Fiziologia plantelor (nutritia, transpirația, fototropism, hormoni vegetali)

Fiziologia plantelor studiază procesele interne care asigură creșterea, dezvoltarea și adaptarea plantelor la mediu. Nutriția plantelor se împarte în două categorii: nutriția minerală și cea organică. Nutriția minerală implică absorbția apei și a sărurilor minerale (N, P, K, Ca, Mg, S etc.) din sol prin rădăcini, în special prin perii absorbanți.

Apa și sărurile minerale sunt transportate prin vasele lemnoase (xilem) până la frunze, datorită transpirației și presiunii radiculare. Nutriția organică se realizează prin fotosinteză, proces în care, în cloroplaste, cu ajutorul luminii solare, CO₂ și H₂O se transformă în glucoză și oxigen. Glucoza este sursa de energie și materie primă pentru sinteza altor compuși organici.

Transpirația este procesul de eliminare a apei sub formă de vapori, în principal prin stomatele frunzelor. Ea este esențială pentru răcirea plantei și pentru menținerea fluxului de apă și minerale de la rădăcini spre frunze (teoria tensiunii-coeziunii). Factorii care influențează transpirația sunt: temperatura, umiditatea aerului, lumina și vântul.

Fototropismul reprezintă creșterea orientată a plantelor în funcție de direcția luminii. Tulpinile sunt fototrop pozitiv (cresc spre lumină), iar rădăcinile sunt fototrop negativ (cresc în întuneric). Mecanismul implică distribuția inegală a auxinelor: sub acțiunea luminii, auxina se acumulează pe partea umbrită, determinând alungirea celulelor și curbarea tulpinii.

Hormonii vegetali sunt substanțe organice produse în cantități mici, care reglează creșterea și dezvoltarea. Principalii hormoni sunt: auxine (promovează alungirea celulară, dominanța apicală, formarea rădăcinilor adventive), gibereline (stimulează alungirea tulpinii, germinarea semințelor), citochinine (favorizează diviziunea celulară, întârzie senescența), acid abscisic (inhibă creșterea, induce căderea frunzelor și închiderea stomatelor în condiții de stres) și etilena (accelerează coacerea fructelor și senescența). Înțelegerea acestor procese este fundamentală pentru agricultură, horticultură și ecologie.

Exemple

• Exemplul 1 (Nutriția și transpirația): O plantă de porumb (Zea mays) este plasată într-un mediu cu umiditate scăzută (40%) și temperatură de 30°C. Explică cum se modifică rata transpirației și absorbția apei. Rezolvare: În condiții de umiditate scăzută și temperatură ridicată, gradientul de potențial al apei între frunză și aer crește, ceea ce intensifică transpirația. Stomatele rămân deschise pentru fotosinteză, dar planta pierde multă apă. Pentru a compensa, rădăcinile absorb mai activ apa din sol. Dacă solul este uscat, planta poate intra în stres hidric, închizând stomatele (mediat de acid abscisic) și reducând fotosinteza.
• Exemplul 2 (Fototropism): O plantă de muștar (Sinapis alba) este crescută într-o cutie cu o singură fereastră laterală. După câteva zile, tulpina este curbată spre fereastră. Explică mecanismul hormonal implicat. Rezolvare: Lumina din partea dreaptă determină redistribuirea auxinei (acidul indolil-acetic) spre partea stângă (umbrită) a tulpinii. Auxina stimulează alungirea celulelor de pe partea stângă, în timp ce pe partea luminată alungirea este normală sau ușor inhibată. Rezultatul este curbarea tulpinii spre sursa de lumină. Acest fenomen se numește fototropism pozitiv și este esențial pentru optimizarea captării luminii.
• Exemplul 3 (Hormoni vegetali și germinare): O sămânță de fasole (Phaseolus vulgaris) este tratată cu giberelină (GA3) în concentrație redusă (10^(-6) M). Descrie efectul observat asupra germinării comparativ cu o sămânță netratată. Rezolvare: Giberelina stimulează producerea enzimelor hidrolitice (α-amilază) care descompun amidonul din endosperm în zaharuri simple, oferind energie pentru embrion. Sămânța tratată va germina mai rapid, va avea o tulpină mai alungită și o creștere mai viguroasă decât cea netratată. În plus, giberelina poate înlocui necesitatea unor condiții de lumină specifică pentru germinare.

Concepte cheie: Nutriția minerală și organică a plantelor, Transpirația și teoria tensiunii-coeziunii, Fototropism și distribuția auxinelor, Hormonii vegetali: auxine, gibereline, citochinine, acid abscisic, etilenă, Mecanismul de închidere a stomatelor sub acțiunea acidului abscisic