Métodos de Medición en Fisiología Vegetal

Medición del Potencial Hídrico

• Método gravimétrico: Se extraen cilindros de patata, se pesan, se introducen en disoluciones con diferente concentración de sacarosa, se espera 1 hora y se pesa de nuevo. Resultados: + peso → Ψ patata < Ψ disolución.
• Método de Chardakov: Dos series idénticas de diferentes soluciones. En la serie A se colocan muestras de tejidos y en la serie B se colocan cristales de azul de metileno. Se retira el tejido de A y se agrega una gota de la solución de la serie coloreada B. Si la gota no ha sufrido cambios. Si la gota sube: Ψ muestra < Ψ medio. Si la gota difunde de forma homogénea, Ψ medio = Ψ muestra.
• Método psicométrico: Trozo de tejido sellado dentro de una cámara con un sensor de temperatura en contacto con una gota de una solución estándar de concentración de soluto conocida. Si Ψ tejido < Ψ gota, el agua se evaporará de la gota e irá al tejido, la gota se enfría. Si ocurre lo contrario, sucede al revés.

Medición del Potencial Osmótico

• Método plasmolítico: Si Ψp = 0, Ψ = Ψs. Plasmólisis incipiente: 50% de las células han comenzado a plasmolizarse, Ψs = Ψstej = Ψ tejido.
• Sonda de presión: Micro jeringuilla y microscopio óptico. Se ejerce una presión compensatoria que será igual a la presión de turgencia celular (Ψp).

Medición del Potencial de Presión en Xilema

• Cámara de presión (bomba Scholander): Columna hídrica del xilema sometida a presión hidrostática negativa o tensión = Ψp (-). Procesos: seccionar tejido donde desaparece la tensión y la superficie del agua se retira de los bordes de los vasos seleccionados y se mueve a la hoja. Si aumenta la presión del gas dentro de la cámara, los hilos de agua se moverán otra vez hacia la superficie cortada. Cuando la superficie del agua quede enrasada con las paredes seccionadas, la presión medida en el manómetro es igual y opuesta al valor de la presión que existía en el sistema en el momento de hacer el corte.

Medición de la Actividad Fotosintética

• Por consumo de CO2 (mg/dm²)
• Desprendimiento de O2 (mg/mg clorofilas)
• Producción de carbohidratos: Marcaje de isótopos radiactivos.
• Producción de biomasa orgánica (g/m²)
• Uso de luz medido por Fluorescencia de Clorofila A. Desintegración radiactiva (Autoradiografía cromatográfica)

Electrodo de O2

Determinación de fotosíntesis en suspensiones celulares o cloroplastos aislados por un electrodo de oxígeno. El desprendimiento de oxígeno es proporcional a la velocidad de fotosíntesis y puede ser medido por medio de un electrodo tipo Clark. Cátodo platino, ánodo Ag-AgCl, Electrolito KCL, batería, caja central, registrador, ordenador, cámara de Difracción.

Principio de operación:

• Ánodo y Cátodo unidos por solución KCL dando corriente elec= -0,65 V. Separados de Cámara de reacción por una membrana permeable a oxígeno.
• Oxígeno, entra y se disuelve por solución KCL.
• El oxígeno se reduce a OH por el electrón del cátodo.
• OH lleva electrones de cátodo a ánodo y cambia corriente eléctrica, cambio proporcional a la concentración de oxígeno y velocidad de fotosíntesis o respiración.

Técnica Gasométrica

Determinación de la velocidad del proceso de fotosíntesis mediante medidas de la velocidad de consumo de CO2: Analizador Infrarrojo de gases (IRGA): Se basa en la capacidad del CO2 para absorber radiación infrarroja = frecuencia vibratoria a lo largo de onda específicas. Disminuye la transmitancia.

• Componentes: cámara de medida o intercambio de gases (Controla temperatura, humedad, concentración de CO2 y luz.). Suministro de gases. Esponja de agua. Sosa (Absorbentes de CO2), Silica gel (Secante); Analizador Infrarrojo (mide [CO2] a la entrada y salida de la Cámara de Intercambio.); Medidores de flujo de aire y consola.
• Permite modificar variables ambientales dando estudios eco fisiológicos.

Estos 3 procesos son aditivos, por lo tanto, midiendo la luz re-emitida como fluorescencia podemos estimar la usada en fotosíntesis (disipación fotoquímica) y la disipada como calor (disipación no-fotoquímica)

Efecto Kautsky

La emisión de fluorescencia varía en función del tiempo. Momento de iluminación.

• Etapas: Nivel inicial, nivel máximo, disminución transitoria (S), 2º máximo, Estado estacionario.
• Fase S – Reoxidación de las QA- en respuesta a la activación del PSI
• Fase M – Rereducción de las QA- por la reducción del pool de NADP+
• Fase T – Reoxidación de las QA- por la activación del ciclo de Calvin → FOTOSÍNTESIS COMPLETA Y ACTIVA
• Activación de otros mecanismos de disipación de exceso de luz absorbida (p.e. ciclo de las xantofilas)

Parámetros de Fluorescencia

• Fv/Fm: rendimiento fotosintético máximo del FT2. Fv= Fluorescencia variable (Fm – Fo)
  • Fo= Fluorescencia mínima (todos los centros de reacción abiertos, luz tenue)
  • Fm= Fluorescencia máxima (todos los centros de reacción cerrados, luz saturada).
  Buen indicador de la salud de la planta
• ETR: Tasa de transporte de electrones del FT2.
• QP: La proporción de energía absorbida que se destina en fotosíntesis.
• NPQ: Proporción de energía disipada en calor.

Todos estos parámetros son útiles para evaluar el estrés en plantas.

Hormonas Vegetales

Auxinas: Estimulan la elongación de las células. El ácido indolacético es la auxina natural predominante. Se sintetiza en el ápice del tallo.

Efectos fisiológicos: crecimiento en tallos y coleoptilos, Promueven la dominancia apical, inducen la formación de raíces adventicias. Inhiben el crecimiento en raíces en concentraciones bajas.

Citoquinina: estimulan la división y diferenciación celular, derivan de la sustitución lateral de la adenina y se sintetiza en las raíces.

Efectos fisiológicos: inducen la formación de brotes adventicios, inhiben la formación de raíces, promueven la multiplicación de tallos y proliferación de yemas laterales. Disminución de la dominancia apical.

Micropropagación

Fase cero: El material inicial es una planta élite seleccionada por características fenotípicas especiales. Generalmente se utilizan plantas en Estado de crecimiento activo, vigoroso y sano.

• Selección y crecimiento de la planta madre bajo condiciones higiénicas.
• Crecimiento de la planta en ambientes controlados.
• Pre tratamientos con reguladores de crecimiento.

Fase 1: elección del explante. Parte separada del vegetal, ya sea células protoplastos, tejidos u órganos como podría ser una ramita.

Desinfección del explante: El éxito de los sistemas de propagación de plantas por biotecnología depende en gran medida del control y prevención de la contaminación microbiana.

• Desinfección superficial sin dañar el explante.
• Etanol 70% hipoclorito sódico o agua oxigenada.
• Trabajo en condiciones de asepsia, equipamientos que generen las condiciones necesarias de esterilidad, como los flujos laminares.
• Medio de cultivo líquido o semisólido.

Composición del medio de cultivo:

• Agua destilada, representa el 95% del medio
• Fuente de carbono: Generalmente se usa sacarosa, porque los expertos no son completamente autótrofos.
• Sustancias inorgánicas: Macro elementos y micro elementos en una proporción adecuada según la planta elegida
• Vitaminas.
• Hormonas y reguladores del crecimiento como auxina, Citoquinas y giberelinas.
• Materiales inertes que se usan como soporte, agar, agarosa, lanas de vidrio, papel de filtro, arena.

Fase 2: Se produce la multiplicación de las partes aéreas de la planta medio relativamente rico en Citocininas. Tras un periodo de crecimiento, es necesario el subcultivo y paso a un nuevo medio.

Fase 3: enraizamiento. Se busca la formación de raíces con el fin de convertir los brotes en plántulas completas. Se transfieren los brotes obtenidos durante la fase de multiplicación a un medio que solo contenga auxinas.

Fase 4: aclimatación o Rusticación de las plantas micropropagadas. Aclimatación de las plántulas obtenidas in vitro a las condiciones ambientales ex vitro, suelo o algún sustrato inerte. Los ex plantas recién enraizadas son muy sensibles a los cambios ambientales, de manera que el éxito o el fracaso de todo el proceso depende de la Aclimatación después de la transferencia de los de las condiciones de in vitro a ex vitro, las plántulas tienen que corregir estas anormalidades.

Embriogénesis Somática

Es la capacidad que poseen ciertas células vegetales de formar embriones por un proceso semejante al embriogénesis cigótica.

• Etapa 1: inducción de formación de masas pro embriogénicas con fitohormonas. En la embriogénesis somática directa, los embriones aparecen directamente sobre el explante original. En la embriogénesis somática indirecta a los embriones se originan a partir de un callo o a partir de una suspensión de células embriogénicas.
• Etapa 2: histodiferenciación embriones en estadio globular, de corazón, de torpedo, cotiledonar.
• Etapa 3: maduración de embriones en Estado cotiledonar con ABA, desecación.
• Etapa 4: germinación.

Soluciones Nutritivas en Hidroponía

• El PH de la solución nutritiva: la actividad radicular y la absorción de nutrientes por las plantas modifican el PH. Se debe comprobar el PH cada vez que se añade un nuevo nutriente a la solución.
• La temperatura, puede contribuir a modificar: las proporciones de las diferentes sustancias disueltas y la capacidad de ser absorbidos por las raíces.

Tipos de Sistemas Hidropónicos

• Estático (La solución nutritiva no influye)
• Fluyente (La solución se mueve continuamente a través de las zonas de la raíz)
• Niebla o aeroponía (La raíz se rocían intermitentemente con una solución nutritiva)
• Sistemas abiertos: no reutilizan la solución nutritiva.
• Sistema cerrado: reutiliza en la solución nutritiva.

Medición de la Transpiración

Es la evaporación del agua desde hojas hacia la atmósfera. El movimiento de agua a través de Estomas.

• Método Gravimétrico: Pesar periódicamente.
• Porómetro de Ganong: Distancia recorrida por la burbuja de aire en el tubo graduado por unidad de tiempo.
• Porómetro de difusión: permite medir el grado de apertura de las estomas, conductividad Estomática. Componentes: cuerpo, instrumento, fuente de energía, bomba de aire, componentes electrónicos, cabeza del sensor y cronómetro digital.

Sistemas Hidropónicos Industriales Comunes

• Cultivo en agua profunda. Deep water culture: Puede ser estático o fluyente. Las raíces de las plantas están directamente sumergidas en la solución nutritiva. Las plantas son sostenidas por encima de la superficie de la solución en diversos soportes: baldes simples, bandejas, balsas.
• Técnica de película de nutrientes: sistema cerrado, Las plantas se insertan en la tapa de un artesanal por cuyo fondo fluye la solución. Las plantas están suspendidas por las raíces sumergidas en la película de nutrientes. Debe configurarse con una inclinación suficiente para mover el agua por gravedad con un caudal controlado. Cuando el flujo continuo de solución en el fondo de los canales permite una buena aireación de las raíces.
• Aeroponía: es muy prometedor por su eficiencia hídrica y sus resultados. No está tan extendido como nosotros dos tipos anteriores. La planta se asienta sobre una superficie con raíces expuestas a un aerosol de solución nutritiva. La ventaja es una mayor tasa de oxígeno y una menor y un menor uso de agua y nutrientes. Una de las desventajas de la necesidad de un control constante del sistema, la pérdida de potencia de las bombas que nebulizan la solución nutritiva puede causar daños irreversibles en las plantas.

Ventajas e Inconvenientes de los Cultivos Hidropónicos

Ventajas: cultivos libres de contaminación. Reducción de costes de producción, independencia de los fenómenos meteorológicos, producción de cosechas en contra de estación, menos espacio y capital para una mayor producción. Ahorro de agua que se puede reciclar. Ahorro de fertilizantes e insecticidas. Se evita maquinaria agrícola pesada.

Inconvenientes: El coste inicial resulta algo elevado; se requiere un conocimiento mayor que para llevar adelante la producción con éxito.