Tu corazón es crucial para tu supervivencia: bombea la sangre, a través del sistema circulatorio. Esto permite el movimiento, a través de todo tu cuerpo, de importantes elementos bioquímicos como oxígeno, nutrientes, residuos celulares, enzimas y proteínas. Pero ¿qué ocurre con organismos como las plantas, que no tienen un corazón ni un órgano de bombeo similar? ¿Cómo logran las plantas hacer circular el agua y los nutrientes vitales a través de todo su sistema, sin la ayuda de un órgano parecido a una bomba? Pues, la transpiración es uno de esos mecanismos.
- En este artículo veremos qué es la transpiración en las plantas.
- Analizaremos por qué las plantas eliminan agua.
- Luego, describiremos cómo los estomas de las plantas funcionan en la transpiración.
- Seguiremos con los tipos de transpiración en plantas.
- Examinaremos cómo es el proceso de transpiración.
- Y, por último, vamos a ver la importancia de la transpiración para una planta y para los ecosistemas.
¿Qué es la transpiración en las plantas?
Está claro que el agua es crucial para las plantas. Sin embargo, el agua dentro de una planta no está en reposo; está en constante movimiento, como la sangre en el sistema circulatorio de los animales. Para mantener el agua en movimiento, las plantas utilizan un proceso especial llamado transpiración.
Nuestro cuerpo está compuesto por un 70% de agua. Las plantas están formadas por un extraordinario 98% de agua.
La transpiración en las plantas es la pérdida de vapor de agua a través de sus partes aéreas (hojas y tallos).
Fig. 1 - El movimiento del agua dentro de la planta es unidireccional. Entra desde la raíz, sube por el xilema al resto de la planta, y sale por medio de la transpiración (como vapor de agua mayormente a través de los estomas de las hojas). ¿Por qué las plantas eliminan agua?
Las plantas necesitan un amplio suministro de agua que utilizan para la fotosíntesis, el transporte de iones nutrientes, la termorregulación y la hidratación. Entonces ¿por qué pierden agua las plantas? Las plantas pueden necesitar eliminar los residuos de su sistema, o pueden tener que refrescarse en un día caluroso (utilizando la refrigeración por evaporación) o, simplemente, pueden tener demasiada agua después de un día de lluvia.
Además, como el movimiento del agua dentro de la planta es unidireccional, se produce solo en la dirección de la raíz a los brotes. Una vez que el agua llega al extremo terminal de una planta (es decir, una hoja), debe ser expulsada.
La transpiración es como una carretera de un solo sentido, en la que el agua realiza tareas a lo largo del camino, pero, al final del mismo, debe salir.
Los estomas en la transpiración de las plantas
Los estomas de las plantas son pequeños poros situados principalmente en la superficie de las hojas, la mayoría en su envés (superficie inferior). Un estoma está formado por dos células llamadas células guarda u oclusivas. El poro se forma por el movimiento de las células oclusivas.
Fig. 2 - Cuando las células oclusivas se llenan de agua, se separan y el estoma se abre (izquierda). Cuando pierden agua, se vuelven flácidas y se acercan, cerrando el estoma (derecha).
Las células oclusivas son células epidérmicas que controlan si los estomas se abren o cierran, por medio de cambios en la turgencia.
Cuando las células oclusivas se llenan de agua, cambian a una forma curvada (parecidos a frijoles), separándose y permitiendo que los estomas se abran. Cuando pierden agua, se vuelven flácidas y se acercan, cerrando los estomas.
Por lo tanto, células oclusivas flácidas significan que la planta no tiene suficiente agua o luz. Por el contrario, cuando las células oclusivas están turgentes, esto nos indica que la planta tiene suficiente agua.
La principal función de los estomas en las plantas es ser el canal de intercambio gaseoso necesario para la fotosíntesis (ingreso de CO2 a la planta, y expulsión de O2). Por tanto, se mantienen abiertos principalmente de día (aunque hay excepciones en algunos tipos de plantas) y se cierran en la noche. Cuando los estomas están abiertos para el intercambio gaseoso, el vapor de agua que se ha acumulado dentro de las hojas tiene el paso libre para salir.
Tipos de transpiración
Dependiendo de la forma en que sale el vapor del agua de la planta, existen tres tipos de transpiración: estomática, cuticular y lenticular.
Existe otro proceso llamado gutación, que es la salida de agua líquida de un estoma; no debe confundirse con la transpiración. La gutación es ocasionada por la presión radicular, que se produce cuando las células de la raíz absorben agua desde el suelo por ósmosis (ya que hay mayor concentración de solutos dentro de la raíz). Las paredes celulares tienen un límite de elasticidad y se oponen al ingreso excesivo de agua. Esto crea una fuerza que empuja el agua hacia arriba a través del xilema, contra las fuerzas gravitacionales.
La presión radicular contribuye relativamente poco a la transpiración. Es importante, sobre todo, cuando el gradiente de potencial hídrico es bajo; por ejemplo, durante la noche. La gutación se da generalmente en las plantas de tallo corto.
Transpiración estomática
La transpiración estomática es la pérdida del vapor de agua a través de los estomas en las plantas.
Se estima que el 97 al 99 % del agua que absorbe una planta del suelo es transpirada por las hojas, principalmente, y un poco por los tallos. La transpiración estomática se produce, mayormente, durante el día, cuando los estomas están abiertos para absorber dióxido de carbono para la fotosíntesis.
En el resto de este artículo, centraremos la discusión en la transpiración estomática en las plantas vasculares.
Transpiración cuticular
La transpiración cuticular es la pérdida de vapor de agua a través de la cutícula.
- La cutícula es la cubierta cerosa que protege de la desecación a las superficies de las plantas.
En realidad la cutícula, en su mayor parte, es impermeable; así, sirve de barrera contra la evaporación. Por lo tanto, solo del 1 al 3 % de la pérdida de vapor de agua se da a través de la cutícula. El grosor de la cutícula depende de los tipos de plantas, principalmente del ambiente donde viven:
- Las plantas que habitan en ambientes secos y calurosos poseen cutículas muy gruesas, para evitar perder demasiada agua por este medio (ver Fig. 3).
- En cambio, las plantas en ambientes muy húmedos o acuáticos, poseen cutículas muy delgadas (ver Fig. 4).
Fig. 3: corte de una hoja del género Yucca. En la parte superficial, se observa una gruesa cutícula.
Fig. 4: corte de una hoja del género Potamogeton. En la parte superficial posee una cutícula muy delgada que casi no se observa.
Transpiración lenticular
La transpiración lenticular es la pérdida de vapor de agua a través de las lenticelas.
- Las lenticelas son estructuras dérmicas, con forma de poro, que proporcionan una vía para el intercambio de gases.
Este tipo de transpiración se observa, con mayor frecuencia, en la corteza de las plantas leñosas (ver Fig. 5). Pero, también puede observarse en las raíces leñosas y algunos frutos que tienen una cubierta gruesa o dura.
Fig. 5: Lenticelas en un tallo leñoso de un árbol.
Proceso de transpiración de las plantas
El proceso de transpiración en las plantas, así como la absorción de agua y su movimiento a través de la planta, se da gracias las propiedades del agua (Fig. 2) y su potencial hídrico (volver a Fig. 1). Estas son fuerzas físicas naturales y, por lo tanto, no requieren la inversión de energía por parte de la planta.
Fig. 6 - La columna del agua se mueve a través del xilema, hacia arriba, debido a la cohesión y la adhesión de las moléculas de agua.
El potencial hídrico (ψ) es una forma de cuantificar la tendencia del agua a moverse por difusión de una zona a otra. El agua se mueve de una zona de mayor potencial hídrico (con mayor concentración de agua o con menos solutos disueltos) a otra de menor potencial hídrico.
Los estomas de una hoja se abren y se cierran para el intercambio gaseoso necesario para la fotosíntesis, pero esto resulta también en la pérdida de vapor de agua. Como la atmósfera, generalmente, tiene un potencial hídrico muy negativo y, casi siempre menor que el de la planta, cuando los estomas están abiertos, el vapor de agua tiende a salir hacia la atmósfera.
Aún cuando el aire está muy húmedo, debido a que las moléculas del agua están muy dispersas en estado gaseoso, el aire tiene casi siempre un potencial hídrico menor que en la superficie de las hojas.
Cuando el agua se evapora de las hojas, el vacío que queda genera un potencial hídrico negativo, que obliga al agua a ascender por la planta; estolo suele denominarse tirón de la transpiración. Este tirón, o tracción por transpiración, permite que el agua sea transportada hacia arriba de la planta, sin necesidad de energía adicional.
La atracción transpiracional es la fuerza ejercida por el cambio de potencial hídrico cuando el vapor de agua sale de los estomas de la hoja.
Luego del tirón transpiracional, el resto del agua en el xilema sigue subiendo, debido a la cohesión y la adhesión del agua (Fig. 6). Una molécula de agua se pega a las paredes del xilema (adhesión) y puede jalar de la mano a otras moléculas de agua (cohesión). Estas, a su vez, jalarán a otras moléculas de agua y así, sucesivamente. ¡Es un verdadero esfuerzo de grupo lograr escalar las paredes del xilema!
Esto significa que la transpiración inicia el transporte de agua en la planta a través del xilema y es un proceso pasivo (que no requiere un gasto de energía).
Factores que afectan a la transpiración
La tasa de transpiración de una planta depende de múltiples factores, que pueden dividirse en dos categorías: ambientales o fisiológicos:
- Los factores ambientales se refieren más a cambios (día/noche, estaciones del año, etc.) que afectan las condiciones externas a corto plazo en el ambiente como a la humedad, el viento, etc.
- Los factores fisiológicos se deben a la anatomía y necesidades únicas de cada especie vegetal. Aunque en general, la fisiología de una especie vegetal depende de las condiciones ambientales, por lo que estos factores están relacionados. Sin embargo, se relaciona más con el ambiente típico o clima de un ecosistema; es decir, a las condiciones a largo plazo que afectan el desarrollo de la planta.
Tipo de factor | Factor | Efecto en la transpiración |
Factores ambientales | Humedad | Una alta humedad crea un menor potencial hídrico alrededor de los estomas, y la humedad baja, lo aumenta. |
Viento | Los vientos fuertes empujan rápidamente el vapor de agua que sale de los estomas lejos de la planta; así, impiden que el potencial hídrico que rodea la hoja disminuya. |
Intensidad de la luz | La intensidad de la luz favorece la fotosíntesis, lo que aumenta la demanda de CO2 que abre los estomas. |
Temperatura | Aumenta la evaporación del agua dentro de la planta. Tanto la temperatura como la intensidad de la luz aumentan la tasa de transpiración, hasta cierto punto; pero, si no hay disponibilidad de agua en el ambiente, una planta mantendrá sus estomas cerrados para reducir la transpiración y retener el agua. |
Factores fisiológicos | Superficie y estructura de la hoja | Cuanto mayor sea la superficie, mayor será la capacidad de la hoja para albergar estomas. Las diferentes estructuras de las hojas (por ejemplo, en forma de aguja en los pinos, en lugar de plana) expondrán la hoja y sus estomas de forma diferente. |
Número total de estomas | Depende del número de hojas y la cantidad de estomas por hoja: cuantos más estomas, más transpiración. |
Cutícula | Una cutícula más gruesa disminuye la tasa de transpiración y, un más delgada, la aumenta. |
Tabla 1: Los principales factores ambientales y fisiológicos que afectan la tasa de transpiración en las plantas.Es importante notar que estos factores pueden afectar la tasa de evaporación del agua o la tasa de difusión del vapor fuera de los estomas:
- La temperatura y la intensidad de la luz afectan la tasa de evaporación,
- mientras, que la humedad y la velocidad del viento afectan a la tasa de difusión hacia afuera (aunque no provocan que haya mayor evaporación del agua).
Importancia de la transpiración en las plantas
Después de todo esto, te estarás preguntando: "¿Por qué es importante la transpiración?". A continuación se detallan las principales funciones de la transpiración en las plantas y en los ecosistemas.
Importancia a nivel de planta o ecosistema | Función | Importancia |
Planta | Termorregulación | La transpiración provoca el enfriamiento por evaporación. Esto es especialmente útil durante el tiempo cálido y soleado, para mantener la planta fresca durante la fotosíntesis. |
Absorción de nutrientes | La transpiración provoca el flujo ascendente de agua dentro de sus estructuras y, junto con ella, la absorción de iones y sales necesarios (disueltos en el agua del suelo) para el metabolismo, la respiración, el crecimiento y la reproducción de la planta. |
Transporte de agua y solutos | La transpiración es la principal fuerza que genera el movimiento ascendente del agua y los solutos que la planta absorbe del suelo hacia el resto de la planta por medio del xilema. |
Ecosistema | Ciclo del agua | La transpiración es un elemento clave del ciclo del agua; regresa el agua del suelo a la atmósfera, en forma de vapor. |
Mantenimiento del microclima | La transpiración provee de humedad a los alrededores de la planta; contribuye con el mantenimiento de las condiciones ambientales locales o microclima. |
Tabla 2: La importancia de la transpiración según su función para la planta y para los ecosistemas.
Transpiración de las plantas - Puntos clave
- La transpiración es la pérdida de vapor de agua de la planta; puede ser: estomática, cuticular y lenticular.
- La mayor parte se da por los estomas y, en mucha menor medida, por la cutícula.
- El vapor de agua tiende a salir de los estomas, porque la atmósfera generalmente tiene un potencial hídrico muy negativo, y casi siempre menor que el de la planta; esto induce el movimiento del agua hacia afuera.
- Las tasas de transpiración se ven afectadas por factores ambientales, principalmente, el clima (temperatura, humedad, viento, intensidad de la luz); y fisiológicos, es decir, la estructura única de la planta y de sus hojas.
- Una planta pierde agua por transpiración para termorregularse cuando la temperatura es muy alta; sin embargo, este proceso evolucionó adaptativamente para ser el principal mecanismo para el movimiento pasivo de agua y solutos hacia la parte superior de la planta.
- La transpiración de las plantas es importante para el medio ambiente, como un elemento clave del ciclo del agua que se recicla del suelo a la atmósfera en forma de vapor. Esto también apoya al mantenimiento de las condiciones ambientales locales o microclima.
References
- Fig. 2: Stomata opened an closed unlabelled (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stomata_opened_and_closed_unlabelled.svg) por domdomegg, CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0).
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