de edición de base A-to-G mediada por ABE. La deamina.

Figura 4: Estrategias de entrega de los sistemas CRISPR / Cas a las plantas. (a) Métodos tradicionales de administración de ADN CRISPR / Cas combinados con selección de herbicidas o antibióticos. Se pueden obtener plantas libres de transgenes.

Figura 5: Resumen de posibles aplicaciones basadas en CRISPR / Cas para el fitomejoramiento. La mejora de las características de los cultivos mediada por CRISPR / Cas se centra principalmente en el rendimiento, la calidad y la resistencia biótica y abiótica. (a) CR.

Figura 6: Estrategias de entrega ideales. (Paneles superiores) Mejoras en los sistemas de entrega existentes y la regulación de genes de desarrollo para superar las limitaciones de las especies y acelerar el paso del cultivo de tejidos.


Crecimiento de las plantas: características, desarrollo, fases y factores

El crecimiento es la manifestación de la vida. Todos los organismos, tanto los más simples como los más intrincados, están cambiando lentamente durante todo el tiempo que están vivos. Transforman el material en más de sí mismos.

A partir de ingredientes como minerales, proteínas, carbohidratos, grasas, vitaminas, hormonas, etc., los organismos forman un protoplasma adicional. La formación de protoplasma se llama asimilación.

Una gran parte de los alimentos que fabrica una planta se utiliza como fuente de energía. Los alimentos pueden consumirse poco después de su producción, o pueden almacenarse y utilizarse como fuente de energía para la planta o su descendencia semanas, meses o incluso años después.

Sin embargo, una planta sana produce más alimento de lo necesario para mantener las actividades de su sustancia viva, y el excedente puede acumularse, más o menos permanentemente, en sus tejidos, produciendo nuevo protoplasma y nuevas paredes celulares y promoviendo así el crecimiento de el cuerpo de la planta. El crecimiento representa el exceso de metabolismo constructivo sobre destructivo.

El crecimiento implica un aumento irreversible de tamaño que suele ir acompañado, aunque no necesariamente, de un aumento del peso seco. El proceso básico de crecimiento es la producción de nuevo protoplasma, que es claramente evidente en las regiones de división celular activa.

La siguiente etapa del crecimiento es el aumento del tamaño de la planta, que es el resultado de la absorción de agua y el consiguiente estiramiento de los tejidos, proceso que en sentido estricto no es crecimiento en absoluto, ya que implica poco o ningún aumento de la característica. material de la propia planta.

La tercera y última etapa del crecimiento implica la entrada de una gran cantidad de materiales de construcción, principalmente carbohidratos, en los tejidos jóvenes expandidos. Esto da como resultado un aumento del peso seco pero ningún aumento visible del tamaño externo de la planta. Sin embargo, el crecimiento es más que una cantidad creciente de la planta. El crecimiento diferencial de las partes de la planta da como resultado una forma característica. Cada especie vegetal tiene una forma distintiva, desarrollo por patrones de crecimiento.

Diferenciación:

La diferenciación se puede reconocer a nivel celular, de tejido, de órgano y de organismo. Se vuelve más obvio a nivel de órgano y organismo. Por ejemplo, si consideramos la flor como un órgano de la planta, los sépalos de los osos para la fotosíntesis y la protección de las partes florales internas son hermosos pétalos de colores para atraer insectos para la polinización cruzada, los estambres para producir gametos masculinos y los carpelos para llevar los óvulos que después de la fertilización. producir semillas.

Considerando una angiosperma como organismo, observamos que posee las raíces para la absorción de agua y minerales y la fijación en el suelo el tronco y las ramas del tallo dan hojas para la fotosíntesis, flores y frutos los frutos para dar las semillas que al germinar forman cada una nueva planta.

Desarrollo:

El desarrollo implica toda una secuencia de cambios estructurales cualitativos que experimenta una planta desde la etapa de cigoto hasta su muerte. Los cambios en el desarrollo pueden ser graduales o abruptos. Ejemplos de ciertos cambios abruptos son la germinación, la floración y la senescencia (envejecimiento que conduce a la muerte).

Los cambios lentos del desarrollo incluyen la formación y maduración de tejidos, la formación de brotes vegetativos y florales y la formación de órganos reproductores. A diferencia del crecimiento, el desarrollo es un cambio cualitativo. No se puede medir en términos cuantitativos y se describe o ilustra con la ayuda de fotografías o dibujos. El desarrollo incluye crecimiento (división celular, agrandamiento y diferenciación), morfogénesis, maduración y senescencia.

El ciclo de crecimiento de las plantas con flores monocárpicas anuales (angiospermas) comienza con el óvulo fertilizado, el cigoto. El cigoto se convierte en un embrión siguiendo las divisiones y diferenciaciones celulares (etapa embrionaria). El embrión está encerrado dentro de una semilla donde atraviesa un período de inactividad (latencia). El embrión en reposo reanuda su crecimiento durante la germinación de la semilla y se convierte en una plántula (etapa de plántula).

La plántula se convierte en una planta vegetativa (fase vegetativa). Después de un período de crecimiento vegetativo, la planta madura y entra en la fase reproductiva. Desarrolla flores y frutos, estos últimos contienen las semillas. Finalmente, comienza la senescencia (etapa de senescencia) que conduce a la muerte de la planta.

En los organismos unicelulares, el crecimiento consiste en un aumento del tamaño o volumen (agrandamiento) de la célula. Este aumento se debe a la síntesis de nuevo protoplasma. El crecimiento en organismos unicelulares consiste, por tanto, en una sola fase o paso. El crecimiento conduce a la maduración (& # 8220adultos & # 8221) o individuos completamente desarrollados. La división celular en organismos unicelulares da como resultado su multiplicación o reproducción.

En organismos multicelulares simples como Spirogyra, el crecimiento implica dos fases o pasos, división celular y agrandamiento. La división celular da como resultado un aumento en el número de células en el alga filamentosa. Las células recién formadas se agrandan o aumentan de tamaño. Como resultado, crece el filamento de Spirogyra. En las plantas con flores, sin embargo, el crecimiento implica tres fases de división, agrandamiento y diferenciación celular.

Regiones de crecimiento en animales y plantas:

La división y diferenciación celular son aspectos importantes del crecimiento y desarrollo tanto en animales como en plantas. En los mamíferos, el crecimiento es difuso y es muy difícil especificar las regiones donde ocurre el crecimiento. En los animales, el crecimiento del embrión se completa bastante temprano, aunque el tamaño maduro se puede ganar en períodos específicos.

En las plantas, el crecimiento puede ser difuso o localizado. El crecimiento difuso ocurre en formas de vida inferiores, es decir, algas filamentosas. Aquí, cada célula del cuerpo de la planta multicelular puede dividirse y agrandarse. Las plantas superiores, especialmente los árboles, se construyen de forma modular, es decir, su desarrollo es relativamente abierto y su estructura nunca se completa.

En tales plantas, el crecimiento continúa con la formación de nuevos órganos, reemplazando a los viejos. Aquí el crecimiento está localizado, es decir, el crecimiento se limita a ciertas regiones específicas, los puntos de crecimiento. El crecimiento localizado ocurre debido a la actividad de un grupo de células llamadas meristemos. Dependiendo de la ubicación de los meristemos, el crecimiento puede ser apical, intercalar y lateral.

Fases del crecimiento de las plantas:

Como una planta está formada por células, su crecimiento será la suma total del crecimiento de sus células.

El crecimiento de las células implica tres fases principales:

(1) La fase de división celular (fase formativa),

(2) Ampliación celular y diferenciación celular.

(3) Diferenciación celular o maduración celular.

1. Fase de división celular (fase formativa):

La división celular es el evento básico para el crecimiento de plantas multicelulares. Todas las células de un organismo son el resultado de la división de células preexistentes. El tipo de división celular que ocurre durante el crecimiento de un organismo es la mitosis. Es una división tanto cuantitativa como cualitativa que generalmente se completa en dos etapas: la división del núcleo (cariocinesis), seguida de la división del citoplasma (citocinesis).

Durante la mitosis, la célula pasa por profase, metafase, anafase y telofase, lo que da como resultado una distribución equitativa del material genético y el citoplasma en cada una de las dos células hijas así formadas. Además, las células hijas son genéticamente similares a la célula madre. Como resultado de este proceso, las células que tienen la misma constitución genética se multiplican.

En las plantas superiores, las divisiones celulares ocurren continuamente en las regiones meristemáticas, como el meristemo apical. Como resultado, se produce un aumento en el número de células en la región meristemática. Algunas de las células hijas retienen la actividad meristemática, mientras que otras entran en la siguiente fase de crecimiento: la fase de agrandamiento celular.

2. Fase de ampliación celular:

El agrandamiento celular juega un papel importante al contribuir al tamaño de los tejidos y órganos. El agrandamiento ocurre sintetizando protoplasma, absorbiendo agua (hidratación), desarrollando vacuolas y agregando nuevo material de pared celular a las paredes elásticas delgadas y estiradas para hacerlas un poco más gruesas y permanentes. El agrandamiento celular puede ser lineal o en todas las direcciones.

3. Fase de diferenciación celular o maduración celular:

Durante la última fase, las células agrandadas eventualmente adquieren un tamaño y forma específicos de acuerdo con su ubicación y función después de cambios bioquímicos, fisiológicos y morfológicos, es decir, las células se especializan o transforman. Como resultado, se diferencian varios tipos de células. Estas células diferenciadas forman diferentes tipos de tejidos simples y complejos que realizan diferentes funciones.

Experimento para estudiar las fases del crecimiento:

Germine algunas semillas de guisante o frijol en serrín húmedo. Recoja un par de plántulas con radícula recta de 2-3 cm de longitud. Lava las plántulas. Seque el agua de la superficie. Marcar las radículas de punta a base con 10-15 puntos a intervalos de 2 mm con la ayuda de una prueba de agua o tinta china. Tan pronto como se seque la tinta, coloque las plántulas en un papel secante húmedo en una placa de Petri. Deje que la plántula crezca durante 1-2 días. Mide los intervalos entre las marcas.

El aumento del crecimiento por unidad de tiempo se denomina tasa de crecimiento. Por tanto, la tasa de crecimiento se puede expresar matemáticamente. Un organismo, o una parte del organismo, puede producir más células de diversas formas. La tasa de crecimiento muestra un aumento que puede ser aritmético o geométrico (Figura 2.2).

En el crecimiento aritmético, después de la división de las células mitóticas, solo una célula hija continúa dividiéndose mientras que la otra se diferencia y madura. La expresión más simple de crecimiento aritmético está ejemplificada por una raíz que se alarga a una tasa constante. Mire (Fig. 2.3). Al graficar la longitud del órgano en función del tiempo, se obtiene una curva lineal.

Matemáticamente, se expresa como:

r = tasa de crecimiento / alargamiento por unidad de tiempo.

Veamos ahora qué sucede en el crecimiento geométrico. En la mayoría de los sistemas, el crecimiento inicial es lento (fase de retraso) y aumenta rápidamente a partir de entonces & # 8211 a un ritmo exponencial. Aquí, ambas células de la progenie después de la división mitótica conservan la capacidad de dividirse y continúan haciéndolo (Fig. 2.4). El crecimiento geométrico se puede expresar mediante & # 8220Gran período de crecimiento & # 8221 (Fig. 2.5).

Las comparaciones cuantitativas entre el crecimiento del sistema vivo también se pueden hacer de dos maneras:

(i) La medición y la comparación del crecimiento total por unidad de tiempo se denomina tasa de crecimiento absoluto,

(ii) El crecimiento del sistema dado por unidad de tiempo expresado sobre una base común, por ejemplo, por unidad de parámetro inicial se denomina tasa de crecimiento relativo.

En la Figura 2.6 se dibujan dos hojas, A y B, que son de diferentes tamaños pero muestran un aumento absoluto de área en el tiempo dado para dar hojas, A y B & # 8217. Sin embargo, uno de ellos muestra una tasa de crecimiento relativo mucho mayor. ¿Cuál y por qué?

El gran período de crecimiento:

El crecimiento vegetativo de la mayoría de las plantas en general muestra tres fases, comenzando lentamente, volviéndose gradualmente más rápido y finalmente disminuyendo nuevamente. Estas tres fases, que en conjunto se conocen como & # 8220 gran período de crecimiento & # 8221, cubren la totalidad de la historia vegetativa de una planta anual. En una planta perenne, un período de crecimiento tan grande se repite anualmente con períodos de inactividad entre las repeticiones.

Para explicar el gran período de crecimiento, se puede dibujar un gráfico entre la duración del crecimiento y el aumento del peso seco de la planta. Está representado gráficamente por una curva en forma de & # 8216S & # 8217 (una curva sigmoidea) (Fig. 2.5). Estas variaciones en el crecimiento ocurren debido a varios factores externos e internos.

La curva sigmoidea muestra las siguientes tres fases distintas:

(1) La fase de retraso o fase inicial:

Representa las etapas iniciales de crecimiento. La tasa de crecimiento es naturalmente lenta durante esta fase.

(2) Fase logarítmica o fase exponencial:

Es el período de máximo y rápido crecimiento. Las actividades fisiológicas de las células están al máximo.

Aquí, ambas células de la progenie que siguen la división de células mitóticas conservan la capacidad de dividirse y continúan haciéndolo. Sin embargo, con un suministro limitado de nutrientes, el crecimiento se ralentiza y conduce a una fase estacionaria_

El crecimiento exponencial se puede expresar como

W1 = tamaño final (peso, altura, número, etc.)

W0 = tamaño inicial al comienzo del período

e = base de logaritmos naturales

Aquí, r es la tasa de crecimiento relativa y también es la medida de la capacidad de la planta para producir material vegetal nuevo, lo que se conoce como índice de eficiencia. Por lo tanto, el tamaño final de W1 depende del tamaño inicial, W0.

(3) Fase adulta o fase estacionaria:

Esta fase se caracteriza por una tasa de crecimiento decreciente. La planta alcanza la madurez, por lo que la actividad fisiológica de las células también se ralentiza y la planta comienza a envejecer.

Factores que afectan el crecimiento de las plantas:

(I) Factores externos:

Independientemente del hábitat en el que crece una planta, está continuamente sujeta a la variabilidad & # 8217s de un conjunto complejo de factores ambientales. Los factores ambientales juegan un papel importante en el crecimiento y desarrollo de cualquier planta. Entre estos factores ambientales, son importantes la temperatura, la luz, el oxígeno, el agua y los nutrientes.

La temperatura es uno de los factores ambientales más importantes que afectan el crecimiento de cualquier planta. However, the minimum, optimum and maximum limits of temperature for growth vary from species to species. For instance, the winter cereals make some growth at temperatures of 34° to 40°F, whereas in that temperature range pumpkins and melons do not grow ,it all.

As the temperature increases above the minimum, growth is accelerated until a certain optimum temperature is attained, above which it becomes slower and ultimately completely retarded. The optimum temperature greatly varies with the species of plant it also varies with the age of the plant. The optimum temperatures for the growth of tropical plants are higher than the temperate ones.

Arctic and alpine species may grow at the freezing point or even at a temperature slightly below the freezing point. Their optimum temperature is usually no higher than 10°C. The optimum temperature for most of the tropical species varies from 30° to 35°C, and for temperate species it usually varies from 25° to 30°C.

Effect of duration for which a plant is exposed to a particular temperature also varies with the species. For instance, a plant may make considerable growth if exposed to a temperature of 86°F for a short duration—the same temperature has deleterious effects on growth if maintained for a longer duration.

Soil temperature also greatly influences the growth of roots and shoots. Under natural conditions, temperature is a cyclic environmental factor. Normally the temperatures of day and night greatly vary and with only few exceptions plants grow better when night temperatures are lower than day temperatures. Sometimes, the term thermo-periodicity is used to designate the effects of an alternation of temperature between the day and night upon the growth and other reactions of the plants.

Light is another important factor that variously effects the growth and development of all plants. Light intensity, quality of light and duration of light affect growth through several ways. It greatly influences several important physiological processes like chlorophyll synthesis, stomata movements, photosynthesis, formation of anthocyanin, temperature of aerial organs, absorption of minerals, permeability, rate of transpiration, streaming of protoplasm etc.

(I) Intensity of light:

The intensity of light greatly influences plant growth. Variations in the intensity of sunlight are always invariably associated with changes in the quality of light, and under natural conditions, variations in light intensity have more significant effects upon growth pattern of plants than changes in the quality of light. Most crops and ornamental plants, for instance, wheat, corn, peas, tobacco make vigorous and stocky growth and flower profusely with full sun. Such plants are called “sun plant”.

When grown with intermediate light intensities, sun plants become taller and have larger, thinner leaves, but fewer flowers. They make very poor growth in low light intensity. Shirley (1929, 1935), however, observed in a number of plant species that the absolute weight, percentage of dry matter in the tops, thickness and rigidity of the stem and leaf thickness all increase with increase in the light intensity up to full sun light, provided no other factor is limiting. Low light intensity results in poor flower development and consequently very poor fruit setting.

(ii) Quality of light:

Different wave lengths of sun light have significant effects upon the growth of plants. Most of the experiments conducted in this direction indicate that overall development of a plant and increase in its dry weight take place most effectively in the full spectrum of visible light. Plants grown in blue and violet light tend to be dwarf, those in red light, tall and spindly. The ultraviolet and infra red radiations of sunlight do not promote growth.

Overall growth of plant in green light is much less than in either blue-violet or orange red portions of the spectrum. This effect of green light is partly due to lower efficiency of photosynthesis in the green light. Different wave lengths of sun light do not have uniform effects on different organs of a plant. For instance, orange-red light generally results in poor development of stems and hypocotyls.

Greatest elongation of stems and hypocotyls in most of the plants takes place in blue-violet portion of the spectrum, less in the green and still less in the orange-red and least in the complete spectrum of visible light. On the other hand maximum expansion of leaf blades occurs in the full spectrum of visible light and least in the green.

(iii) Duration of light:

Duration, intensity and quality of light have marked influence on the rate of photosynthesis and hence the rate of growth. During winters, when the days are short, plants grow slowly as the days get longer toward spring, growth is accelerated.

Duration of light not only affects photosynthesis but also greatly influences dormancy and flowering in plants. The short days of autumn bring about retardation of growth in many plants, a phenomenon not related to photosynthesis. A number of trees respond to the short days of autumn by ceasing to grow and becoming dormant.

The length of day has a marked influence on flowering. Plants, according to their requirement of light for flowering, are classified as-long-day plants, short-day plants and day-neutral plants. The long-day plants in general flower when the days are longer than 13 or 14 hour (depending upon the species), while the short-day plants produce flowers when the days are shorter than 13 or 14 hours. Flowering in the day-neutral plants is not affected by the length of the day. They can very well flower under both short and long day conditions.

With the exception of only those plants which are native to marshy and boggy terrains, the growth of all terrestrial plants is greatly retarded in poorly aerated soils. Usually the shoots of plants receive an ample supply of oxygen, but the roots may or may not get sufficient oxygen to grow and function normally. Plants in flooded fields or in water logged pots do not thrive due to marked deficiencies in soil aeration. The retarded growth of plants in poorly aerated soils is chiefly due to reduced absorption of minerals and water.

Water is one of the most essential requirements for growth of a plant. With an inadequate water supply, growth is poor and yields low. Plants grow well when ample but not excessive moisture is available. For most of the plants a soil-water content in the capacity to just above the wilting percentage is most favorable tor good growth.

With a decrease in the soil-water content, marked effects on growth do not appear until the permanent wilting percentage is reached. At the permanent wilting percentage all growth ceases. If the soil is continuously above field capacity, as it may be in poorly drained fields, plants grow slowly because roots are deprived of oxygen.

Plants vary in their response to moisture deficiency. For instance, radishes, spinach and peppers wilt and cease to grow when soil-water percentage is low. Cucurbits and tomatoes in the field stop growing and their lower leaves respond by changing from a light green colour to a darker green or bluish colour. The leaves of corn and many grasses curl when the water supply is inadequate.

Deficient soil-water supply may affect the growth of a plant more at certain stages in its development than others. Vegetative growth in many plants is checked but the development of reproductive organs is not affected under deficient soil-water supply.

The quantity and nature of soil nutrients have marked influence on the growth and development of plants. For luxuriant growth of any crop, field should be adequately rich in nutrients (both micro and macronutrients). Furthermore, these mineral nutrients do not effect the growth as such, but only when present in the form of ions, or as constituents of molecules.

II. Internal Factors:

(1) Growth Regulators:

Several classes of growth regulators are known. While some growth regulators are growth promoting (e.g., auxins, gibberellins, cytokinins, florigen etc.), others are growth inhibitors (e.g., abscisic acid, ethylene, chlorocholine chloride). Many of them are synthesized by the plants, while few of them are synthetic.

The ratio of carbohydrates and nitrogenous compounds governs the pattern of growth. Presence of more carbohydrates compared to nitrogenous compounds favours good vegetative growth, flowering and fruiting. On the contrary, presence of more nitrogenous compounds compared to carbohydrates results in poor vegetative growth, flowering and fruiting.

(3) Genotype and Genetic Factor:

All metabolic activities, growth and development are under the control of genetic complement (genotype), nuclear, as well as extra nuclear, of the cell. Expression of appropriate genes in an appropriate sequence is controlled both by genes and the environment. The genes, located in chromosomes, transcribe information to m-RNA which translates it into structural and enzymic proteins.


THE C2 OXIDATIVE PHOTOSYNTHETIC CARBON CYCLE

Abstracto

▪ Abstract The C2 oxidative photosynthetic carbon cycle plus the C3 reductive photosynthetic carbon cycle coexist. Both are initiated by Rubisco, use about equal amounts of energy, must regenerate RuBP, and result in exchanges of CO2 and O2 to . Lee mas

Figure 1: The C2 and C3 cycles of photosynthetic carbon metabolism. This scheme (9, 10) emphasizes that the two cycles coexist, that both represent about equal parts of the process, that carboxylase .


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Nutritional Requirements

Plants are unique organisms that can absorb nutrients and water through their root system, as well as carbon dioxide from the atmosphere. Soil quality and climate are the major determinants of plant distribution and growth. The combination of soil nutrients, water, and carbon dioxide, along with sunlight, allows plants to grow.

The Chemical Composition of Plants

Figure 1. Water is absorbed through the root hairs and moves up the xylem to the leaves.

Since plants require nutrients in the form of elements such as carbon and potassium, it is important to understand the chemical composition of plants. The majority of volume in a plant cell is water it typically comprises 80 to 90 percent of the plant’s total weight. Soil is the water source for land plants, and can be an abundant source of water, even if it appears dry. Plant roots absorb water from the soil through root hairs and transport it up to the leaves through the xylem. As water vapor is lost from the leaves, the process of transpiration and the polarity of water molecules (which enables them to form hydrogen bonds) draws more water from the roots up through the plant to the leaves (Figure 1). Plants need water to support cell structure, for metabolic functions, to carry nutrients, and for photosynthesis.

Plant cells need essential substances, collectively called nutrients, to sustain life. Plant nutrients may be composed of either organic or inorganic compounds. Un compuesto orgánico is a chemical compound that contains carbon, such as carbon dioxide obtained from the atmosphere. Carbon that was obtained from atmospheric CO2 composes the majority of the dry mass within most plants. Un compuesto inorgánico does not contain carbon and is not part of, or produced by, a living organism. Inorganic substances, which form the majority of the soil solution, are commonly called minerals: those required by plants include nitrogen (N) and potassium (K) for structure and regulation.

Essential Nutrients

Plants require only light, water and about 20 elements to support all their biochemical needs: these 20 elements are called essential nutrients (Table 1). For an element to be regarded as esencial, three criteria are required: 1) a plant cannot complete its life cycle without the element 2) no other element can perform the function of the element and 3) the element is directly involved in plant nutrition.

Table 1. Essential Elements for Plant Growth
Macronutrientes Micronutrientes
Carbono (C) Iron (Fe)
Hidrógeno (H) Manganese (Mn)
Oxígeno (O) Boron (B)
Nitrógeno (N) Molybdenum (Mo)
Phosphorus (P) Copper (Cu)
Potassium (K) Zinc (Zn)
Calcium (Ca) Chlorine (Cl)
Magnesium (Mg) Nickel (Ni)
Sulfur (S) Cobalt (Co)
Sodium (Na)
Silicon (Si)

Macronutrients and Micronutrients

The essential elements can be divided into two groups: macronutrients and micronutrients. Nutrients that plants require in larger amounts are called macronutrientes. About half of the essential elements are considered macronutrients: carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium and sulfur. The first of these macronutrients, carbon (C), is required to form carbohydrates, proteins, nucleic acids, and many other compounds it is therefore present in all macromolecules. On average, the dry weight (excluding water) of a cell is 50 percent carbon. As shown in Figure 2, carbon is a key part of plant biomolecules.

Figure 2. Cellulose, the main structural component of the plant cell wall, makes up over thirty percent of plant matter. It is the most abundant organic compound on earth.

The next most abundant element in plant cells is nitrogen (N) it is part of proteins and nucleic acids. Nitrogen is also used in the synthesis of some vitamins. Hydrogen and oxygen are macronutrients that are part of many organic compounds, and also form water. Oxygen is necessary for cellular respiration plants use oxygen to store energy in the form of ATP. Phosphorus (P), another macromolecule, is necessary to synthesize nucleic acids and phospholipids. As part of ATP, phosphorus enables food energy to be converted into chemical energy through oxidative phosphorylation. Likewise, light energy is converted into chemical energy during photophosphorylation in photosynthesis, and into chemical energy to be extracted during respiration. Sulfur is part of certain amino acids, such as cysteine and methionine, and is present in several coenzymes. Sulfur also plays a role in photosynthesis as part of the electron transport chain, where hydrogen gradients play a key role in the conversion of light energy into ATP. Potassium (K) is important because of its role in regulating stomatal opening and closing. As the openings for gas exchange, stomata help maintain a healthy water balance a potassium ion pump supports this process.

Magnesium (Mg) and calcium (Ca) are also important macronutrients. The role of calcium is twofold: to regulate nutrient transport, and to support many enzyme functions. Magnesium is important to the photosynthetic process. These minerals, along with the micronutrients, which are described below, also contribute to the plant’s ionic balance.

In addition to macronutrients, organisms require various elements in small amounts. Estas micronutrientes, or trace elements, are present in very small quantities. They include boron (B), chlorine (Cl), manganese (Mn), iron (Fe), zinc (Zn), copper (Cu), molybdenum (Mo), nickel (Ni), silicon (Si), and sodium (Na).

Figure 3. Nutrient deficiency is evident in the symptoms these plants show. This (a) grape tomato suffers from blossom end rot caused by calcium deficiency. The yellowing in this (b) Frangula alnus results from magnesium deficiency. Inadequate magnesium also leads to (c) intervenal chlorosis, seen here in a sweetgum leaf. This (d) palm is affected by potassium deficiency. (credit c: modification of work by Jim Conrad credit d: modification of work by Malcolm Manners)

Deficiencies in any of these nutrients—particularly the macronutrients—can adversely affect plant growth (Figure 3). Depending on the specific nutrient, a lack can cause stunted growth, slow growth, or chlorosis (yellowing of the leaves). Extreme deficiencies may result in leaves showing signs of cell death.

Hidroponia

Hydroponics is a method of growing plants in a water-nutrient solution instead of soil. Since its advent, hydroponics has developed into a growing process that researchers often use. Scientists who are interested in studying plant nutrient deficiencies can use hydroponics to study the effects of different nutrient combinations under strictly controlled conditions. Hydroponics has also developed as a way to grow flowers, vegetables, and other crops in greenhouse environments. You might find hydroponically grown produce at your local grocery store. Today, many lettuces and tomatoes in your market have been hydroponically grown.

In Summary: Nutritional Requirements

Plants can absorb inorganic nutrients and water through their root system, and carbon dioxide from the environment. The combination of organic compounds, along with water, carbon dioxide, and sunlight, produce the energy that allows plants to grow. Inorganic compounds form the majority of the soil solution. Plants access water though the soil. Water is absorbed by the plant root, transports nutrients throughout the plant, and maintains the structure of the plant. Essential elements are indispensable elements for plant growth. They are divided into macronutrients and micronutrients. The macronutrients plants require are carbon, nitrogen, hydrogen, oxygen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium, and sulfur. Important micronutrients include iron, manganese, boron, molybdenum, copper, zinc, chlorine, nickel, cobalt, silicon and sodium.


Callus Culture: Meaning, Nature and Significance

Callus is formed by the proliferation of the parent tissue. The cells of a callus are parenchymatous, amorphous and unorganised. Generally callus is formed as a result of injury at the cut ends of a stem or a root. Localised centres of activity is re­corded in a callus.

When tissues on culture produce unorganised mass of callus with no regular form then it is called callus culture. Callus formation from isolated stem segments of Populous was first observed by Rechinger in 1893. Working with cambial tissues of carrot and tobacco first prolonged callus culture were simultaneously reported by Gautheret in Paris, Nobecourt in England and White in Princeton, USA in 1930.

Gautheret cultured explants of carrot root on a medium containing inorganic salts, sugar (glucose), thiamine, cystine and IAA. On culture the explants grew form­ing undifferentiated tissue or callus. By repeated sub-culturing this callus was main­tained for a prolonged period. White (󈧫) cultured the stem pro-cambium of hybrid Nicotiana glauca x N- langsdorfii on agar medium where callus was formed.

Callus may initiate from explants of any multicellular plant. Explants from stem, root, leaf, flower, fruit or seed etc. may be taken for culture. Callus formation has been recorded from storage parenchyma, pericyclic cells of roots, cambial cells of vascular bundles, provascular cells, secondary phloem, pith cells, mesophyll cells and cotyledons.

Usually large pieces of tissue are selected for culture. Minimum size of the ex- plant is generally determined by the average cell size of the tissue to be cultured. 3.8 mg carrot explant having about 25,000 cells is viable.

But as the cells of Jerusalem artichoke is much larger, the minimum size of the explant is found to be 8 mg having about 20,000 cells. But Caplin (󈨃) successfully cultured much smaller explant of artichoke.

For sub-culturing the inoculum should not be very small, as very small inoculum fails to grow or shows little growth. According to Street (󈨉) the inoculum should be 0.5—1 cm and weighing about 20—100 mg.

The callus is sub-cultured because:

(a) The nutrient may be ex­hausted,

(b) Agar may be desiccated, or

(c) Cell metabolites may accumulate and cause toxicity. Active growth can be maintained even after several subcultures. Re­peated sub-culturing can be avoided by freeze preservation of the culture (Withers 󈨓).

Nutrient Medium of Callus Culture:

Some standard media, such as, Murashige and Skoog’s medium can be success­fully used for callus culture. For initiation and maintaining callus kinetin is widely used in the medium.

For callus initiation usually an exogenous supply of hormone is required. But explants having cambial cells do not require a supply of hormone. According to hor­mone requirements callus culture may be of five types.

(a) Auxin requiring cultures,

(b) Cytokinin requiring cultures,

(c) Cultures requiring both auxin and cytokinin,

(d) Gibberellin requiring cultures. In some plants, such as tobacco, presence of gibberellin and N6 2 isopentenyl adenine in the medium favours callus growth. But gibberellin inhibits growth of callus tissue in monocots, (e) cultures requiring other natural extracts, such as, yeast extract, coconut milk, casein hydrolysate or to­mato juice etc.

Methods of Callus Culture:

Usually explants from suitable materials (such as, carrot root, potato or sweet potato tuber, stem of tobacco, hypocotyl and cotyledon of soya bean etc..) are taken. The explants is first surface sterilised with 1.6% sodium hypochlorite solution or 0.1% mercuric chloride solution or 1% aqueous solution of bromine.

Then the inner uncontaminated tissue is excised. If the excised tissue (such as, root, hypocotyl, cotyledon etc.) is taken from a seedling then the seed before germination is surface sterilised and allowed to germinate under aseptic conditions.

Carrot Root Culture:

(1) Fresh and healthy carrot root is selected. It is thoroughly washed in running tap water.

(2) External 1-2 mm is scraped. Upper 1 cm of carrot root is discarded and then it is cut into 0.5 cm thick slices (Fig. 19).

(3) These slices are placed immediately in a beaker containing water.

(4) These are then transferred to a beaker containing sodium hypochlorite solution and kept there for 10 minutes.

(5) Slices are taken out with a sterile force from the hypochlorite solution and washed successively in 3 beakers containing double distilled water keeping the slices for 20—30 seconds in each. The slices are kept in the third beaker.

(6) A carrot slice is taken and is placed on a petridish. Tissue cylinders are cut out from the cambial region by a sterilised cork borer, after cutting maximum num­ber of tissue cylinders from the cambial region remaining portion of the slice is dis­carded

(7) Tissue cylinders are placed in a petridish containing double distilled water.

(8) A tissue cylinder is transferred to a petridish and its two sides are trimmed with a sterile scalpel and discarded.

(9) Remaining cylinder is cut into explants measuring 5 mm diameter and 2 mm thickness.

(10) These explants are placed in a petridish containing double distilled water.

(11) Explants are then transferred with a sterile forceps on the surface of a sterile filter paper on a petridish. The upper and lower surfaces of each explants are blotted.

(12) One such explants is transferred to each culture tube containing the nutri­ent medium.

(13) Culture tubes are kept in a glass storage jar, wrapped in aluminium foil and placed in an incubator at 25°C.

(14) The surface of the explants after few days becomes somewhat rough, indica­ting initiation of the callus. Callus can be maintained from few weeks to three months depending on the rate of growth.

(15) Generally after 6-8 weeks the callus is sub-cultured. The callus is divided into small parts of 100 mg approximately.

(16) Each piece is transferred to a new flask containing 30 c.c. of culture medium and sub-cultured at a temperature of 25°C or above.

Development of a Callus Culture:

Callus formation from an explants occurs in three stages:

Metabolism is stimulated and the cells prepare to divide. Cell size remains unchanged.

(b) Cell division stage:

Cells divide actively and the cell size decreases. Cell division is mainly periclinal and occurs towards the periphery giving rise to wound cambial cells.

Cells differentiate by expansion and maturation. Rapidly growing calluses are more or less alike but as the growth rate decreases the calluses show their characteristic structures and forms. But all calluses have some similarities. They all contain nodular or sheet meristems in groups or scattered throughout the tissue.

Vascular nodules or meristemoids are formed in a callus from small groups of meristematic cells. The nodules may not differentiate or may form root or shoot primordia or embryos.

These meristemoids resemble vascular bundles and consist of xylem, phloem and cambium. Measurement of growth in a callus culture is based on fresh weight or dry weight or cell number counts. The callus may be weighed directly under aseptic conditions.

Nature of Callus Tissue:

Morphological nature of the callus tissue varies considerably. Some cultures are hard and anatomically consists of compactly arranged small cells without intercellu­lar spaces. Such callus may be composed of lignified cells.

Other callus may be friable and anatomically consists of large loosely arranged cells with intercellular spaces. Friable callus is fragile and easily breaks up. These are suitable for suspension culture, where the tissue can be dispersed by mechanical agitation.

Reinert and White (󈧼) working with Picea glauca noted that hard compact callus can easily give rise to friable callus but the friable type cannot form compact type. But Blakesly and Steward (󈨁) working with Haplopappus gracilis and Grant and Fuller (󈨈) working with Vicia faba showed that friable callus and hard callus are inter-convertible.

The colour of the callus also varies and usually depends on the colour of the tissue from which it is taken. The callus may be colourless or green containing chloro­phyll or yellow having carotenoids or flavonoids or it may be purple due to the presence of anthocyanin. Callus may be uniformly or partially coloured.

Calluses deri­ved from green explants are not always autotropic. Chlorophyll containing callus re­quires an exogenous supply of sugar (Hildebrandt and et al) and light. Carrot root explants cultured on a medium supplemented with IAA, inositol, kinetin in presence of light become autotropic.

After repeated subculture the colour of the callus may change. Concentration of sugar, dextrose and soluble starch, deficiency of nitrogen, light, temperature and exogenous auxin etc. influence the colour of the callus.

Anatomically, a callus may be homogenous, consisting of uniform parenchyma cells or it may be heterogenous, having differentiation into tracheids, seive tubes, trichomas, secretory cells and suberized cells etc.

Callus which grows actively may be composed of large vacuolated parenchyma cells and small closely arranged divi­ding cells. Such variations among the cells of the callus tissue is due to the origin and age of the callus and the composition of the culture medium.

Grant and Fuller (󈨈) noted that friable callus contains larger amount of cell wall polysaccharides than compact callus, but a lower amount of cellulose compared with hemicellulose and pectic substances. In a callus culture phenotypic variations may occur due to epigenetic changes. Such changes are reversible and occur due to selective gene expression as in cytokinin habituation.

Callus on prolonged culture shows changes in the nuclear cytology of the cells. Changes both in chromosome structure and chromosome number have been noted. Chromosomal aberrations, nuclear fragmentation or endopolyploidy etc. are obser­ved.

With the age of the callus culture these nuclear abnormalities increase and cer­tain aneuploid or polyploid cells divide more rapidly than normal cells and form the dominant cell line. Within few months of the callus culture nuclear changes may occur. But certain callus is comparatively stable. In Crepis capillaris and Helianthus annus callus remains stable for about two years.

Significance of Callus Culture:

(1) Yeoman and Mitchell (󈨊j described a method to determine the total amount of nucleic acids (i.e., DNA and RNA) rapidly from callus culture.

(2) By using tracer elements in callus culture the path of various metabolic pro­cesses has been determined. For determination of duration and extent of DNA tritiated thymidine was used (Harland 󈨋). In rose callus culture Dougall (󈨅) used C14 amino acids to understand the pathway of protein synthesis. In callus culture of the Jerusalem artichoke Fraser (󈨈) used P32 phosphate to investigate the metabolism of RNA.


Plant essential nutrients

Scientists have identified 16 essential nutrients and grouped them according to the relative amount of each that plants need:

  • Primary nutrients, also known as macronutrients, are those usually required in the largest amounts. They are carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus, and potassium.
  • Secondary nutrients are those usually needed in moderate amounts compared to the primary essential nutrients. The secondary nutrients are calcium, magnesium, and sulfur.
  • Micro- or trace nutrients are required in tiny amounts compared to primary or secondary nutrients. Micronutrients are boron, chlorine, copper, iron, manganese, molybdenum, and zinc.

A very few plants need five other nutrients: cobalt, nickel, silicon, sodium, and vanadium.

Each essential nutrient affects specific functions of plant growth and development (Table 1). Plant growth is limited by the nutrient that is in the shortest supply (Fig. 1).


Modes of Nutrition in Plants and Animals (with diagrams)

Plants and animals do not obtain food by the same processes.

Plants and some bacteria have the green pigment chlorophyll to help synthesize food, while animals, fungi and other bacteria depend on other organisms for food.

Based on this, there are two main modes of nutrition: autotrophic and heterotrophic.

1. Autotrophic nutrition:

The term ‘autotroph’ is derived from two Greek words—autos (self) and trophe (nutrition). In autotrophic nutrition, an organism makes its own food from simple raw materials.

Photosynthesis:

Green plants, which are autotrophic, synthesize food through the process of photosynthesis. Photosynthesis is a process by which green plants, having chlorophyll, synthesize the simple sugar (glucose) from the simple raw materials water and carbon dioxide using the energy of sunlight. Oxygen is released in this process. The overall equation of photosynthesis is

The sugar produced is stored in the form of starch in plants. (In animals food is stored in the form of glycogen.) These food reserves provide energy as and when required by the organism. Since autotrophic plants are able to produce food, they are also known as producers.

Site of Photosynthesis:

Though all green parts of a plant are capable of performing photosynthesis, the leaves are the most suitable organs for this process. The cells of the leaves contain special organelles called chloroplasts, which are the main sites of photosynthesis. These are plastids which contain the light-absorbing green pigment chlorophyll.

Requirements for Photosynthesis:

Photosynthesis requires chlorophyll, carbon dioxide, water and sunlight.

Chlorophylls are green pigments found in all photosynthetic organisms and are responsible for their green colour. In plants, chlorophyll is mainly found in the leaves. Young stems and fruits may also have chlorophyll. In lower plants like algae, the whole plant is green and takes part in photosynthesis.

2. Carbon dioxide:

Air contains about 0.03% of carbon dioxide. Terrestrial plants use atmospheric carbon dioxide in photos3mthesis. Aquatic plants use the carbon dioxide dissolved in water. Plants obtain carbon dioxide through pores called stomata present on the surfaces of leaves. The opening and closing of these pores are regulated by guard cells, which surround them.

Water is an important raw material for photosynthesis. Plants absorb water from the soil through their root hairs. The water is then transported up to the leaves through the stem.

Light energy is used in splitting water molecules into hydrogen and oxygen. The splitting of water in the presence of light is called photolysis.

Mechanism of Photosynthesis:

There are two main stages in the entire process of photosynthesis. The first stage is dependent on light (light reactions). The other stage does not require light (dark reactions).

During these two stages, the following events occur:

1. Light energy is first absorbed by chlorophyll molecules found inside the chloroplasts.

2. The absorbed energy causes splitting of water molecules into hydrogen and oxygen. During this process the light energy gets converted into chemical energy.

3. Finally, carbon dioxide is reduced to carbohydrate (the end product of photosynthesis).

Factors affecting photosynthesis:

Intensity of light, carbon dioxide concentration in the air, temperature and water are the important external factors that influence photosynthesis. Internal factors include chlorophyll content and the accumulation of the products of photosynthesis.

1. Experiment to demonstrate that starch is formed during photosynthesis:

Pluck a healthy green leaf of a plant which was in the sunlight. Place it in a beaker containing boiling water for about two minutes. Now transfer the leaf to a beaker containing alcohol. Warm it over a water bath for a few minutes.

You will observe that the leaf turns white, indicating that the chlorophyll has been removed. Now wash the leaf carefully in water without damaging it. Place the leaf in a dilute solution of iodine. This will turn the leaf bluish black. The changing of the leaf’s colour to bluish black after it has been treated with iodine solution shows that the leaf contains starch.

2. Experiment to demonstrate that carbon dioxide is essential for photosynthesis:

Get two healthy potted plants of almost the same size and place them in the dark for 24 hours to destarch the leaves. Now place them on glass plates. Cover the plants with separate bell jars. Keep some crystals of potassium hydroxide (KOH) in a Petri dish and place it under one of the jars. Make the set-up airtight by applying Vaseline at the bottom of the bell jars.

Keep the plants in sunlight for photosynthesis to take place. After 3 to 4 hours pluck a leaf from each plant. Boil the leaves in water and subsequently in alcohol, using a water bath, to remove chlorophyll. Now use a few drops of iodine to test for starch in each leaf.

Only one leaf turns blue-black showing the presence of starch. This happens because KOH absorbs the CO2 present inside one bell jar. As a result, the leaves do not get CO2 for photosynthesis. Thus the process of photosynthesis is inhibited and starch is not synthesized.

3. Experiment to show that sunlight is essential for photosynthesis:

Keep a potted plant in the dark for 24 hours. On one of the leaves, stick black paper strips (one below and one above the leaf) with the help of Sellotape. Now, place this plant in sunlight for a few hours. Pluck the leaf and remove the black strips.

Boil this leaf, first in water and then in alcohol, to remove chlorophyll. After washing the leaf with water, keep it in a Petri dish. Add a few drops of iodine solution. The leaf turns blue-black except in the region that had been covered. This region did not receive light and hence no starch was formed. The uncovered region received light and starch was formed due to photosynthesis.

Plants take up different nutrients like nitrogen, phosphorus, iron, magnesium, etc., along with water through the root. These nutrients contribute not only to the process of photosynthesis but also to the general development of the plants. For example, nitrogen is used in the synthesis of proteins and other compounds.

2. Heterotrophic nutrition:

The word ‘heterotroph’ is derived from two Greek words—heteros (other) and trophe (nutrition). Unlike autotrophs, which manufacture their own food, heterotrophic organisms obtain food from other organisms. As heterotrophs depend on other organisms for their food, they are called consumers. All animals and non-green plants like fungi come under this category.

Consumers which consume herbs and other plants are called herbivores, and those which consume animals are called carnivores. After taking complex organic materials as food, heterotrophs break them into simpler molecules with the help of biological catalysts, or enzymes, and utilize them for their own metabolism.

Depending upon the mode of living and the mode of intake of food, heterotrophs may be parasitic, saprophytic or holozoic.

Parásito:

Parasitic organisms, or parasites, live on or inside other living organisms, called hosts, and obtain their food from them. The host does not get any benefit from the parasite. Different parasites, like Cuscuta (akash-bel), Cassytha (amar-bel), hookworms, tapeworms, leeches, etc., have different modes of feeding, depending upon habit, habitat and modifications.

Saprophytic:

Saprophytic organisms, or saprophytes, derive their food from dead organisms. They secrete enzymes that are released on food material outside their body. These enzymes break down complex food into simple forms. Common examples of saprophytes are fungi (moulds, mushrooms, yeasts) and many bacteria.

Holozoic:

In holozoic nutrition complex organic substances are ingested (taken in) without their being degraded or decomposed. After intake, such food is digested by enzymes produced within the organism. Digested food is absorbed into the body and the undigested product is egested (expelled) from the body. This kind of nutrition is found mainly in non-parasitic animals—simple ones like Amoeba and complex ones like human beings.

How Organisms Obtain Nutrition:

Different organisms obtain food in different ways. Nutrition in unicellular organisms, like Amoeba, involves ingestion by the cell surface, digestion and egestion.

Amoeba takes in complex organic matter as food. Amoeba first identifies its food. It then throws out a number of small pseudopodia (projections of cytoplasm, also called false feet). These pseudopodia enclose the food particle and prevent it from escaping. The food enclosed in the cell membrane forms a food vacuole.

The complex food is broken down into simpler molecules with the help of digestive enzymes of the organelle called lysosome. The digested food is distributed in the cytoplasm and the undigested food is egested through the cell membrane.

In Paramecium, a unicellular organism with a specific shape, food is ingested through a special opening, the cytostome (cell mouth). Food is brought to this opening by the lashing movement of cilia that cover the entire surface of the cell.


Ver el vídeo: REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LAS PLANTAS (Junio 2022).


Comentarios:

  1. Starling

    Tienes un gran pensamiento

  2. Vinn

    En mi opinión, admites el error. Ofrezco discutirlo. Escríbeme en PM, hablaremos.

  3. Feshicage

    Tienes un gran pensamiento

  4. Athelstan

    Este mensaje es impresionante))), me gusta :)

  5. Tugal

    Dando ¿dónde puedo leer sobre esto?

  6. Feshakar

    Hay algo también creo que es la excelente idea.



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