Clase de Biología 1er año
En las lecturas de contenido
encontrarás el desarrollo de conceptos relativos a temas importantes, como son:
las funciones de nutrición en plantas y animales, las cadenas alimentarias, la
biodiversidad, el ambiente, el agua, los suelos, la materia, el movimiento, las
interacciones físicas, la energía y la investigación.
Los conceptos se desarrollan mediante
proposiciones, ejemplos, analogías, imágenes, actividades, entre otros; con el
fin de ayudarte a desarrollar el pensamiento y el lenguaje de las ciencias
naturales, para
que puedas comprender sus ideas fundamentales en contextos útiles y relevantes para la vida.
Funciones de nutrición en
las plantas
¿Te has preguntado cómo obtienen las
plantas sus nutrientes?
Algunos seres vivos, que conocemos como
autótrofos, son capaces de utilizar el
agua, el dióxido de carbono (CO2), sales inorgánicas y una fuente de
energía para producir
sus propios alimentos. En el caso de
las plantas y de algunos organismos unicelulares
fotosintéticos, utilizan la energía
lumínica; algunas bacterias quimiosintéticas no
requieren de la luz, utilizan la
energía química proveniente de la oxidación del amoníaco,
hierro y ácido sulfhídrico, entre
otros, para elaborar su propio alimento.
Las plantas forman parte de la
biodiversidad; existen en el planeta y habitan en
medios terrestres y acuáticos. Todas
las plantas son autótrofas; y para realizar el proceso
de nutrición requieren condiciones
específicas.
¿Conoces cuáles son las funciones de
nutrición de las plantas?
Como parte de la nutrición, las plantas
llevan a cabo el transporte
de agua y nutrientes por todas sus
partes; mediante la respiración obtienen el oxígeno
que requieren y producen la energía en
sus células; y la fotosíntesis les permite producir
alimentos y liberar energía.
En esta lectura trataremos cada uno de
los procesos de la nutrición de las plantas, así como las principales
estructuras donde se llevan a cabo las funciones antes mencionadas.
Estructuras especializadas
para las funciones de nutrición
Las plantas son muy
diversas, las podemos agrupar según diferentes criterios: estructura,
tamaño, presencia de
flores, otros. De todas estas vamos a considerar la primera.
De acuerdo con su
estructura, podemos encontrar plantas pequeñas y simples como
el musgo o las algas, en
las que no se distinguen raíz, tallo y hojas. Ellas toman el agua, los
minerales y los nutrientes
a través de la superficie externa de su tejido. Este tipo de plantas las
llamamos “no vasculares”.
En contraste, hay plantas
con una estructura más compleja en las que distinguimos
raíz, tallo y hojas. Estas
plantas tienen en su interior unos tubos o vasos, llamados
conductores, por donde
fluyen el agua, los nutrientes y minerales; por esta razón
las denominamos plantas
vasculares.
¿Te gustaría conocer sobre
esas estructuras?, ¿cómo ellas intervienen en
las funciones de transporte de agua y nutrientes, la respiración,
la excreción
y la fotosíntesis?
Observa la imagen de una
planta de maíz (Zea mays) e identifica sus estructuras. (Figura 1.1)
Las plantas de maíz, al
igual que otras plantas vasculares,
tienen raíces que les
permiten fijarse al suelo donde habitan.
En este tipo de plantas,
las raíces crecen hacia el suelo, les
permiten fijarse y absorber
el agua, las sales minerales y otros
nutrientes a través de una
región llamada zona pilífera. En otras
plantas, como las
enredaderas, las raíces se fijan a paredes, rocas
y troncos de otras plantas,
pero su función es la misma.
Seguramente conoces muchas
plantas con raíces comestibles como
la zanahoria, el rábano y
la batata, entre otras. Aunque su aspecto es diferente a la raíz del maíz
que te mostramos, su función de absorción es la misma.
Seguramente conoces muchas plantas con raíces
comestibles como
la zanahoria, el rábano y la batata,
entre otras. Aunque su aspecto es diferente a la raíz del maíz
que te mostramos, su función de
absorción es la misma.
Si hacemos un corte transversal en el
cilindro
central de la raíz de una planta
vascular, es posible
observar en su interior conductos que
forman el tejido
vascular,
allí distinguimos la xilema y el floema.
La xilema transporta el agua y las sales
minerales
desde el suelo hasta las demás partes
de la planta,
formando la llamada savia bruta, que
transporta desde las
raíces, por los tallos, hasta las
hojas, flores y frutos.
Los vasos conductores que forman el floema transportan
los carbohidratos que se
producen durante la fotosíntesis hacia
todas las partes de la planta, lo que se denomina savia
elaborada. Ambos conductores están en casi toda la estructura de las
plantas.
Los tallos son estructuras especializadas de las plantas que les permiten transportar la savia bruta y la savia elaborada. También sirven de sostén a las ramas, hojas, flores y frutos.
Si observas un tallo, por ejemplo, de
una planta de caraota, es posible
identificar
la presencia de nudos, entrenudos y
yemas.
Los nudos son zonas de crecimiento de
donde se originan las hojas y las
ramas;
el espacio entre dos nudos vecinos se
denomina entrenudo. Las
yemas también
son zonas de crecimiento de donde
surgen
las hojas y las flores. (Figura 1.3)
Existen diferentes tipos de tallos,
como, por ejemplo, tallos verdes y blandos denominados
herbáceos. Otros tallos tienen mayor rigidez, como en el caso de los
árboles, denominados
leñosos.
Hay plantas que acumulan sustancias en sus tallos, generalmente subterráneos,
¿conoces alguna?
Al igual que en las raíces, en el
interior de los tallos existe el tejido vascular: xilema
y floema. (Figura 1.4)
Las hojas
son estructuras especializadas de las
plantas, generalmente aéreas y
laminares; en ellas se
realiza el intercambio gaseoso durante
la respiración, la
fotosíntesis y la transpiración. En los
tallos verdes también
se realiza la fotosíntesis.
Si observas el envés de una hoja al
microscopio, es posible que diferencies los estomas
y algunos organelos celulares como los cloroplastos.
Los estomas actúan como poros que
permiten el intercambio de gases, como
el oxígeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua.
Los cloroplastos son los organelos que
se
encuentran en las células vegetales. En
el interior
del cloroplasto se encuentra la
clorofila, que
es el pigmento verde capaz de capturar
la
energía lumínica durante la
fotosíntesis.
Transporte de agua y
nutrientes en plantas
¿Te imaginas cómo ocurre el transporte de agua y sales minerales desde el suelo hasta el interior de la raíz?, y ¿cómo llegan el agua y las sales minerales hasta las hojas ubicadas en las partes más altas? En las plantas vasculares las raíces están en contacto con el suelo, lugar donde se encuentran el agua y los minerales.
Estos minerales pueden ser de diferente
tamaño, desde grandes rocas hasta fina arcilla, y contienen diversos elementos
químicos: fósforo, nitrógeno, calcio, hierro, magnesio, manganeso y azufre,
entre otros. Estos elementos son necesarios para las plantas y pasan desde el
suelo hasta el interior de sus células.
A continuación, vamos a tratar sobre
los mecanismos de transporte del agua y los nutrientes en las plantas.
Cuando usamos un colador de café, el
líquido pasa a través de él sin alterar la estructura de la tela; en este caso
decimos que el material es permeable. La misma propiedad tiene la membrana de
las raíces de las plantas. Gracias a la permeabilidad, en especial en la zona
pilífera donde se encuentran muchos pelos radicales, es posible el paso de las
sales minerales y el agua desde el suelo hacia el interior de las células de
las plantas. Pero, ¿por qué puede pasar en esa dirección? Fuera de la raíz
existe mayor cantidad de sales minerales disueltas en agua, es decir, hay mayor
concentración de solutos en el medio exterior que en el interior de la raíz.
Esta condición es necesaria para que las sustancias del suelo puedan pasar al
interior, lo cual, unido a la permeabilidad de la membrana, permite el flujo de
nutrientes. Este proceso lo conocemos como ósmosis, y ocurre sin gasto de energía para la planta.
¿Cómo suben los nutrientes? El ascenso
puede ocurrir por capilaridad. ¿Esto qué es? Veamos un ejemplo: imagina que
tienes un pitillo de refresco y un pitillo de los que se usan como removedores.
Si los introduces en un vaso con agua, verás que necesitamos absorber el agua
para que suba, es decir, aplicar una fuerza; para esto se requiere energía. En
el caso del removedor, el agua sube sola hasta cierto nivel; si logramos tener
un tubo más _no que este, el agua subirá aún más alto.
El xilema es un conducto mucho más
delgado que el removedor; su diámetro es microscópico. Por esta razón, el agua
con nutrientes que permeó por la raíz, pueda ascender hacia las hojas sin que
la planta utilice su energía.
Pero no siempre ocurre así, el ascenso
por capilaridad depende del líquido; si este es más denso o tiene partículas
más grandes, para poder ascender necesita energía. Además, este ascenso tiene
un límite. A partir de cierta altura la savia bruta tiene que ser succionada
para que llegue a todas las partes de la planta. ¿Cómo ocurre esto?
El ascenso a todos los lugares es
posible, entre otros procesos, porque las plantas liberan agua al ambiente a
través de un fenómeno que conocemos como transpiración. Este líquido en el
exterior de la planta se puede evaporar. Esto ocurre en todas las partes
expuestas, pero sobre todo en las hojas, a través de los estomas. La pérdida de
agua en la transpiración ayuda a que más agua suba a reemplazar la que se
perdió.
A lo largo de todas las partes verdes de las plantas es posible identificar células vegetales que contienen cloroplastos en su citoplasma. El agua y las sales minerales llegan hasta cada uno de los cloroplastos, que realizan la fotosíntesis para producir la savia elaborada. Esta se transporta por los conductos del floema a todas las células de la planta, principalmente por diferencias de presión y por la fuerza de gravedad.
La respiración y la
fotosíntesis en las plantas
Las funciones de respiración y de
fotosíntesis son parte de la nutrición de las plantas y
están fuertemente relacionadas. Si
consideramos los insumos y los productos de ambas, es
posible afirmar que son procesos
energéticos complementarios.
• ¿Qué insumos se necesitan?
• ¿Dónde realizan estas funciones las
plantas?
La respiración es un proceso celular
donde ocurren una serie de reacciones bioquímicas
para degradar los compuestos orgánicos
como la glucosa y producir vapor de agua, dióxido
de carbono (CO2)
y moléculas de ATP (Adenosín
Trifosfato) y energía.
A través de los estomas, las
plantas incorporan al interior de las células el oxígeno que
proviene del aire o del agua, según el
ambiente donde vivan. También expulsan el dióxido de
carbono y vapor de agua.
mismas, hasta llegar a las
mitocondrias, que son organelos celulares donde se lleva a cabo la
respiración celular. De forma
semejante, el dióxido de carbono que se produce en las membranas
internas de las mitocondrias,
se expulsa pasando de célula a célula, hasta salir al exterior a través
de los estomas. Este intercambio
gaseoso ocurre por difusión.
De manera general, las reacciones
químicas que ocurren durante la respiración celular se
A través de la fotosíntesis, las
plantas transforman parte de la energía solar en energía química que se
almacena en los alimentos. Este proceso es posible por la existencia de
clorofila en los cloroplastos. En la fotosíntesis, se utiliza agua y dióxido de
carbono.
De este proceso natural y exclusivo de
las plantas y organismos unicelulares fotosintetizadores depende la vida en la
Tierra, ya que mediante la fotosíntesis se proporciona oxígeno al ambiente.
Esto permite a diversos organismos la respiración y la obtención de alimentos
para los organismos heterótrofos, ya que estos no son capaces de producir su
propio alimento. En el proceso de la fotosíntesis se distinguen dos fases. Una
llamada fase lumínica o fase fotoquímica que requiere la presencia de la luz.
En esta fase la clorofila capta la energía lumínica y rompe o desdobla la
molécula del agua (fotólisis); luego el oxígeno se libera al ambiente y el
hidrógeno es utilizado en otra fase que denominamos termoquímica.
En la fase termoquímica se incorpora el
dióxido de carbono del ambiente, este en unión con los productos de la fase
lumínica, reacciona químicamente y forman la glucosa (C6H12O6)
que
permite nutrir la planta y otros seres
vivos.
La reacción que ocurre en la
fotosíntesis se puede expresar en la siguiente ecuación:
Conozcamos más sobre las
hojas
Vamos a observar y a describir las estructuras presentes en la mayoría de las hojas y en algunos organelos celulares, para analizar algunas relaciones de las plantas con el ambiente del que forman parte. Es recomendable que trabajes en equipo.
¿Qué necesitas?
o coqueta, cucaracha u otras)
• Microscopio
• Lupa de mano
• Portaobjetos y cubreobjetos
• Hojilla o bisturí
• Gotero
• Papel absorben
• Agua limpia
• Cuaderno de registro y lápiz.
¿Cómo lo harás?
• Observa las hojas y clasifícalas
según diferentes criterios: tamaño, forma, color, otros.
• Dibuja los tipos de hojas según el
borde e identifica todas sus partes externas.
• Selecciona una de las hojas y, con
ayuda de tu docente, realiza un corte transversal para
observar las nervaduras.
• Limpia y seca un portaobjetos y un
cubreobjetos del microscopio.
• Coloca el corte transversal en el
centro del portaobjetos y agrega sobre él una gota de
agua; cúbrelo con el cubreobjetos, sin
que se formen burbujas.
• Coloca la lámina en el microscopio y
obsérvala con distintos aumentos.
• Dibuja las células del tejido
vascular que observaste.
• Compara lo observado con las láminas
que estén en el laboratorio o con las de tu libro.
• ¿Identificaste los vasos conductores?
A nivel microscópico, ¿qué tejidos conforman a las nervaduras?
¿Por qué son importantes las nervaduras
en las hojas?
• ¿Cuál es su relación con las funciones
de nutrición que has estudiado?
• Selecciona una de las hojas que
recolectaste y con la ayuda de tu docente, realiza dos
cortes transversales, uno del haz y
otro del envés de la hoja. Sigue las orientaciones de la
actividad anterior.
• Puedes preparar la muestra haciendo,
en el envés de la hoja, una pequeña incisión en
forma de V; la levantas, la sacas con
una pinza y la colocas en el portaobjetos. (Debes ser
cuidadoso con el manejo de la hojilla).
• Observa las muestras en distintos aumentos.
¿Qué estructuras y organelos celulares
identificas?, ¿puedes ubicar los
estomas y cloroplastos? Compara el corte transversal
del envés con el corte trasversal del
haz de la hoja. Realiza un dibujo de ambos cortes e
identifica las estructuras y organelos.
• Conversa con tus compañeros y
compañeras sobre:
¿Cuál es la función de los cloroplastos
y los estomas en las plantas?
¿Cuál es la función de estos organelos
para la nutrición en las plantas?
Averiguando cómo se nutren las plantas
¿Qué necesitarás?
• Plantas de coqueta con raíces, o
tallos de apio
• Frascos de vidrio
• Gotero
• Azul de metileno o safranina
• Toallas de papel absorbente
- Lupa
• Microscopio
• Portaobjetos y cubreobjetos
• Hojilla o bisturí.
¿Cómo lo harás?
Saca la planta de coqueta de su maceta
y lava sus raíces. También puedes usar un tallo de apio. Llena con agua un
frasco de vidrio hasta la mitad de su capacidad y agrega el azul de
metileno; luego introduce la planta.
Déjalo tres o cuatro días.
Con ayuda de tu docente, realiza un
corte a lo largo del tallo, examina y conversa con tus
compañeros qué aspecto tiene el tallo.
Obsérvalo con una lupa. ¿Reconoces los tejidos
conductores del tallo?, ¿presenta algún
color?, ¿conoces algún caso donde las plantas
observaciones y conclusiones. Socializa
los resultados obtenidos.
Con ayuda del docente, realiza dos
cortes muy delgados en el tallo uno longitudinal y
otro transversal. Prepara las muestras
y obsérvalas en el microscopio. Realiza un dibujo
de las observaciones e identifica las
estructuras involucradas en el transporte en la planta.
Conversa con tus compañeros y
compañeras sobre la importancia del transporte de
nutrientes para las funciones de nutrición en la
planta.
Fotosíntesis en plantas
¿Qué necesitarás?
• Plantas de elodea u otra planta
acuática de tu comunidad
• Embudos de vidrio
• Tubos de ensayo
• Un recipiente beaker o vaso de
precipitado
• Lámpara o linterna
¿Cómo lo harás?
• Coloca la planta bajo el embudo y
tubo de ensayo invertido como se muestra en la figura 1.14
• Realiza dos montajes. Coloca uno en
la oscuridad.
• Coloca una lámpara encendida frente
al otro montaje, y observa lo qué sucede, durante
10 minutos. Cuenta el número de
burbujas que se desprenden cada 60 segundos
y anótalo en tu cuaderno. Luego
representa en forma gráfica los datos obtenidos.
• Compara los resultados obtenidos en
el montaje que tenías en la oscuridad con el que
estuvo en presencia de la luz. ¿Existen
diferencias entre ellos?, ¿qué proceso se evidencia
en el montaje que estaba en presencia
de la luz?
• Conversa con tus compañeros y
compañeras acerca de las burbujas que se desprenden:
¿Cómo influyen sobre la planta algunos
elementos ambientales? (por ejemplo, la luz). ¿Por qué se considera a la
fotosíntesis como uno de los procesos de nutrición de las plantas?
Para identificar el gas que se libera
durante la fotosíntesis, desmonta el experimento;
y rápidamente introduce un palillo de
dientes y enciéndelo hasta que esté al rojo vivo.
Describe qué le ocurre. Consulta en tu
libro de texto sobre lo observado. Registra tus
conclusiones. Realiza nuevos ensayos
variando las condiciones, por ejemplo; con
lámparas de mayor potencia o con más
ramas de plantas.
Las plantas en nuestras
vidas
Como parte de la nutrición, en las
plantas se llevan a cabo las funciones de respiración,
transporte del agua y de nutrientes, la
fotosíntesis y la excreción. Durante la respiración las
plantas liberan energía; y a través de
los estomas toman el oxígeno del ambiente, expulsan el
dióxido de carbono y vapor de agua. El
proceso de la fotosíntesis les permite captar la energía
solar; emplean dióxido de carbono y
agua y la transforman en energía química que almacenan en
los alimentos, además de producir
oxígeno que dejan salir al ambiente.
¿Te puedes imaginar por un momento, qué
pasaría en nuestro planeta sin las plantas y sin
los organismos unicelulares
fotosintéticos? Seguramente la vida como la conocemos hoy día no
sería posible, porque a través de ellos
se obtiene el oxígeno que necesitamos la mayor parte de
los seres vivos para respirar. Además,
permiten la conformación de la atmósfera, y nos proveen
del sustento a la mayoría de los
heterótrofos como consumidores primarios. De allí la importancia
que tienen los organismos
fotosintéticos para la vida en la Tierra.
En el planeta existen grandes
extensiones de vegetación, como la Amazonía, que
contribuyen a mantener el clima del
planeta porque utilizan el CO2 del ambiente. Además, su
actividad fotosintética es garantía de
equilibrio y reproducción para la mayoría de las especies.
La Organización Mundial de la Salud
recomienda un mínimo de 10 m² de áreas verdes
por habitante dentro de las zonas urbanas.
Por esta razón, en los centros poblados es muy
importante la conservación y cuidado de
los espacios verdes (jardines, parques, plazas, calles
arboladas, terrenos baldíos, huertos
escolares o familiares), ya que estos reducen el impacto de
la contaminación por CO2 en esas zonas. Al preservar las áreas
verdes existentes o crear otras
nuevas, también se crean corredores
biológicos que permiten la interconexión entre los bosques
que aún quedan en los alrededores o
dentro de las ciudades.
En cuanto a la alimentación, las
plantas y otros seres fotosintéticos aseguran la
disponibilidad de los nutrientes que se
almacenan en los alimentos y que consumen los animales,
entre ellos los seres humanos. Por ello
se les considera un eslabón fundamental en las cadenas
tróficas, como seres productores, de
los cuales se alimentan los animales herbívoros, que a su vez
servirán de alimento a otros
consumidores.
También son indispensables como materia
prima para industrias como la alimenticia y la
farmacéutica. Las diferentes
estructuras y secreciones de los vegetales, se utilizan, por ejemplo,
en la producción de la madera para
construir viviendas y muebles; en la producción de las resinas
y materiales de caucho; las fibras de
algodón que se usan en las industrias textiles; combustibles
vegetales, entre otros materiales. Por
estas razones y muchas otras debemos hacer un uso
sustentable de las plantas, cuidarlas y
no permitir su destrucción indiscriminada.
Actividad reflexiva
• Justifica esta afirmación:
“Dependemos por completo de las plantas”. ¿Es importante su
protección y uso sustentable? Discute
tu opinión con tus compañeras y compañeros.
• ¿Qué implicaciones tiene la siguiente
expresión?: “La Amazonía es el pulmón vegetal del planeta”.
• ¿Qué consecuencias tiene para la vida
en nuestro planeta la disminución de la actividad
fotosintética por la acción de la tala
y la quema?
• Haz una lista de los platos y dulces
típicos de tu localidad; señala cuáles son los
ingredientes de origen vegetal. Destaca
qué estructuras de las plantas se utilizan en
su preparación.
• A partir de las ecuaciones generales
de la respiración y de la fotosíntesis, explica por qué
son procesos complementarios.
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