FACULTAD CIENCIAS EXACTAS FISICO QUIMICAS Y NATURALES
DEPARTAMENTO CIENCIAS NATURALES
ASIGNATURA OPTATIVA FISIOLOGÍA VEGETAL (Código 2104)
MATERIA OPTATIVA DEL PLAN DE ESTUDIOS DEL PROFESORADO Y
LICENCIATURA EN CIENCIAS BIOLÓGICAS.
Profesoras Responsables: Dra. Guillermina Abdala y Dra. Virginia Luna
Profesores: Dra. Guillermina Abdala, Dra. Virginia Luna, Dr. Sergio Alemano.
Colaboradores: Dr. Fabricio Cassán, Lic. Mariana Reginato, Lic. Analía Llanes,
Carga horaria: 120 hs.
Clases teóricas: cuatro horas semanales
Clases prácticas: un trabajo práctico semanal de 4 hs.
Parciales: Tres.
Régimen: Cuatrimestral
Correlatividades: Cód. 2059 (aprobada para cursar), Cód. 2057 (aprobada para
cursar) y Cód. 2033 (regular para cursar).
Régimen de regulari dad: Exigencias que deben cumplir los alumnos:
Asistencia al 80% de las clases teóricas, preparación, exposición y participación
en seminarios, ejecución de los TP programados, elaboración y aprobación de
informes escritos sobre los mismos.
Se tomarán tres parciales escritos sobre los contenidos teóricos que deben
manejar para acceder al coloquio final. La evaluación final será oral, en coloquio
grupal en donde se plantearán preguntas problema en las que los alumnos
deberán analizar los resultados experimentales, interpretarlos, discutirlos y sacar
conclusiones.
Régimen de promoción: Los alumnos que deseen promocionar deberán aprobar
cada examen parcial con un mínimo de 7 puntos, tener un promedio de notas de
informes y concepto de 7 puntos, y aprobar el coloquio final integrador con nota
igual o superior a siete puntos.
Objetivos Generales
Profundizar en el conocimiento de la biología funcional de las plantas con
especial énfasis en el metabolismo y su regulación por señales internas y
ambientales.
Estimular a los alumnos en el ejercicio de un rol protagónico, interactivo, con el
fin de evitar la recepción pasiva de los conocimientos, realizando diseños
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experimentales que imiten diferentes estímulos ambientales sobre las plantas y
discutiendo resultados y bibliografía en seminarios-taller.
Objetivos Específicos
- Reconocer la importancia de las plantas superiores como eslabones primarios
en los ecosistemas naturales y en la cadena productiva.
- Analizar la importancia de la captura de carbono desde la atmósfera por las
plantas, la biofísica molecular y bioquímica de la fotosíntesis.
- Determinar la influencia de cada variable ambiental sobre la fisiología de la
fotosíntesis y sus consecuencias para la población vegetal.
- Comprender las bases fisiológicas e interpretar la flexibilidad de las respuestas
frente a los estímulos lumínicos y de la gravedad.
- Reconocer el papel de las hormonas vegetales, la traducción de su señal y la
manera en que regulan la funcionalidad de las plantas determinando fenómenos
de correlación.
- Comprender las diferentes estrategias de las plantas para paliar el estrés
ambiental.
- Estudiar efecto de la interacción vegetal con microorganismos promotores del
crecimiento y de vida simbiótica a nivel de la movilización de nutrientes y
compuestos reguladores del metabolismo de la planta.
Contenidos
Tema 1. Unidad introductoria. Qué es la Fisiología Vegetal?. Son las plantas las
fábricas del futuro? Las plantas y su funcionalidad en condiciones normales y de
estrés (condiciones adversas).
Tema 2. Fotosíntesis. Significación biológica. Estructura y organización del
aparato fotosintético. Sistemas de pigmentos fotosintéticos. Las reacciones
lumínicas. Mecanismos de transporte de electrones y protones. Generación de
ATP y poder reductor. Regulación y reparación del aparato fotosintético.
Genética, ensamblaje y evolución del sistema fotosintético. Caracterización de
las enzimas principales. Plantas C3, C4 y CAM. Fotosíntesis y temperatura de la
hoja, efectos y adaptaciones. Respuesta fotosintética a la concentración de O2C y
a la temperatura ambiental. Concepto de Productividad. Productividad primaria
de comunidades. Efecto de los polutantes del aire sobre la fotosíntesis.
Tema 3.
La luz y las plantas.
a) Fitocromos. Propiedades fotoquímicas y bioquímicas. Pfr: forma
fisiológicamente activa. Composición del fitocromo: dímero compuesto por dos
polipéptidos, fitocromobilina, sintetizada en los plásticos, cromóforo y la
proteína, sufren cambios conformacionales. Tipos de fitocromos identificados;
codificación por familia de multigenes. Los genes PHY codifican los fitocromos
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Tipo I y Tipo II. Localización de los fitocromos en tejidos y células. Respuestas
de las plantas enteras inducidas por fitocromo. Respuestas que varían en el
tiempo lag y en el tiempo de escape. Tipos de respuestas: de muy baja fluencia
(RMBF), de baja fluencia (RBF), y de alta irradiancia (RAI). El fitocromo
capacita a las plantas a adaptarse a los cambios de las condiciones de luz.
b) Criptocromo: un sistema que induce procesos del desarrollo y protege del
estrés lumínico. CRY1, un receptor de luz azul en plantas. Expresión génica
regulada por luz azul.
c) Fototropinas. phot1 y phot2 como sensores de luz azul. Su rol en el
fototropismo, migración de cloroplastos, apertura estomática e inhibición del
crecimiento del tallo.
Tema 4. Fenómenos de Correlación. Movimiento de las plantas. Tropismos:
fototropismo, gravitropismo, heliotropismo. Nastismos: nictinastia, hidronastia,
tigmonastia. Formación de órganos de reserva (por ej. tubérculos).
Tema 5. Señales químicas involucradas en las respuestas fisiológicas. Grupos
involucrados. Su papel como intermediarios entre ambiente y morfogénesis.
Correlaciones entre cambios de sensibilidad y etapas de desarrollo vegetativo.
Acoplamiento del estímulo con la respuesta fisiológica. Regulación de la
expresión génica. Estrategias de ingeniería genética para la obtención de
tolerancia.
Tema 6. La organización de las plantas condicionada por el ambiente. Concepto
de entorno. Tipos de respuestas de las plantas al ambiente: directas, de
encendido-apagado,
retardadas
y
moduladas,
homeostasis,
efectos
condicionantes, efectos de arrastre. Determinismo genético y ambiente. Ecotipos.
Evolución de las plantas: la teoría adaptativa. La importancia de la individualidad
en las respuestas al ambiente.
Tema 7. Factores adversos. Concepto de estrés. Tolerancia. Efectos elásticos y
plásticos. Efectos benéficos del estrés. Tipos de respuestas en función del tiempo:
a corto, mediano y largo plazo. Concepto de fases de alarma, resistencia,
agotamiento y regeneración. Conceptos de resistencia, tolerancia, susceptibilidad
y evitación. Diferencias entre aclimatación, rusticación y adaptación.
Diferentes tipos de estrés: biótico (ataque por patógenos) y abióticos: hídrico,
salino, temperaturas extremas, anoxia, exceso de luz, radiación UV, metales
pesados, polución (exceso de anhídrido carbónico, ozono). Elementos comunes a
todos los tipos de estrés. Generación de especies activas del oxigeno (EAO).
Estrés oxidativo. Relación entre estrés y senescencia. Parámetros de senescencia
inducidos por estrés.
Tema 8. Estrategias de la respuesta adaptativa. Tipos de adaptaciones:
anatómicas, fisiológicas y ecológicas. Control del cierre estomático, regulación
del flujo fotosintético de electrones, defensa antioxidante. Adaptaciones del
aparato fotosintético a las condiciones de estrés. Impacto del estrés sobre el
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transporte a través de membranas. Las membranas vegetales como sensores del
ambiente. Proteínas transportadoras: canales, carriers y bombas, de membrana
plasmática y de tonoplasto. Compartimentalización. Producción de compuestos
osmocompatibles: prolina, glicina-betaína, azúcares, manitol, pinitol, polifenoles.
Significado biológico. Mecanismos de acción comprobados y probables.
Tema 9. Señales químicas involucradas en las respuestas a estrés. Jasmonatos
(JAs). Acido jasmónico y compuestos relacionados. Diversidad estructural y
biológica de los JAs. Formas químicas libres y conjugadas. Biosíntesis de JAs.
Enzimas involucradas. Localización de la vía de síntesis a nivel celular y tisular.
Metabolismo de JA. Inducción de metabolitos secundarios. Acción a nivel de
diferentes procesos fisiológicos. Regulación de la expresión génica. Inducción de
proteínas específicas. Niveles endógenos de JAs en procesos fisiológicos
normales y relacionados a estrés. Papel de JA y derivados en el daño mecánico
causado por insectos (wounding) y por patógenos. Métodos de análisis físicoquímicos.
Tema 10. Ácido abscísico (ABA). Ocurrencia natural. Biosíntesis y
metabolismo. Síntesis de epoxi-carotenoides. Clivage de xantofilas. Divergencia
de roles en la familia multigénica de la CCDs (dioxigenasas clivadoras de
carotenoides). Vía citosólica de C15. Catabolismo de ABA. Hidroxilación. Genes
responsables de la misma. Conjugación. Significación biológica y ecológica de la
regulación de la vía metabólica. Pasos claves, factores que influyen, niveles de
regulación. Localización anatómica de las enzimas involucradas. Metabolismo
del ABA en la embriogénesis y maduración de la semilla. Metabolismo del ABA
en la respuesta ecofisiológica de dormición. Papel que cumple la ABA 8hidroxilasa. Metabolismo de ABA en la adaptación de la plantas al estrés
abiótico. Evolución del metabolismo de este regulador clave de la respuesta
adaptativa. Metabolismo en hongos y plantas inferiores. ABA como mensajero
químico a larga distancia en plantas superiores. Su relación con otras vías de
señalización en respuestas a estrés hídrico y salino. Control del cierre estomático.
Interacciónes ABA-etileno, ABA-Giberelinas. Regulación de la expresión
génica. Inducción de proteínas relacionadas estrés hídrico y salino. Segundos
mensajeros involucrados. Uso de mutantes. Métodos físico-químicos de análisis
para su extracción, purificación, identificación y cuantificación.
Tema 11. Etileno. Propiedades del etileno. Biosíntesis y catabolismo en relación
a su actividad fisiológica. Promoción de su síntesis por estrés. Efectos a nivel
celular y tisular. Inhibición de su producción y/o acción. Interacciones auxinasetileno y ABA-etileno. Rol del etileno como inductor de senescencia. Métodos de
análisis y cuantificación.
Tema 12. Poliaminas. Aspectos generales del metabolismo de las poliaminas.
Poliminas en plantas, bacterias y hongos. Funciones biológicas. Rutas
metabólicas implicadas en la biosíntesis de poliaminas. Formas conjugadas.
Características generales de las enzimas involucradas y regulación de su
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actividad. Ornitina descarboxilasa. Espermidina y Espermina sintasa. S-adenosilmetionina descarboxilasa. Arginina descarboxilasa. Inhibidores de la biosíntesis.
Biosíntesis de poliaminas endógenas en condiciones de estrés abiótico: salino e
hídrico. Efecto de la aplicación exógena de Poliaminas en condiciones de estrés
abiótico. Mecanismo de tolerancia al estrés salino e hídrico?. Perspectivas en el
campo de la Biotecnología.
Tema 13. Óxido Nítrico. Generalidades. Naturaleza química del óxido nítrico.
Biosíntesis en plantas superiores y bacterias. Catabolismo. Efectos fisiológicos:
Molécula señal. Germinación. Crecimiento radical. Expansión foliar.
Senescencia. Estrés biótico y abiótico. Mecanismos de acción. Biosíntesis en
otros organismos. Perspectivas en el campo de la Biotecnología.
Tema 14. Influencias bióticas. Simbiosis. Endosimbiosis. Asociaciones con
microorganismos rizosféricos de vida libre. Asociación con microorganismos
fijadores de nitrógeno. Fijación simbiótica del nitrógeno. Principales géneros
microbianos. Asociación con microorganismos de vida libre. Asociación con
rizobacterias promotoras del crecimiento de plantas RPCP. Asociaciones
micorríticas. Principales géneros microbianos. Mecanismos fisiológicos de
promoción del crecimiento vegetal. Interacción con microorganismos
patogénicos. Mecanismos de patogenicidad. Principales géneros microbianos.
Virus y viroides.
Trabajos Prácticos
1. Identificación de plantas C3 y C4 mediante reacciones bioquímicas.
2. Extracción, purificación y cuantificación de JA de tejidos vegetales mediante
el uso de solventes orgánicos, columnas de sephadex y C18, separación por
HPLC, cuantificación por LC-MS-MS.
3. Extracción, purificación y cuantificación de ABA mediante el uso de solventes
orgánicos, columnas de intercambio iónico, separación por HPLC, cuantificación
por LC-MS-MS.
4. Extracción, purificación y cuantificación de etileno de tejidos vegetales
mediante GC y detector de ionización a llama.
5. Inhibición de la actividad a-amilasa por ABA en semillas de cebada.
6. Fotomorfogénesis con la triple respuesta de las leguminosas. Extracción y
cuantificación de pigmentos
7. Prueba de nodulación de leguminosas (Burton). Identificación microscópica de
micorrizas versículo-arbusculares (MVA) en gramíneas.
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8. Cultivos en hidroponía con medios salinos de plantas tolerantes y no
tolerantes, evaluando parámetros de crecimiento: altura de la planta, número de
hojas, longitud de raíces, relación PS/PF y contenido de pigmentos fotosintéticos
en respuesta a diferentes condiciones ambientales. De estas plantas se recogerán
muestras para los análisis hormonales cuando hayan arribado a los potenciales
osmóticos que se desean evaluar.
Metodología
La materia está organizada en clases teóricas y prácticas.
En los Trabajos Prácticos se desarrollan experiencias que demuestran los
conocimientos teóricos impartidos. Para la interpretación de los procesos
fisiológicos básicos que regulan el funcionamiento de las plantas, se realizan
prácticos experimentales en el laboratorio utilizando equipamiento destinado a
trabajos de investigación, y en el invernáculo.
En todos los prácticos las actividades realizadas quedan documentadas mediante
la elaboración de un informe que puede incluir esquemas, tablas y gráficos y
cuadros sinópticos.
Los resultados obtenidos son discutidos a fin de que el alumno realice una
integración de los conceptos impartidos.
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