Fisio 8 Diapositivas Estrés

Las plantas raramente viven bajo condiciones adecuadas Siempre esta sometida a tensión, a la cual reacciona con varios mecanismos BIOQUÍMICOS Y FISIOLÓGICOS

Concepto de estrés Estrés Físico: Consiste en la aplicación de una fuerza a un objeto, la que origina varias alteraciones (Eplo: deformación de una barra de acero)

Estrés Biológico: Cualquier alteración en las condiciones ambientales que pueda reducir o influir de manera adversa en el crecimiento y desarrollo de un organismo vegetal

Concepto de estrés Estrés Físico: Consiste en la aplicación de una fuerza a un objeto, la que origina varias alteraciones (Eplo: deformación de una barra de acero) Estrés Biológico: Cualquier alteración en las condiciones ambientales que pueda reducir o influir de manera adversa en el crecimiento y desarrollo de un organismo vegetal Estrés Biológico elástico: El organismo restituye su nivel óptimo cuando las condiciones de estrés han desaparecido o han disminuido al mínimo

Estrés Biológico Plástico: La función del organismo no vuelve a la normalidad, aún cuando deja de actuar el factor causante

1. Fase de respuesta: reacción de alarma ( Al principio del estrés) • Desviación de la función normal • Disminución de la vitalidad • Los procesos catabólicos exceden el anabolismo 2. Fase de restitución: estado de resistencia (Continúa el estrés) • Proceso de adaptación • Proceso de reparación • Rustificación (reactivación) 3. Fase final: estado de agotamiento (estrés a largo plazo) • Intensidad del estrés demasiado alta • Sobrecarga de la capacidad de adaptación • Enfermedad crónica o muerte 4. Fase de regeneración: Regeneración parcial o completa de la función fisiológica cuando el agente estresante desaparece y el daño no fue demasiado grave

Los factores de estrés son muy variables en el tiempo: -Minutos a horas: HELADAS -Horas a días: INUNDACIÓN (ANEGAMIENTO) -Días a semanas: ENFERMEDADES y PLAGAS -Semanas a meses: DEFICIENCIA y/o TOXICIDAD DE NUTRIENTES

La capacidad de un organismo para resistir, evitar y escapar a los estímulos ambientales negativos o poder permanecer bajo un estado particular de estrés sin que su fenotipo se vea modificado de manera significativa Su estado “ideal” se identifica al ser observado bajo condiciones óptimas y se denomina “normal”

1. Estrés ambiental: • Estrés hídrico • Estrés por alta y baja temperatura • Estrés por alta y baja irradiación • Estrés por alta y baja radiación ultravioleta (UV) • Estrés por salinidad • Estrés nutrimental • Estrés por toxicidad de metales pesados 2. Estrés fisiológico: • Estrés hormonal (ABA, fitocromo, etileno, AG, etc) • Cambios en las estructuras celulares (estomas, cloroplastos, mitocondrias, etc) • Respuestas estomáticas • Tasas de asimilación de CO2 • Tasas de fotorrespiración

3. Estrés bioquímico: • Acumulación de metabolitos nitrogenados • Síntesis de polioles • Absorción y compartimentalización de iones • Cambios en la permeabilidad del agua • Resistencia sistemática adquirida (SAR) • Resistencia sistemática inducida (RSI) • Choque oxidativo • Bases transgénicas resistentes a oxidación • Aumento del fenotipo resistente al estrés oxidativo

1. Factores naturales de estrés • Alta irradiación (foto inhibición, foto oxidación) • Calor (incremento de la temperatura) • Bajas temperaturas (enfriamiento) • Heladas inesperadas y tardías • Falta de agua (problemas de desecación) • Deficiencia natural de minerales (p. Ej. deficiencia de nutrientes) • Largos períodos de lluvia • Insectos • Patógenos virales, fúngicos y bacterianos

2. Factores antropogénicos: • Herbicidas, pesticidas y fungicidas • Contaminantes del aire (Ej. SO2, NO, NO2, NOx) • Ozono (O3) y smog fotoquímico • Formación de especies de oxígeno altamente reactivo (O2, radicales O2- , OH, H2O2) • Foto oxidantes (Ej. peroxiacilnitratos) • Lluvia ácida, humo ácido, rocío ácido • pH ácido del suelo y agua • Deficiencia mineral del suelo, a menudo inducida por la lluvia ácida (deficiencia de cationes K, Mg, Ca, a menudo Mn y a veces Zn) • Exceso de Nitrógeno (depósitos secos y húmedos de NO3) • Acumulación de metales pesados (cadmio, plomo) • Sobreproducción de NH4+ • Incremento de radiación UV • Incremento del nivel de CO2 y cambio global del clima

Potencial Hídrico

DÉFICIT O EXCESO

¿SEQUÍA?

Meteorológica Hidrológica Agrícola (hidroedáfica) Socioeconómica

EFECTOS DEL ESTRÉS POR SEQUIA (Potencial Mátrico) 1. Procesos Fisiológicos: A.- Absorción y Transporte de Minerales   

Disminuye absorción y transporte de elementos minerales Suberización de raíces Aumento de la resistencia al flujo de agua

B.- Fotosíntesis     

Disminuye el Area foliar Cierre estomático (CO2 disminuye) Afecta fotofosforilación y transporte de electrones Disminuye síntesis y actividad enzimática Provoca daños al cloroplasto, destrucción de clorofila

C.- Traslocación de sustancias 

Fotosintatos y agroquímicos

D.- Respiración   



Disminución de síntesis y actividad enzimática Reducción de sustratos (fotoasimilados) Afecta transporte de electrones

Requerimiento de medio acuoso

E.- Síntesis de hormonas -

Incrementa síntesis de etileno y Acido Abscísico (ABA) Disminuye síntesis de citocininas, giberelinas y auxinas

2. EFECTOS DEL ESTRÉS HIDRICO MODERADO A SEVERO EN EL CRECIMIENTO A. Crecimiento Vegetativo       

Reduce división y alargamiento celular Provoca abscisión de órganos (hojas) Afecta mas crecimiento parte aérea (relación vástago/raíz) Cambios en Anatomía y Morfología de la hoja Espesor de la cutícula Ceras, tricomas Reducción del área foliar

B. Crecimiento Reproductivo

     

Mayor daño a la iniciación del primordio floral y antesis Reducción del tamaño y peso de semillas Afecta Alargamiento y formación de espigas Provoca aborto del saco embrionario y menor fertilidad polen Disminuye el Desarrollo de flores Provoca abscisión de órganos (flores, frutos)

3. Otros efectos  Ataque de insectos y enfermedades  Alteraciones en la disipación energética de las hojas (incremento temperatura)  Incremento de radicales libres que provocan autoxidación (lesión celular)

 ASPECTOS



  

BENEFICIOSOS

Incrementa los contenidos de compuestos como azúcares, gomas, alcaloides, aceites, compuestos aromáticos Mejora la calidad de ciertos frutos Promueve el “Endurecimiento” de plántulas (tolerancia al estrés hídrico) Provoca estímulo para florecer (plantas tropicales)

Plantas Hidroestables: viven en ambientes de contenido hídrico estable,

sin variaciones importantes Ej: acuáticas, suculentas, umbrófilas Plantas Hidrolábiles: toleran grandes variaciones de potencial hídrico. Sufren diversas adaptaciones de acuerdo con la especie.

MECANISMOS DE ADAPTACIÓN A. EVITACIÓN: manifestación: 

Escape a la sequía:



Conservación del agua:



Mantenimiento de la absorción de agua: raíces profundas y extensas, pelos absorbentes en hojas (Bromelias).

rizomas.

semillas, yemas latentes, bulbos,

cierre estomas, pérdida de hojas, reducción de la transpiración, almacenamiento de agua, metabolismo plantas CAM

B. TOLERANCIA:

capacidad del protoplasma de soportar gran pérdida de agua. Varía con la spp (agronómicas poco). Las

semillas pueden deshidratarse hasta 7% a 10% de agua: la desecación puede ser reversible y segura debido a: - Síntesis de proteínas de choque que protegen la integridad de las membranas celulares. - Mecanismos antioxidantes (contra radicales libres de O2): reductores, vitaminas solubles en grasa (carotenos), enzimas antioxidantes

C. AJUSTE OSMÓTICO  



A medida que el suelo se seca aumenta su resistencia hidráulica y disminuye su potencial hídrico. Consecuencia: plantas deben disminuir Ψ: por deshidratación (ΨP) o incremento en solutos (Ψs) para poder absorber el agua del suelo. OSMORREGULACIÓN: acumulación activa de solutos para mantener la turgencia+ (gradiente de Ψ): Acumula en la vacuola (K , Cl , ácidos orgánicos) o en el Citoplasma (osmolitos: prolina y betaína)

Efectos del estrés hidrico en la expansiòn foliar y fotosintesis en Girasol (Helianthus anunus)

Tolerancia al déficit hídrico por osmorregulación

Ψ (Mpa)

5

10

Días luego de último riego

15

ANOXIA

Difusión de oxígeno en agua es 10.000 veces menos que en el aire Falta de oxígeno provoca fermentación, con producción de compuestos tóxicos (pudrición raíces)

Amarillamiento de hojas Marchitamiento

POTENCIAL OSMÓTICO EXISTEN SITUACIONES EXCEPCIONALES EN LAS CUALES LA CONCENTRACIÓN DE SALES EN EL SUELO ES TAN ELEVADA QUE IMPIDE LA ABSORCIÓN DE AGUA. EL USO INDISCRIMINADO DE FERTILIZANTES Y AGROQUÍMICOS ASÍ COMO LA SOBREEXPLOTACIÓN DE ACUÍFEROS HA PROVOCADO QUE EN LA ACTUALIDAD LA TERCERA PARTE DE LA TIERRA CULTIVABLE TENGA PROBLEMAS DE SALINIDAD ES COMÚN EN AMBIENTES COSTEROS Y DESIERTOS

EFECFOS NEGATIVOS:

el potencial hídrico del suelo se hace muy negativo (dificultad de la raíz para absorber el agua del suelo). Sequía osmótica.

•

Factor osmótico:

•

Factor iónico:

toxicidad de los iones cloruro (Cl-) y sodio (Na+). Además de nitratos, sulfatos y amonio. Afectan los tejidos vegetales

 CONSECUENCIAS

EN EL CRECIMIENTO

•

Asociados al déficit hídrico (sequía osmótica)

•

Asociados a la Toxicidad de los iones *Reducción tasa fotosintética *Provoca senescencia y abscisión hojas *Enzimas celulares requieren ambiente iónico específico para funcionar: se afectan todos los procesos fisiológicos.

ADAPTACIÓN A LA SALINIDAD 

Plantas Halófitas: adaptadas a la salinidad Inclusivas de iones: absorben sales, las

almacenan (vacuolas) o expulsan (glándulas) Exclusivas de iones: raíces presentan selectividad en la absorción de iones. Halófitas facultativas  

Plantas Tolerantes: Toleran cierto rango de salinidad (Ej: tomate, trigo, remolacha, pastos) Plantas Glicófitas: sensibles a la salinidad (no tolerantes)

TERMOPERIODISMO: La variación anual, diaria y aperiódica de la temperatura del aire tiene un efecto manifiesto en el desarrollo de los vegetales superiores.

Clasificación de plantas, según su ciclo vital en relación a la variación anual de la temperatura: • Termocíclicas: son aquellas especies que presentan tejidos activos a la temperatura durante uno o más períodos anuales de variación de la temperatura. Ej. perennes (ciruelo y bianuales). • Paratermocíclicas: las especies anuales con tejidos activos a la temperatura en una parte de las termofases positiva y negativa. Ej. cereales de invierno (trigo, cebada). • Atermocíclicas: las especies con tejidos activos a la temperatura sólo en la termofase positiva del termoperíodo anual. Ej. tomate, sorgo, maíz.

Si desde el momento en que se produce la germinación se suma la temperatura media de cada día hasta el momento de la madurez, la suma total es siempre la misma, cualquiera haya sido la ubicación del cultivo y el año considerado. Ej. La cebada requiere desde la germinación hasta la madurez una suma de 1700 °C, el trigo 2000 y el maíz 2500, no se considera las temperaturas medias bajo cero grado. A estas sumas fijas para cada vegetal, se les dio el nombre de constante térmica

a) mínima = temperatura bajo la cual el crecimiento se detiene, b) óptima = temperatura a la cual el crecimiento es más rápido, y c) máxima = temperatura sobre la cual el crecimiento se detiene. Óptima 15º a 18ºC: brócoli, betarraga, col berza, col crespa, colirrábano, espinaca, haba, nabo, rábano, repollito de Bruselas, repollo, ruibarbo. Max 24ºC y bajas hasta 12ºC

Óptima 18º a 27ºC: calabaza, chayote, espárrago, melón, maíz dulce, pepino, pimiento, poroto, vainita, tomate y zapallo. Mínimas de 14ºC

HELADA: Ocurrencia de temperatura igual o menor a 0°C a un nivel de 1.5 a 2 m sobre el suelo. HELADA ADVECTIVA: Invasión de grandes masas de aire frío provenientes de otra región. HELADA RADIATIVA: Pérdida de calor de las plantas y el suelo durante la noche por el proceso de radiación. HELADA BLANCA: Cuando el aire está saturado. Es la más frecuente. HELADA NEGRA: Si la temperatura del aire no alcanza el punto de rocío. Es la más perjudicial

El agua que sale de la planta por transpiración no se repone debidamente porque la absorción del agua del suelo se ve dificultada, causando la muerte de las plantas o de alguna de sus partes. Se producen cristales de hielo en los jugos celulares e intracelulares, y estos cristales perforan las membranas celulares ocasionando la muerte de las células

Aumentan su volumen al solidificarse su contenido de agua, esto se debe a diferencia de otras substancias, que el agua al pasar del estado líquido al sólido no se contrae sino que experimenta una dilatación

Variedad. Tipo de Órgano expuesto

Estado Fisiológico Intensidad y duración de la helada Ritmo de descenso de la temperatura

A altas temperaturas las plantas experimentan cambios morfológicos, fisiológicos y bioquímicos. Transpiración Osmolitos Daños al funcionamiento de las enzimas (desnaturalización de proteínas)

El efecto de la duración de la longitud del día sobre la floración fue descubierto hace unos 80 años

La longitud del día es el principal factor de control de la floración. Plantas de Día Corto (PDC) y Plantas de Día Largo (PDL), Plantas de Día Neutro (PDN), Indiferentes (PDI).

Las plantas necesitan luz para su crecimiento y desarrollo óptimos. Hay tres aspectos importantes a considerar cuando se habla de la luz: Cantidad = Intensidad Calidad = Longitud de onda Duración = Horas luz

El sol emite longitudes de onda entre los 280 y los 2800 nm (97 % de la distribución total del espectro). Se dividen en tres regiones: Ultravioleta (100 a 380 nm), luz visible (380 a 780 nm) Infrarroja (700 a 3000 nm). La luz visible se divide en: Violeta (380 a 430 nm), azul (430 a 500 nm), verde (500 a 570 nm), amarillo (570 a 590 nm), naranja (590 a 630 nm) y rojo (630 a 770).

Las plantas fotosintetizan entre los 400 a 700 nm

La clorofila, el pigmento verde de las hojas que es responsable de absorber la energía de RFA, tiene dos puntos críticos de absorción: la luz azul y roja

Etiolación

Etiolación

Exceso de Luz

Exceso de Luz

Exceso de Luz