Las plantas son organismos un tanto distintos a nosotros, ya que realizan un proceso fundamental, la fotosíntesis, lo que significa que son capaces de convertir el dióxido de carbono (CO2) atmosférico en sacarosa, utilizando únicamente energía lumínica y agua. El CO2 es un gas abundante en la atmósfera, generado de fuentes muy diversas, de manera natural se produce en incendios, erupciones volcánicas e incluso cuando respiramos. Los humanos liberamos este gas a través de la nariz, una cavidad que permite el intercambio gaseoso, los animales también cuentan con cavidades u órganos específicos para captar el oxígeno y liberar gases fuera del cuerpo.
Las plantas están conformadas por el follaje y el sistema radicular. El primero consiste de hojas, tallos, flores y frutos, realiza las funciones de transpiración, es decir liberan el exceso de agua que circula desde el suelo transportando nutrientes, así como la reproducción y dispersión de las semillas. Por otra parte, la raíz permite el anclaje, la hidratación y la nutrición. Las hojas son láminas de color verde por la producción de clorofila, un pigmento fotosintético. Estos órganos están cubiertos por una cutícula protectora, entonces ¿Cómo es que se realiza la captación de CO2?
Los estomas permiten el intercambio gaseoso, son orificios microscópicos que se distribuyen principalmente en las hojas y están formados por dos células conocidas como células guardianas o células guarda, que abren o cierran los poros en respuesta a fluctuaciones de las condiciones ambientales. Los estomas permiten el ingreso del CO2, materia prima para producir sacarosa y otros azúcares, su apertura incrementa la entrada de CO2 pero puede ocasionar la pérdida de agua, particularmente bajo condiciones de alta temperatura, e incluso pueden ser sitio de ingreso de microorganismos patógenos. Por lo tanto, la dinámica estomática es fundamental para la supervivencia de la planta.
¿Cuál es el origen de las células guardianas?
La epidermis de las hojas es una capa protectora, cerosa y brillante que se origina a partir de un tejido embrionario llamado protodermo y se diferencia en: 1) células guardianas, que permiten el intercambio gaseoso con el medio, 2) tricomas, prolongaciones que confieren protección contra la desecación y ataque de herbívoros y patógenos, y 3) células planas, que aíslan las estructuras internas. La diferenciación de las células epidérmicas está coordinada por fitohormonas que regulan la expresión de genes, que les permiten cumplir con sus funciones. Las células guardianas son morfológicamente distintas del resto de las células epidérmicas, poseen una compleja red de señalización, alta capacidad para transportar iones y vías metabólicas modificadas que le dan la capacidad de cambiar rápidamente su volumen para modular la apertura de los estomas.
¿Cuál es su función?
Las plantas son organismos muy sensibles, que perciben las condiciones ambientales y modulan la fotosíntesis y transpiración con el objetivo de protegerse de cambios negativos para su desarrollo. Los factores ambientales que influyen en la apertura estomática son: la luz, la concentración de CO2 y el agobio biótico o abiótico. El estrés biótico es generado por microorganismos y el abiótico por alta salinidad, limitación de agua, temperaturas extremas, etc. La luz y el CO2 favorecen la apertura, mientras que ambos tipos de estrés inducen el cierre de los estomas.
Es por ello, que la principal función de las células guarda es cerrar el estoma en caso necesario, para evitar la pérdida de agua o una posible infección en las hojas, integrando los cambios en estos factores y generando una respuesta que incremente o disminuya su turgencia, respectivamente. Estos cambios se realizan por modificaciones en la organización del citoesqueleto, en la cantidad de iones y en la producción de algunos metabolitos. Cuando las células guardianas abren el estoma, aumentan su turgencia al activar una bomba de protones que induce la entrada de iones potasio (K+) principalmente. Para cerrar el estoma ocurre lo opuesto, salen iones K+ ocasionando una pérdida de volumen.
Señales de alerta
Las plantas envían la información del entorno a sus diferentes órganos y tejidos a través de cascadas de señalización, las más conocidas implican la participación de hormonas vegetales. El ácido abscísico (ABA) media las respuestas al estrés abiótico y es el principal regulador de la apertura estomática. La salinidad, el frío o la sequía inducen su biosíntesis, al ser percibido por los receptores de las células guardianas, éstas incrementan los niveles de peróxido de hidrógeno. Por su parte el ácido jasmónico (AJ) conduce la defensa contra microorganismos, ya que inducen la producción de óxido nítrico (NO) y también la biosíntesis de ácido abscísico. El peróxido de hidrógeno (H2O2) y el óxido nítrico causan la salida de K+ y conducen a la pérdida de turgencia, con el consecuente cierre del estoma, para minimizar los daños que cambios adversos en factores ambientales pudieran ocasionar a la planta.
Para Saber Mas:
Robles A.A.C. (2007). Sobrevivir al estrés: cómo responden las plantas a la falta de agua. Biotecnología, 14(CS3):253-262. http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/libro_25_aniv/capitulo_22.pdf
Castillo F.C. (2012). Sistemas de transporte de K+ de baja afinidad en” Arabidopsis thaliana L.” absorción de K+ por la raíz y papel de AKT1 en la transpiración. Tesis Doctoral, Facultad de Biología, Universidad de Murcia. 165 p. https://digitum.um.es/digitum/bitstream/10201/27673/1/Tesis%20Fernando%20Caballero%20Castillo.pdf
Reyes A.J., Álvarez-Herrera J.G. y Fernández J.P. (2013). Papel del calcio en la apertura y el cierre estomático y sus interacciones con solutos compatibles. Una revisión. Revista Colombiana de Ciencias Hortícolas, 7(1):111-122.
https://revistas.uptc.edu.co/index.php/ciencias_horticolas/article/view/2040
Claudia Marina López García, estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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José López Bucio, Profesor investigador del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Laboratorio de Biología del Desarrollo Vegetal.
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