En esta asignatura se estudian los fundamentos básicos del funcionamiento de los vegetales, desde las bases celulares del crecimiento hasta el desarrollo de las plantas, haciendo especial hincapié en los procesos metabólicos básicos y su regulación. Se estudian asimismo, los fundamentos básicos de la regulación por los diferentes grupos de hormonas vegetales. Se realiza una introducción a los principales grupos de metabolitos secundarios producidos por las plantas y sus aplicaciones.



Contenidos: Definición de Fisiología Vegetal. Composición y estructura de la célula vegetal Metabolismo energético en plantas. Fotofisiología y fotosíntesis. Estructura y función del aparato fotosintético. Asimilación de CO2. Fotorrespiración. Mecanismos concentradores de CO2 en plantas (metabolismos C4 y CAM). Respiración. Metabolismo de lípidos. Asimilación de nitrógeno y azufre. Crecimiento y desarrollo de las plantas. Bases celulares del crecimiento y desarrollo vegetal. Características químicas, biosíntesis, regulación y transporte de las principales hormonas vegetales. Metabolismo secundario. Concepto, funciones y aplicaciones. Rutas de síntesis, regulación y distribución de los principales grupos de metabolitos secundarios (compuestos fenólicos, terpenoides, metabolitos nitrogenados). Aspectos biotecnológicos y aplicados de la Fisiología Vegetal. Introducción a la biotecnología vegetal.



Sistema de evaluación: Será de forma ponderada, de acuerdo a los diversos apartados metodológicos:

- Valoración de conocimientos teóricos adquiridos (clases magistrales, seminarios), mediante examen teórico (65%)

- Valoración de destrezas adquiridas, mediante examen teórico-práctico de laboratorio (25%)

- Valoración la capacidad crítica, de análisis, en las intervenciones expositivas como en la preparación de seminarios (10%)

Ámbito de la Fisiología Vegetal. La célula vegetal. Definición de Fisiología Vegetal. Relación con otras ciencias. El método de investigación en Fisiología Vegetal. Composición y estructura de la célula vegetal.

Metabolismo energético en plantas Fotofisiología y fotosíntesis. Pigmentos vegetales. Estructura y función del aparato fotosintético. Asimilación de CO2. Fotorrespiración. Mecanismos concentradores de CO2 en plantas (metabolismos C4 y CAM). Respiración. Metabolismo de lípidos. Asimilación de nitrógeno y azufre.

Crecimiento y desarrollo de las plantas Bases celulares del crecimiento y desarrollo vegetal. Características químicas, biosíntesis, regulación y transporte de las principales hormonas vegetales. Percepción de señales y transducción.

Metabolismo secundario Concepto, funciones y aplicaciones. Rutas de síntesis, regulación y distribución de los principales grupos de metabolitos secundarios (compuestos fenólicos, terpenoides, metabolitos nitrogenados).Aplicaciones biotecnológicas y comerciales.

Aspectos biotecnológicos y aplicados de la Fisiología Vegetal Introducción a la biotecnología vegetal: aspectos fisiológicos de la reproducción vegetativa, cultivo de tejidos vegetales, plantas transgénicas, aplicaciones biotecnológicas. Fisiología Vegetal comercial: producción de cultivos, cultivos protegidos, mejora vegetal y producción de semillas, fisiología postcosecha y de frutos.



PROGRAMA DE TEORÍA

Bloque I. Introducción

Tema 1. Ámbito de la Fisiología Vegetal. Introducción a la Fisiología Vegetal. Antecedentes históricos. Relación de la Fisiología Vegetal con otras Ciencias. El Método de Investigación en Fisiología Vegetal. Definición de Fisiología vegetal. Objetivos y programa de Fisiología Vegetal. Fuentes bibliográficas.

Tema 2. La célula vegetal. Componentes celulares y orgánulos. Organizaciones celulares del citoesqueleto. La vacuola. Tejidos vegetales y órgano. La pared celular. Composición y estructura de la pared. Celulosa, hemicelulosa, pectinas, lignina y proteínas. Pared primaria y secundaria.



Bloque 2. Metabolismo Energético



Tema 3. Fotofisiología y fotosíntesis. Energía radiante y espectro visible. Procesos fotofisiológicos de las plantas. Espectros de acción y absorción. Fotosíntesis: la luz como fuente de energía. Fotoquímica, fluorescencia y fosforescencia. Rendimiento cuántico. Eficiencia de las plantas en la conversión de energía.

Tema 4. Pigmentos vegetales. Propiedades fisicoquímicas de los pigmentos fotosintéticos: clorofilas, ficobilinas y carotenoides. Complejos pigmento-proteína. Espectro de absorción de las clorofilas. Estados fundamentales y excitados. Biosíntesis de porfirinas y carotenoides. Catabolismo de pigmentos fotosintéticos. El fitocromo y otros pigmentos fotorreceptores.

Tema 5. Estructura y función del aparato fotosintético. Desarrollo ontogénico del cloroplasto. Aislamiento y composición bioquímica de los cloroplastos. Organización estructural y ultraestructural del cloroplasto. Genoma del cloroplasto Concepto de fotosistema, complejos antena y centros de reacción. Canalización de la energía: transferencia de Förster y transferencia de electrones.

Tema 6. Utilización de la energía luminosa en la fotosíntesis. Transporte electrónico en cloroplastos. Estructura y función del PS II: P68o, fotolisis del agua y reducción de la plastoquinona. Complejo citocromo b6-f y ciclo de las quinonas. Estructura y función del PS I: P700. Inhibidores del transporte electrónico fotosintético. Lugares de conversión de la energía. Conversión quimiosmótica de la energía en ATP: la ATP sintetasa. Fotofosforilación cíclica y no cíclica. Dinámica del aparato fotosintético: regulación y reparación.

Tema 7. Asimilación del dióxido de carbono (ciclo C3). Ciclo de Calvin-Benson: Metodología y descubrimiento. La RUBISCO: actividad carboxilasa. Procesos de carboxilación, reducción, y regeneración. Plantas C3, absorción de CO2. Biosíntesis de sacarosa y almidón. Regulación metabólica de la asimilación de CO2.

Tema 8. Fotorrespiración (ciclo C2). Respiración dependiente de la luz. Bifuncionalidad de la RUBISCO: actividad oxigenasa. Ciclo fotorrespiratorio (ciclo del glicolato). Metabolismo fotorrespiratorio del C y del N. Localización celular de la ruta. Tasas de fotorrespiración y su regulación. Balance energético. Función biológica de la fotorrespiración.

Tema 9. Mecanismos concentradores del CO2 en plantas: Anatomía foliar comparada de plantas C3, C4 y CAM. Equilibrio CO2/HCO3-. Asimilación de carbono y mecanismo fotosintético del ciclo C4. Fijación por la PEPC en las células del mesófilo. Descarboxilación del ácido C4. Recuperación del ácido C3: función y regulación de la PidiK. Variantes del ciclo en plantas C4 (NADP-ME, NAD-ME y PEPCK) y y en plantas CAM. Coste energético y eficiencia del metabolismo C4. Regulación del metabolismo C4 y CAM. Discriminación isotópica de los diversos mecanismos de fijación de CO2.

Tema 10. Fisiología de la respiración de las plantas. Cadena de transporte electrónico mitocondrial de plantas. Complejos mitocondriales en plantas. Características de la cadena transportadora de electrones en plantas: Oxidación del NADH citosólico. Segunda ruta de oxidación del NADH mitocondrial. Oxidasa alternativa o ruta insensible al cianuro. ATPasa mitocondrial y fosforilación oxidativa. Regulación metabólica de la respiración. Ruta oxidativa de las pentosas fosfato.

Tema 11. Metabolismo de lípidos: Síntesis de lípidos, ¿¿-oxidación y ciclo del glioxilato. Gluconeogénesis.

Tema 12. Asimilación del nitrógeno y azufre. La simbiosis funcional: la dinitrogenasa y la leghemoglobina. Genética de la fijación de N2. Transportadores de nitrato y amonio. Reducción de nitrato: Nitrato reductasa y nitrito reductasa. Asimilación del amonio a moléculas orgánicas: glutamato deshidrogenasa (GDH), ciclo GS/GOGAT, asparragina sintetasa, transaminasas. Biosíntesis de aminoácidos: familia del aspartato, aminoácidos ramificados y ruta del ácido siquímico. Absorción y translocación del azufre. Reducción de sulfato y metabolismo de aminoácidos sulfurados.



Bloque 3. Crecimiento y desarrollo



Tema 13. Bases celulares del crecimiento y desarrollo vegetal. Concepto de crecimiento, diferenciación y desarrollo. Embriogénesis. Totipotencia celular. Diferenciación celular. Definición de hormona. Control genético y hormonal del crecimiento y desarrollo.

Tema 14. Principales grupos hormonales implicados en el crecimiento y diferenciación celular: I. Auxinas: características bioquímicas. Biosíntesis y regulación. Transporte polar de las auxinas. II. Giberelinas: características bioquímicas. Bosíntesis, regulación y transporte. III. Citoquininas: características bioquímicas. Biosíntesis, regulación y transporte. Aplicaciones biotecnológicas y comerciales.

Tema 15. Principales grupos hormonales implicados en la senescencia celular, y respuestas frente al estrés: I. Etileno: estructura y biosíntesis. II. Ácido abscísico y otros reguladores. Características bioquímicas. Biosíntesis, regulación y transporte. Otros reguladores de crecimiento: poliaminas, ácido jasmónico y brasinoesteroides. Aplicaciones biotecnológicas y comerciales

Tema 16. Percepción de señales y transducción. Receptores celulares en plantas y cambios en el potencial de membrana. Proteínas G, señalización fosfolipídica, nucleótidos cíclicos, proteínas kinasas y papel del Calcio. Vías de transducción asociadas a los reguladores del crecimiento.



Bloque 4. El metabolismo secundario



Tema 17. Metabolismo secundario: concepto, funciones y aplicaciones. Grupos principales. Expresión y regulación. Funciones en el metabolismo intra- e interespecífico.

Tema 18. Compuestos fenólicos y terpenoides. Grupos principales y características bioquímicas. Grupos principales de compuestos fenólicos y terpenoides. Rutas de biosíntesis, regulación y distribución en plantas. Aplicaciones biotecnológicas y aplicaciones comerciales.

Tema 19. Metabolitos secundarios nitrogenados. Grupos principales. Características generales y su distribución en plantas. Aminoácidos no proteicos. Aminas vegetales. Glucósidos cianógenos. Glucosinolatos. Otros metabolitos. Aplicaciones biotecnológicas y comerciales.



Bloque 5. Aspectos biotecnológicos y aplicados





Tema 20. Biotecnología Vegetal. Propagación vegetal. Aspectos fisiológicos de la reproducción vegetativa. Cultivo de tejido in vitro. Mutagénesis y transformación vegetal. Plantas transgéncias. Aplicaciones biotecnológicas y comerciales.

Tema 21. Fisiología Vegetal comercial. Producción de cultivos. Cultivos agronómicos. Cultivos protegidos. Biotecnología de cultivos. Mejora vegetal y producción de semillas. Fisiología de la postcosecha y de frutos.

En el proceso de impartición de la asignatura se emplean distintas metodologías. Por un lado se imparten clases magistrales en las que se desarrollan los aspectos fundamentales del contenido de la asignatura, haciendo hincapié en aquellas características que son básicas para un conocimiento detallado de la estructura y funcionamiento de las plantas en relación con los recursos de que dispone para su desarrollo.

En segundo lugar, mediante la docencia práctica se le suministra al alumno las herramientas necesarias para comprender los mecanismos de funcionamiento y desarrollo de las plantas. El estudiante realiza ensayos en base a los conocimientos teóricos adquiridos, familiarizándose con el equipamiento e instrumental específico de la materia, y que le servirá en el desempeño de su actividad profesional. Se aspira a que el alumno llegue a ser capaz, en el desempeño de su vida profesional, de diseñar y aplicar procesos relacionados con las plantas. Se pretende que el alumno adquiera las herramientas y técnicas necesarias para poder integrarse, una vez egresado, en equipos de los ámbitos de Investigación y Desarrollo, Industria Agroalimentaria, Farmacéutica o Agropecuaria, entre otras.

Un tercer enfoque, desarrollado en forma de seminarios, permite al alumno adquirir competencias relacionadas con la búsqueda bibliográfica, estimular su espíritu crítico y la interacción con otros condiscípulos lo que facilita su aprendizaje cooperativo; así mismo la exposición y defensa de la materia analizada en seminarios les aporta otras competencias transversales necesarias para su desarrollo intelectual y profesional. Los seminarios también facilitan una interacción más fluida entre el profesor y el docente.

- Valoración de conocimientos teóricos adquiridos (clases magistrales, seminarios), mediante examen teórico (65%)

- Valoración de destrezas adquiridas, mediante documento de resultados prácticosexamen teórico-práctico de laboratorio (25%)

- Valoración la capacidad crítica, de análisis, en las intervenciones expositivas como en la preparación de seminarios

(10%)

Material didáctico con gráficas, tablas, dibujos, esquemas e ilustraciones sobre la materia. Protocolo de prácticas. Este material se elaborada

Basic bibliography

Azcón-Bieto J & Talon M. 2008. Fundamentos de Fisiología Vegetal. Interamericana. MacGraw-Hill & UBe

Barceló J, Nicolás G, Sabater B & Sánchez Tamés R. 2001. Fisiología Vegetal. Pirámide.

Heldt H_W 2005. Plant Biochemistry. Elsevier Academic Press

Hopkins WG & Hüner NPA. 2004. Introduction to Plant Physiology. John Wiley & Sons, Inc.

Mohr H & Schopfer P. 1995. Plant Physiology. Springer-Verlag.

Taiz L & Zeiger E. 2002. Plant Physiology. Sinauer Associates, Inc., Publishers

Taiz L & Zeiger E. 2006. Fisiología Vegetal. Vol I y II. Universitat Jaume I

In-depth bibliography

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Journals

Annual Review of Plant Biology Plant Cell Current Opinion in Plant Biology Trends in Plant Science Plant Physiology New Phytologist Plant Cell and Environment Critical Reviews in Plant Sciences Journal of Experimental Botany Journal of Plant Physiology Physiologia Plantarum Plant and Soil Environmental and Experimental Botany Plant Science Planta