La fisiología vegetal explica cómo las plantas captan, transforman y transportan sustancias, y permite comprender su posible función como filtros biológicos del aire. En los espacios interiores, las hojas, las raíces, el sustrato y los microorganismos asociados participan en la absorción y transformación de algunos contaminantes, aunque la ventilación y los purificadores de aire siguen siendo medidas importantes para reducir su concentración.
Las plantas se valen de dos vías para purificar el aire. Los estomas del envés de las hojas, fundamentales para el intercambio dióxido de carbono-oxígeno, dejan entrar también algunas sustancias nocivas, que son descompuestas por las enzimas. Sin embargo, mucho más efectiva es la absorción de los tóxicos volátiles en la zona radicular, a cargo de las bacterias del suelo y de las enzimas que producen las finísimas raíces capilares, que descomponen las sustancias nocivas en nutrientes que se acumulan en hojas y tallos.
Qué estudia la fisiología vegetal
La fisiología vegetal se encarga del estudio de los procesos que se llevan a cabo dentro de las plantas. La fisiología vegetal se centra en la química y física de cómo funcionan las plantas. Una planta, al ser un ser vivo realiza las tres funciones vitales básicas para sobrevivir y para ello lleva a cabo algunos procesos en su interior, los cuales son desarrollados por distintas de sus partes.
Las plantas capturan energía luminosa y producen azúcares a través de la fotosíntesis y descomponen estos azúcares a través de la respiración celular aeróbica. Responden a una variedad de condiciones ambientales a través de cambios de crecimiento, eventos vitales como germinación o floración, e incluso, en casos especiales, a través del movimiento.
Por qué las plantas pueden actuar como filtros biológicos
Es sabido que las plantas purifican el aire, especialmente las de origen tropical y subtropical que cultivamos dentro de casa. Estas especies son capaces de absorber las sustancias contaminantes dispersas en el ambiente, un proceso de enorme valor para la salud de las personas que se realiza en un 90% a través de las raíces.
La capacidad filtrante no depende de un único mecanismo. Está relacionada con el intercambio gaseoso de las hojas, la apertura y el cierre de los estomas, la actividad metabólica de los tejidos vegetales, la absorción de agua y minerales, y la actividad de las bacterias y los hongos útiles presentes en el sustrato.
| Parte o proceso | Función relacionada con el aire |
|---|---|
| Estomas | Intercambio dióxido de carbono-oxígeno y entrada de algunas sustancias nocivas |
| Enzimas vegetales | Descomposición de algunas sustancias nocivas |
| Raíces capilares | Absorción de tóxicos volátiles en la zona radicular |
| Bacterias del suelo | Descomposición de sustancias nocivas |
| Hojas y tallos | Acumulación de nutrientes y sustancias metabólicas no tóxicas |
Contaminantes presentes en el aire interior
El aire que respiramos en el interior de casa se halla a menudo cargado de sustancias poco saludables que no solo proceden del ambiente contaminado de la calle sino también de líquidos y materiales habituales en el entorno doméstico. Los productos de limpieza, las pinturas y barnices, pegamentos, moquetas, muebles, aparatos electrónicos… liberan compuestos orgánicos volátiles -benceno, tricloretileno, formaldehído, tolueno, ftalatos, amoníaco-, alérgenos, ácaros, esporas de moho…
A estas sustancias se suman el dióxido de carbono, el polvo fino y el dióxido de nitrógeno que provienen sobre todo del exterior y del humo de la combustión del tabaco, las velas o la chimenea. Cuando los ambientes de la casa o la oficina no se ventilan adecuadamente, la alta concentración de esas sustancias puede provocar el llamado síndrome del edificio enfermo.
El síndrome del edificio enfermo se traduce en malestar -dolor de cabeza, irritación de las mucosas, mareos, lagrimeo-, dificultades para dormir, cansancio, problemas de concentración. Niños, mayores y alérgicos son los más sensibles a sus efectos.
El aislamiento térmico que exige el ahorro energético no contribuye precisamente a disfrutar de unos ambientes ventilados. Contar con una atmósfera limpia, libre o al menos con una baja concentración de estas sustancias, es sobre todo importante en los espacios donde se pasa más tiempo: el despacho, el salón, los dormitorios…
Los estomas: puerta de entrada e intercambio gaseoso
Los estomas son pequeños poros situados principalmente en las hojas. A través de ellos se produce el intercambio de dióxido de carbono y oxígeno, pero también pueden entrar algunas sustancias presentes en el aire.
La apertura estomática permite que el dióxido de carbono llegue a los tejidos fotosintéticos. El cierre estomático reduce la pérdida de agua y ayuda a la planta a responder a condiciones ambientales desfavorables. Las plantas equilibran la pérdida de agua con su necesidad de dióxido de carbono a través de la apertura estomática y el cierre.
Los estomas del envés de las hojas, fundamentales para el intercambio dióxido de carbono-oxígeno, dejan entrar también algunas sustancias nocivas, que son descompuestas por las enzimas. En este proceso se produce oxígeno, además de sustancias metabólicas no tóxicas que se almacenan en las paredes celulares en forma de ácidos orgánicos, glucosa, etcétera.
Este mecanismo conecta la función de filtración con la fisiología de la hoja. La hoja no actúa solamente como una superficie pasiva que retiene partículas: es un órgano metabólicamente activo que regula el intercambio con el entorno y transforma parte de las sustancias que incorpora.
La zona radicular y el papel del sustrato
Mucho más efectiva es la absorción de los tóxicos volátiles en la zona radicular, a cargo de las bacterias del suelo y de las enzimas que producen las finísimas raíces capilares, que descomponen las sustancias nocivas en nutrientes que se acumulan en hojas y tallos.
La importancia de las raíces se relaciona con su superficie de contacto y con la comunidad biológica del sustrato. Las plantas dependen de los suelos para obtener nutrientes minerales y agua, y los ciclos biogeoquímicos reponen los suelos con estos nutrientes.
La raíz, el sustrato y los microorganismos forman un sistema en el que pueden quedar retenidas, transformadas o incorporadas determinadas sustancias. La ventilación también resulta beneficiosa para las bacterias y hongos útiles presentes en el sustrato.
Fotosíntesis y transformación de sustancias
Uno de los procesos más fundamentales en la fisiología vegetal es la fotosíntesis. Las plantas son organismos autótrofos, lo que significa que pueden producir su propio alimento a partir de sustancias inorgánicas.
Durante la fotosíntesis, las plantas utilizan la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) en glucosa, un tipo de azúcar que sirve como fuente de energía, y oxígeno (O2), que es liberado como un subproducto. Este proceso ocurre principalmente en las hojas, donde los cloroplastos, orgánulos especializados, contienen clorofila, el pigmento responsable de captar la luz.
La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas capturan dióxido de carbono y sintetizan azúcares usando energía lumínica. El oxígeno se libera como subproducto en este proceso.
Hay dos etapas de la fotosíntesis: las reacciones dependientes de la luz y las reacciones independientes de la luz. La fotosíntesis no solo es vital para las plantas, sino que también sustenta la vida en la Tierra al proporcionar oxígeno a la atmósfera y servir como base de la cadena alimentaria.
Por un lado tenemos el proceso de nutrición de las plantas. Como se ha dicho anteriormente, las plantas deben producir su propio alimento, es decir, son autótrofos, no se alimentan de otros seres vivos.
Para ello realizan una función llamada fotosíntesis, que consiste en transformar distintas sustancias mediante una reacción química/física que se realiza en sus hojas y tallos verdes, mediante la cual una mezcla de sustancias (savia bruta) que la planta absorbe del suelo a través de la raíces, se mezcla con dióxido de carbono que es absorbido a través de las hojas y se hace reaccionar con los rayos UVA del Sol para que se transforme en la sustancia que la planta puede aprovechar para nutrirse (savia elaborada) y que es distribuida por toda la planta.
Respiración celular y balance de gases
Aunque las plantas son conocidas por su capacidad para producir energía a través de la fotosíntesis, también necesitan un mecanismo para utilizar esa energía, al igual que los animales. Este proceso es la respiración celular, en la cual las plantas descomponen la glucosa para liberar energía en forma de ATP (adenosín trifosfato), que se utiliza en una variedad de procesos vitales.
A diferencia de la fotosíntesis, la respiración celular ocurre en todas las partes de la planta y no depende de la luz solar. Durante este proceso, la glucosa y el oxígeno se convierten en dióxido de carbono, agua y energía, un ciclo que se lleva a cabo en los mitocondrios, los «motores» energéticos de las células.
Las plantas también realizan el proceso de respiración, donde toman oxígeno del aire y lo transforman en dióxido de carbono. Esto es debido a que las células de las plantas también necesitan oxígeno, al igual que las de los animales.
Por tanto, la presencia de plantas no significa que el aire interior quede libre de dióxido de carbono. La fotosíntesis consume dióxido de carbono cuando hay luz, mientras que la respiración celular utiliza oxígeno y produce dióxido de carbono de forma continua.
Transporte de agua, minerales y compuestos orgánicos
Las plantas también necesitan agua y nutrientes minerales para crecer. Estos recursos son absorbidos por las raíces del suelo y transportados en la savia a través de un sistema vascular especializado compuesto por dos tipos de tejido: el xilema y el floema.
Una vez absorbidos el agua y los minerales, deben ser transportados a través del xilema, y este movimiento es impulsado por la pérdida de vapor de agua de las hojas (transpiración) y las propiedades cohesivas y adhesivas del agua. De igual manera, el asimilado rico en azúcar debe ser movido, o translocado, a través del floema.
Xilema y transpiración
El xilema transporta agua y minerales desde las raíces hasta las hojas. Este movimiento es impulsado principalmente por la transpiración, un proceso por el cual el agua se evapora a través de los estomas, pequeños poros en las hojas.
A medida que el agua se evapora, se genera una «fuerza de succión» que arrastra más agua hacia arriba desde las raíces, permitiendo que circule por toda la planta. El potencial hídrico, la evapotranspiración y la regulación estomática influyen en cómo se transportan el agua y los nutrientes en las plantas.
Floema y translocación
El floema transporta los productos de la fotosíntesis (azúcares, principalmente) desde las hojas, donde se producen, hasta otras partes de la planta donde se utilizan o almacenan, como las raíces, flores y frutos. Este transporte ocurre a través de un proceso conocido como translocación.
La circulación interna permite que los productos derivados de la fotosíntesis y las sustancias absorbidas o transformadas sean distribuidos por la planta. La estructura de las raíces, tallos y hojas de las plantas facilita el transporte de agua, nutrientes y fotosintatos por toda la planta.
Regulación hormonal y respuesta al aire del entorno
Las plantas, al igual que los animales, tienen hormonas que regulan su crecimiento y desarrollo. Las hormonas son señales químicas de larga distancia en las plantas.
Cinco tipos principales de hormonas en las plantas son responsables de transmitir mensajes por todo el cuerpo de la planta. Las cinco categorías principales de hormonas vegetales son auxinas, citoquininas, giberelinas, ácido abscísico y etileno.
- Auxinas: Regulan el crecimiento en los tallos y raíces. Promueven la elongación celular en los brotes y también están involucradas en la fototropía, un fenómeno en el que las plantas crecen hacia la luz.
- Gibberelinas: Estimulan el crecimiento del tallo y la germinación de las semillas.
- Citoquininas: Promueven la división celular, especialmente en las raíces y los brotes, y retrasan el envejecimiento de las hojas.
- Ácido abscísico (ABA): Actúa como una hormona de «estrés», ayudando a la planta a sobrevivir en condiciones adversas, como la sequía, al inducir el cierre de los estomas para reducir la pérdida de agua.
- Etileno: Forma parte de las cinco categorías principales de hormonas vegetales y participa en la coordinación de respuestas de la planta.
Las hormonas coordinan muchas respuestas, incluyendo el crecimiento, la reproducción, la latencia y las respuestas al estrés. A lo largo de esta unidad hay ejemplos de cómo las plantas regulan sus condiciones internas ya sea la concentración de dióxido de carbono en las hojas; el posicionamiento de tallos, raíces y hojas; o el movimiento y retención de agua.
Respuestas ambientales y defensa
A pesar de ser organismos inmóviles, las plantas tienen una asombrosa capacidad para defenderse y responder a su entorno. Pueden detectar cambios en la luz, la gravedad, el agua y la presencia de herbívoros.
Los animales pueden responder a factores ambientales al mudarse a una nueva ubicación. Las plantas, sin embargo, están enraizadas en su lugar y deben responder a los factores ambientales circundantes.
Las plantas cuentan con sistemas sofisticados para detectar y responder a la luz, la gravedad, la temperatura y el tacto físico. Los receptores detectan los factores ambientales y reenvían la información a los sistemas efectores, a menudo a través de mensajes químicos intermedios, para generar respuestas de las plantas.
Algunas respuestas son inmediatas, como el cierre de los estomas para evitar la deshidratación, mientras que otras implican la producción de compuestos químicos que disuaden a los herbívoros o atraen a los depredadores de estos.
Condiciones para que la función filtrante sea posible
Las campeonas en purificación del aire son las plantas de interior, nativas de las regiones tropicales y subtropicales del planeta, entre ellas muchas de las más habituales en nuestras casas. Para que estas plantas ejerzan sus efectos beneficiosos solo hay que situarlas en el lugar adecuado y darles los cuidados que necesitan para mantenerse sanas.
La actividad fisiológica de una planta depende de que pueda conservar un estado saludable. El agua y los minerales son indispensables para el crecimiento, pero el exceso de riego puede perjudicar las raíces y alterar las condiciones del sustrato.
Si las encargadas de depurar el aire son fundamentalmente las raíces, es clave que entren en contacto con él si se pretende potenciar esa función. Al contrario de lo que sucede con las macetas cerradas, en estas el aire llega a las raíces a través de unas laminillas situadas en la parte inferior del recipiente y las atraviesa gracias al efecto chimenea que produce su estructura de doble tiesto.
Esto favorece una absorción mucho más rápida y eficaz de los contaminantes y la formación de raíces capilares. La ventilación también resulta beneficiosa para las bacterias y hongos útiles presentes en el sustrato.
Estomas ¿Por dónde respiran las plantas?
Qué pueden aportar las plantas a los espacios interiores
Para paliar el problema se pueden abrir las ventanas varias veces al día o instalar purificadores de aire. Sin embargo, la solución más natural está en las plantas y su potencial depurador, una cualidad que se suma a sus otras ventajas.
- Producen oxígeno.
- Consumen dióxido de carbono.
- Humidifican el ambiente.
- Sirven para amortiguar el ruido.
- Decoran llenando de vida verde cualquier entorno.
- Proporcionan beneficiosos efectos psicológicos de relajación y calma.
La limpieza del aire es especialmente importante en los ambientes donde se pasa más tiempo, como el salón. Contar con una atmósfera limpia, libre o al menos con una baja concentración de estas sustancias, es sobre todo importante en los espacios donde se pasa más tiempo: el despacho, el salón, los dormitorios…
La fisiología vegetal muestra que la función de las plantas como filtros del aire surge de la interacción entre fotosíntesis, respiración, intercambio estomático, transpiración, transporte vascular, actividad radicular y microorganismos del sustrato.
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