La ecofisiología vegetal estudia el funcionamiento de las plantas en relación al ambiente, es decir los mecanismos y adaptaciones que han permitido mediante selección natural la evolución de los vegetales para tener éxito y sobrevivir en los diferentes ambientes. También se estudia las respuestas o aclimataciones de las plantas a los cambios o alteraciones del medio que producen condiciones desfavorables para el crecimiento de las plantas, incluyendo estreses bióticos (fitófagos y patógenos), factores abióticos (temperaturas extremas, sequía, salinidad, encharcamiento, estrés nutricional) y antrópicos (contaminantes). El conocimiento de los mecanismos de adaptación al habitat explica la distribución de diferentes comunidades de plantas en función de las condiciones ambientales y permite su utilización en estrategias de biorremediación, control de malas hierbas y para mejorar la productividad de las cosechas en agricultura preservando el medio ambiente.





Objetivo general de la asignatura



Comprender las respuestas fisiológicas de las plantas en diferentes condiciones ambientales, para explicar la distribución y abundancia de las especies vegetales desde el conocimiento de su fisiología y mecanismos de adaptación a los hábitats. Valorar las capacidades de distintos genotipos, poblaciones y variedades para incrementar la producción de los vegetales, así como estudiar la respuesta de las plantas en ambientes degradados por el hombre.



Competencias de la asignatura



¿ Comprender los efectos de las condiciones ambientales en las plantas así como las interacciones entre la planta y ambiente.



¿ Comprender los mecanismos morfológicos y fisiológicos que permiten a las plantas aclimatarse y adaptarse a los diferentes hábitats.



¿ Identificar las bases de regulación e integración de las funciones y actividades de los organismos y de sus adaptaciones al medio para avanzar en diseño de experimentos e interpretación de resultados.



¿ Conocer las respuestas fisiológicas de las plantas frente a los contaminantes de origen de origen antrópico.



¿ Conocer las aplicaciones de las fitotecnologías a la resolución de problemas ambientales y la gestión de los recursos naturales.



¿ Conocer los bioindicadores que permiten evaluar el estado fisiológico de las plantas en diferentes condiciones ambientales.



¿ Manejo del conocimiento de materias y técnicas instrumentales habituales en ecofisiología vegetal (técnicas in vivo y técnicas destructivas).

Respuestas y adaptaciones de las plantas frente a factores abióticos La luz solar. Fotofisiología. Estrés por radiación. Déficit y exceso de luz: Fotoinhibición.. Mecanismos de fotoprotección. Ciclo de las xantofilas y disipación no fotoquímica.Mecanismos de defensa frente a la radiación UV. Estrés oxidativo: Formación de ROS. Y mecanismos de protección. Deficit hídrico. El agua y las plantas. Efectos fisiológicos del déficit hídrico. Mecanismos de adaptación y tolerancia frente al estrés hídrico La salinidad. Componentes del estrés osmótico. Mecanismos de tolerancia y resistencia en plantas halófitas y glicofitas. Osmorregulación. Respuestas de las plantas al encharcamiento. Adaptaciones fisiológicas y anatómicas al encharcamiento. Estrés por temperaturas extremas. Chilling y estrés por congelación. Aclimatación, tolerancia y resistencia a la congelación. Superenfriamiento.Efectos fisiológicos de las altas temperaturas. Las proteínas de choque térmico.

Respuestas de las plantas frente al estrés biótico Estudio de los efectos de las plantas de los estreses bióticos (competencia con otras plantas, patógenos, parásitos, fitofagos, xilofagos) y de los mecanismos de defensa que permiten la resistencia. Patógenos vegetales. Factores de patogeneidad. Fisiología de la enfermedad. Virus. Bacterias. Hongos. Insectos. Respuestas defensivas de las plantas. Respuesta hipersensitiva. Producción de toxinas por las plantas. Interacción entre plantas superiores. Alelopatía. Plantas holo- y hemiparásitas. Simbiosis y mutualismo en plantas. Actinorrizas. Micorrizas endo- y ectotróficas

Efectos y respuestas de las plantas a los estreses antrópicos: contaminantes del suelo y la atmósfera y el cambio climático. Contaminación atmosférica. Oxidos de nitrógeno y de azufre. Ozono. Lluvias ácidas. Deterioro forestal. Efectos del cambio climático global (calentamiento y aumento de aumento de CO2) en las plantas y cultivos. Contaminantes del suelo. Metales pesados, radioisótopos, y contaminantes orgánicos. Mecanismos de protección y tolerancia: las fitoquelatinas

Aplicaciones tecnológicas de la Ecofisiología Vegetal En esta última parte se engloba la vertiente aplicada y tecnológica de la asignatura, enfocada al campo de la agricultura, control biológico, revegetación y biorremediación. Se estudian estrategias de fitorremediación y descontaminación de suelos y de aguas. Fitorremediación de metales pesados y compuestos orgánicos: técnicas de fitoextracción, fitodegradación, bioestimulación, rizofiltración, fitoestabilización, fitovolatilización. Plantas y nutrición mineral. Fertilizantes. Ciclo del nitrógeno en agrosistemas. Procesos microbianos de nitrificación, desnitrificación y amonificación. Control de malas hierbas. Compuestos herbicidas y modo de acción. Resistencia y tolerancia de las plantas a los herbicidas. Crecimiento y producción de los cultivos. Rendimiento e impacto de los factores ambientales en las cosecha. Producción en ambientes controlados. Cultivos bionergéticos. Biotecnología Vegetal. Mejora genética y obtención de nuevas variedades. Plantas transgénicas. Aplicaciones de la ingeniería genética vegetal Restauración Vegetal.



PROGRAMA DE TEORÍA

1. Introducción. La Ecofisiología Vegetal. Factores limitantes en el crecimiento de las plantas. Concepto de estrés. Estrés abiótico y biótico. Respuesta de la planta ante el estrés. Mecanismos de aclimatación y adaptaciones fisiológicas de las plantas a diferentes hábitats



Bloque I. Respuestas de las plantas frente a factores abióticos

2. La luz solar. Energía radiante. La radiación solar en la tierra. Sistemas de medida. Fotofisiología. Tipos de radiación.

3. Estrés por radiación. Déficit de luz. Plantas de sol y plantas de sombras. Exceso de luz: Fotoinhibición.. Mecanismos de fotoprotección. Ciclo de las xantofilas y disipación no fotoquímica. Fotooxidación. Daño y reparación de la proteína D1.

4. Radiación Ultravioleta. Tipos de radiación UV. Efectos de la radiación UV en las plantas. Mecanismos de defensa frente a la radiación UV.

5. Estrés oxidativo: Radicales libres y especies reactivas de oxígeno (ROS). Formación de ROS. Mecanismos de protección; enzimáticos y no enzimáticos.

6. Deficit hídrico. El agua y las plantas. Efectos fisiológicos del déficit hídrico. Regulación estomática. Evitación de la sequía. Mecanismos de tolerancia y adaptación a la sequía. Plantas poiquilohídricas. Parámetros indicativos del estado hídrico. Métodos de medida. Discriminación isotópica.

7. La salinidad. Ambientes salinos. Componentes del estrés salino: efecto osmótico y efecto iónico. Mecanismos de tolerancia y resistencia en plantas halófitas y glicofitas. Osmorregulación.

8. Respuestas de las plantas al encharcamiento. Estructura del suelo y anaerobiosis. Hipoxia y anoxia. Efectos fisiológicos. Adaptaciones fisiológicas y anatómicas al encharcamiento.

9. Estrés por frío. Límites de la temperatura para la supervivencia. Bajas temperaturas. Efectos del frío. Mecanismos de tolerancia y adaptaciones de las plantas a las bajas temperaturas.

10. Estrés por congelación. Proceso de congelación. Desequilibrio metabólico y fisiológico. Aclimatación, tolerancia y resistencia a la congelación. Superenfriamiento.

11. Las altas temperaturas. Las temperaturas elevadas. Los golpes y flecos de calor. Efectos fisiológicos. Respuestas de las planta. Las proteínas de choque térmico. Efectos del fuego en los Vegetales.

Bloque II. Respuestas de las plantas frente al estrés biótico

12. Patógenos vegetales y Interacción con fitófagos. Patógenos vegetales. Factores de patogeneidad. Fisiología de la enfermedad. Virus. Bacterias. Hongos. Respuestas defensivas de las plantas. Respuesta hipersensitiva. Producción de toxinas por las plantas. Daños producidos por insectos.

13. Interacción con otros vegetales. Interacciones químicas entre plantas superiores. Alelopatía. Plantas holo- y hemiparásitas. Simbiosis y mutualismo en plantas. Actinorrizas. Micorrizas endo- y ectotróficas. Líquenes. Rizocenosis. Actinorrizas. Simbiosis con cianobacterias. Simbiosis fijadoras en leguminosas. Ecofisiología de la polinización zoófila y de la dispersión de frutos y semillas.

Bloque III. Respuestas de las plantas frente al estrés antrópico



14. Contaminación atmosférica. Aspectos generales de la contaminación. Oxidos de nitrógeno. Oxidos de azufre. Ozono. Lluvias ácidas. Deterioro forestal.

15. Cambio climático. Efecto invernadero. Aumento de temperatura y CO2 ambiental. Efectos del calentamiento global en las plantas y cultivos. Efecto del aumento de CO2 en las plantas.

16. Contaminantes del suelo. Metales pesados y radioisótopos. Contaminantes orgánicos. Efectos en la célula Vegetal. Mecanismos de protección y tolerancia: las fitoquelatinas.



Bloque IV. Ecofisiología vegetal aplicada



17. Fitorremediación. Estrategias de descontaminación de suelos y de aguas. Fitorremediación de metales pesados y compuestos orgánicos: técnicas de fitoextracción, fitodegradación, bioestimulación, rizofiltración, fitoestabilización, fitovolatilización.

18. Plantas y nutrición mineral. Deficiencias minerales. Fertilizantes. Ciclo del nitrógeno en agrosistemas. Procesos microbianos: nitrificación, desnitrificación, amonificación. Racionalización del uso de fertilizantes. Estrategias de las plantas en suelos deficitarios. Simbiosis.

19. Control de malas hierbas. Compuestos herbicidas. Principales grupos. Absorción y transporte por la planta. Selectividad de los herbicidas. Modos de acción. Resistencia y tolerancia de las plantas a los herbicidas.

20. Crecimiento y producción de los cultivos. Crecimiento de las plantas. Rendimiento de las cosechas. Impacto de los factores ambientales en las cosecha. Producción en ambientes controlados. Cultivos bionergéticos. .

21. Biotecnología Vegetal. Mejora genética y obtención de nuevas variedades. El control ambiental de la expresión de los genes y proteínas. Plantas transgénicas. Aplicaciones de la ingeniería genética vegetal en la industria y la agricultura.

22. Restauración Vegetal. Concepto de Paisaje. Sucesión y autopreparación. Restauración Ecológica. Técnicas y su aplicación a diferentes escenarios. Usos alternativos. Restauración de espacios afectados por obras civiles.





Prácticas de Laboratorio

1. Bioensayo de toxicidad con Lemna minor. Bioindicadores: determinación de la conductividad eléctrica, medida de antioxidantes totales y compuestos fotoprotectores.

2. Respuesta de la fisiología de plantas frente a factores abióticos: sequía, temperatura. Determinación de pigmentos fotosintéticos y fotoprotectores, eficiencia fotoquímica (fluorescencia de la clorofila), contenido en antioxidantes totales, antocianinas, fenoles.

3. Práctica de campo. Adaptaciones de las plantas a diferentes intensidades de luz.

4. Mejora de la nutrición mineral de las plantas por los hongos micorrícicos. Reconocimiento visual, tinción e identificación de estructuras micorrícicas. Medida ¿in vivo¿ de la actividad fosfatasa en raíces de plantas micorrizadas.

5. Determinación del contenido en nutraceúticos (antioxidantes, vitaminas, nutrientes) en diferentes variedades de plantas.



Prácticas Mixta de aula-campo

1. Proyectos de restauración Vegetal en un escenario alterado por actividades humanas (playa, marismas, ríos, escombreras mineras, campos agrícolas, zonas alpinas, canteras, graveras, obra civil).

Examen final (Tipo test y preguntas): Se valorará la adecuación del planteamiento, exactitud, corrección de las respuestas y rigor en la argumentación (70%).



Prácticas de Laboratorio y examen. Asistencia y realización de la práctica y del examen teórico-práctico. Se valorará la presentación del informe de las prácticas, el razonamiento adecuado de datos y utilización adecuada de unidades científicas, análisis correcto, interpretación y discusión de los resultados (20%)



Presentación de seminarios: 10%

Material didáctico con gráficas, tablas, dibujos, esquemas e ilustraciones sobre la materia. Protocolo de prácticas. Este material se elaborada por el profesor y se pone a disposición del alumno.

Basic bibliography

Azcón-Bieto J, Talón M. Fundamentos de Fisiología Vegetal. McGraw-Hill/Interamericana. Madrid. 2008.

Basra, A. S. y Basra, R. K. Mechanisms of Environmental Stress Resistance in Plants. Harwood Academic Publishers. 1997.

Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL. Biochemistry and Molecular Biology of Plants. American Society of Plant Physiologists. Rockville, Maryland. 2000

Fitter; A. H y Hay, R. K. M. Environmental Physiology of Plants. Academic Press. 2002.

Hale, M. G. y Orcutt, D. The Physiology of Plants under Stress. John Willey and Sons. 1987.

Jenks MA, Hasegawa PM. Plant Abiotic Stress. Blackwell Publishing. 2005.

Lambers, H; Chapin; F. S. y Pons, T. L. Plant Physiological Ecology Springer. 1998.

Larcher, W. Physiological Plant Ecology. Springer-Verlag. 1995.

Leclerc JC. Plant Ecophysiology. Science Publishers, Inc. Enfield (NH) Plymouth, UK. 2003.

Lüttge, U. Physiological Ecology of Tropical Plants. Springer. 1997.

Nobel PS. Physicochemical and Environmental Plant Physiology (2nd ed). Academic Press. San Diego. 1999.

Prasad, M. N. V. Plant Ecophysiology. John Wiley and Sons. 1997.

Pugnaire, F. I. y Valladares, F. Handbook of Functional Plant Ecology. Marcel Dekker Inc. New York. 1999.

Reigosa, M.J.; Pedrol, N.; Sánchez, A. La ecofisiología Vegetal: una ciencia de síntesis. Thomson. 2004

Rojas-Garcidueñas M. Fisiología Vegetal Aplicada. (4ª ed.). Interamericana-McGrawHill. 1993.

Salisbury F. & Ross C.W. 1994. Fisiologia Vegetal. Iberoamericana.

Taiz L, Zeiger E. Plant Physiology (3nd ed). Sinauer Assoc. Publishers. Sunderland. 2002.

Vicente Córdoba, C. y Legaz González, M. E. Fisiología Vegetal Ambiental. Ed. Síntesis. 2000.

Wilkinson, R. E. Plant-Environment Interactions. Marcel Dekker, Inc. 1994

In-depth bibliography

Attridge TH. Light and Plant Responses. Edward Arnold. London. 1990. Baker NR. Photosynthesis and the Environment. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. 1996. Kramer PJ, Boyer JS. Water Relations of Plants and Soils. Academic Press. San Diego. 1995. Pessaraki, M. Handbook of Plant and Crop Stress. Marcel Dekker. Inc. 1999. Wink M. Functions of Plant Secondary Metabolism. Sheffield Press. Sheffield. 1999.

Journals

Functional Plant Biology International Journal of Plant Science Journal of Experimental Botany Journal of Plant Nutrition Journal of Plant Growth Regulation Journal of Plant Physiology New Phytologist Photosynthetica Photosynthesis Research Physiologia Plantarum Phytochemistry Photochemistry and Photobiology Plant and Cell Physiology Plant Molecular Biology Plant Cell Reports Plant and Soil Plant Physiology Plant Physiology and Biochemistry Plant Science Planta