REGULADORES DE CRECIMIENTO VEGETAL

Reguladores del crecimiento vegetal

Los reguladores del crecimiento vegetal son sustancias que actúan sobre el desarrollo de las plantas y que, por lo general, son activas a concentraciones muy pequeñas. Dentro de este grupo de moléculas podemos diferenciar entre las que son producidas por la planta y aquellas de origen sintético. Las que se encuentran de forma natural en las plantas se denominan fitohormonas u hormonas vegetales.

Las sustancias consideradas como fitohormonas son: auxinas, giberelinas, citocininas, ácido abcísico y etileno, aunque también se incluyen en ocasiones a brasinosteroides, acido salicílico, jasmonatos, sistemina, poliaminas, óxido nítrico y péptidos señal.

Existen algunas diferencias entre las hormonas vegetales y animales. Por ejemplo, en el caso de las hormonas animales, estas se sintetizan en diversos lugares y se mueven por el organismo, actuando en zonas distintas a las que son producidas. Esto no necesariamente ocurre con las fitohormonas, ya que algunas ejercen su acción en la zona en la que son sintetizadas. Aunque estas fitohormonas tienen efecto por si solas, la combinación con otras provoca una variada respuesta en las plantas.

Auxinas

El principal efecto de las auxinas es la elongación de las células, debido principalmente a que la pared celular se hace más plástica. Son sintetizadas en los ápices meristemáticos y en menor cantidad en las raíces. La auxina principal sintetizada de forma natural por las plantas es el ácido indol acético (AIA), aunque se han encontrado otras como el ácido fenilacético, los cloroindoles y más recientemente, el ácido indolbutírico (AIB). El movimiento de estas fitohormonas por la planta es
desde los ápices hasta las raíces (translocación basipétala) y viceversa (acropétala). Sin embargo, el movimiento basipétalo es mucho más rápido que el acropétalo.

Algunos de los efectos que tienen las auxinas en las plantas son:

Dominancia apical. Es bien conocido entre los cultivadores que cuando eliminas el ápice principal de una planta, comienzan a crecer los brotes secundarios, formándose varios tallos principales. Esto es debido a que las auxinas producidas en los meristemos apicales reprimen el crecimiento y desarrollo de los brotes laterales.

Rizogénesis. Las auxinas son las principales responsables de la formación de células de la raíz. Esta propiedad es utilizada por viveristas para la producción de esquejes, donde se aplica una cantidad de auxinas en el corte de la base del tallo para favorecer la formación de nuevas raíces. Esta rizogénesis ocurre a concentraciones muy bajas de auxinas, ya que a concentraciones superiores las auxinas reprimen el desarrollo y crecimiento radicular, pero es la presencia de otras fitohormonas la que determina si las células se convertirán en raíz o en otros órganos. El balance entre auxinas y citocininas juega un papel muy importante en este proceso. De esta forma, cuando se hacen crecer células vegetales en medios de cultivo in vitro, si la concentración de auxinas supera a la de citocininas se produce la formación de nuevas raíces. Sin embargo, si la concentración de citocininas supera a la de auxinas, las células acabarán desarrollándose en nuevos brotes. Cuando la concentración de ambas es similar, se produce un crecimiento celular sin diferenciación, y lo que acaba formándose es una masa de células en desarrollo denominada callo.

Primer plano de una semilla (izquierda) desprendida de su base (derecha). La semilla (oscura, abajo) cuelga de un paracaídas de finos pelos llamados papus, que ayudan a que esta sea transportada por el viento, hasta varios kilómetros, cuando es liberada. Este tipo de proteáceas son originarias de Sudáfrica. Las plantas pueden ser hembras o machos. Las macho tienen pequeñas y puntiagudas inflorescencias, mientras que las hembras (imagen) presentan capítulos verdes de mayor tamaño en forma de cono, que después adoptarán un color cobre.

Geotropismo. La fuerza gravitatoria ejerce un efecto sobre el desarrollo del vegetal. Cuando ponemos en posición horizontal el tallo de una planta, los brotes laterales comienzan a desarrollarse y se pueden llegar a formar raíces en la zona que está más en contacto con el suelo. Esto es debido a la acumulación de las auxinas ante la gravedad. Esta condición es aprovechada para la obtención de nuevas plantas mediante los denominados acodos.

Fototropismo. Las plantas tienden a dirigir su crecimiento hacia las zonas luminosas. Esto está regulado por auxinas, las cuales se acumulan en las partes que reciben menos luz, lo que provoca una elongación de las células de esta zona y conlleva a una curvatura de la planta hacia la parte más luminosa.

Regulación de la abcisión. La abcisión es la caída de alguno de los órganos de la planta. En muchos casos la causa es el envejecimiento del tejido, lo que se denomina senescencia. La aplicación exógena de auxinas reduce la abcisión en muchas especies.

Cuajado de frutos. Por lo general, cuando se produce la polinización y fecundación, aumenta la concentración de auxinas en el fruto, posiblemente segregadas por las semillas en desarrollo. Si dicha fecundación no ocurre, se produce la abcisión del fruto que no llega a desarrollarse o a madurar. Aplicando auxinas se consigue que se formen y maduren los frutos sin necesidad de que haya habido polinización ni fecundación y, por lo tanto, formación de semillas. A la formación de frutos sin fecundación se le denomina partenocarpia, y es muy utilizada cuando no es deseable la aparición de semillas o cuando no hay polinización. Es el caso de los cultivos en invernadero, donde se cultivan plantas de polinización entomófila. Al no haber insectos polinizadores, se aplican auxinas exogénas para favorecer el cuajado de los frutos.

Giberelinas

Estas fitohormonas son, en parte, responsables de la división celular y la elongación del tallo y de otros tejidos. Su descubrimiento se debe a los estudios que investigadores japoneses hicieron sobre una enfermedad del arroz. Dicha enfermedad consistía en que las plántulas recién germinadas adquirían una tonalidad amarilla y se producía una gran elongación del tallo, lo que conllevaba a la caída y muerte de la planta. Los investigadores descubrieron que estos síntomas eran causados por un hongo denominado Gibberella fujikuroi. Dicho hongo produce gran cantidad de estas fitohormonas que son introducidas en el vegetal que parasita. Desde entonces, se han aislado y descubierto varios tipos de giberelinas. Cada una de ellas se identifica con un número conforme se van descubriendo, de forma que tenemos la GA1, GA2, GA3 y así sucesivamente. La GA3 corresponde al ácido giberélico. Las giberelinas son sintetizas principalmente en órganos meristemáticos y tejidos en desarrollo.

Funciones de las giberelinas:

Germinación de las semillas. En las semillas, una parte de las giberelinas se encuentra combinada con glucósidos, siendo en esta forma inactivas. Durante la germinación, algunas enzimas destruyen esta combinación y la giberelina pasa a ser activa. Esta estimulación de la germinación se comprobó en diversos experimentos en los que se vio como la aplicación de giberelinas aceleraba la germinación de semillas de lechuga. También se observó como la exposición de las semillas de lechuga a luz aceleraba la germinación. En estudios posteriores se vio como la luz acelera el paso de la forma conjugada de giberelina inactiva a las formas activas.

Expresión del sexo. En aquellas especies que presentan flores unisexuales, es decir, masculinas y femeninas, bien sea en la misma planta (monoicas) o en individuos diferentes (dioicas), las giberelinas parecen tener un efecto regulador de la expresión del sexo. Por ejemplo, la aplicación de giberelinas en plantas femeninas de cáñamo provoca la aparición de flores macho y hermafroditas; lo mismo ocurre con el espárrago. Por el contrario, la aplicación de giberelinas en plantas de maíz provoca la aparición de flores hembra en el penacho (inflorescencia masculina del maíz).

Influencia en el periodo juvenil. El periodo juvenil se caracteriza porque las plantas son fenotípicamente distintas cuando son jóvenes de cuando son adultas. Por ejemplo, en el caso de los árboles frutales deben de pasar varios años desde la germinación de la semilla hasta que se tiene la capacidad de producir flores y frutos. En algunos casos también presentan caracteres distintos a cuando son adultas (por ejemplo, la presencia de espinas u hojas de formas distintas). Las giberelinas juegan un papel importante en la transición del periodo juvenil al adulto. En algunas plantas como en la hiedra la aplicación exógena de giberelinas provoca la expresión de ramas con características juveniles.

Cuajado del fruto. Al igual que las auxinas, las giberelinas estimulan el cuajado de los frutos de algunas especies.

Inducción de la floración. En algunas plantas que requieren de días largos o fríos para florecer, la aplicación de giberelinas provoca la entrada en floración independientemente del fotoperiodo o de la temperatura.

Micrografía por barrido electrónico (SEM) a color del corte de una flor sin su parte superior, mostrando un ovario central (centro, rosa claro) con óvulos (naranja). El ovario contiene los óvulos que, a su vez, contienen las células sexuales femeninas. Los óvulos están rodeados por los filamentos del estambre (rosa), al final del cual se hayan las anteras (no apreciables en esta imagen), los órganos reproductores masculinos, los cuales producen el polen (células sexuales masculinas). Las estructuras con aspecto de hoja, en verde, son pétalos.

Citocininas

El descubrimiento de estas fitohormonas se debe, principalmente, a los estudios que se realizaron en cultivos in vitro. Al principio, se vio como la “leche de coco” (endospermo del fruto) promovía el crecimiento de varios tejidos cultivados in vitro. La primera citocinina natural que se aisló e identificó fue la zeatina, nombre que se le puso debido a que se aisló de semillas de maíz (Zea mays). La principal función de las citocininas es provocar la división celular y el retraso de la senescencia. Como ya hemos mencionado, las citocininas, en combinación con la auxinas, provocan la formación de masas celulares indiferenciadas denominadas callo. También estimulan el desarrollo de las yemas laterales cuando se aplica exógenamente, rompiendo la dominancia apical.

Etileno

El etileno es un hidrocarburo simple que, en condiciones normales, se encuentra en forma de gas. Los efectos del etileno sobre las plantas se descubrieron cuando las calles se iluminaban con lámparas de carburo. La combustión provocaba la emisión de etileno y los árboles que se encontraban cerca de estas lámparas presentaban hojas amarillas y defoliaciones.
La principal función del etileno es actuar sobre la maduración de los frutos y la senescencia de hojas y flores. En aquellos frutos que se consideran climatéricos, la maduración se produce por el aumento en la concentración de esta hormona. También es responsable del cambio de color de algunos frutos no climatéricos (es decir, cuya maduración no se ve afectada por el etileno) como es el caso de los cítricos. Esta propiedad ha hecho que se utilice etileno para madurar frutos que han sido recolectados prematuramente. Su aplicación se realiza mediante quemadores en cámaras cerradas o mediante etephon, un producto que cuando se hidroliza en la planta se descompone en etileno. Otra función del etileno es, al igual que las giberelinas, la regulación de la expresión sexual en plantas dioicas. En el cáñamo, la aplicación de etileno provoca la aparición de flores hembra en plantas macho.
El etileno juega un papel muy importante, junto con el ácido jasmónico, en estimular la producción de sustancias que protegen a la planta de estreses bióticos y abióticos.

Ácido abcísico (ABA)

Como su nombre indica, esta hormona está implicada directamente en la senescencia y abcisión de hojas, flores y frutos, así como en la latencia de algunas semillas. Al igual que el etileno, esta fitohormona induce la expresión de genes de resistencia a diversos tipos de estres. Un efecto del ABA es que provoca el cierre de los estomas ante situaciones de sequía, lo que evita la deshidratación de la planta.