Las venas menores de las hojas existen diversos tipos de células de compañía

En las venas menores de las hojas se distinguen varios tipos de células de compañía que difieren en su ultraestructura y en la frecuencia de conexiones plasmodésmicas con las células vecinas, excepción hecha del tubo criboso, con el que siempre están profusamente conectadas.

En función de estas características, se distinguen varios tipos de configuración de las venas menores, en las que el número indica la cantidad de conexiones simplásticas entre la célula de compañía y las células de la vaina del haz: tipo 1 (configuración abierta), cuando son numerosas, y tipo 2 (configuración cerrada), cuando son escasas. Esta configuración de las venas menores está relacionada con el mecanismo de incorporación de los azúcares al complejo TC/CC y con su naturaleza.

Las células de compañía de mayor tamaño son las que se encuentran en la configuración de tipo 1 (abierta). Estas células reciben el nombre de células intermediarias. Presentan numerosas conexiones plasmodésmicas con las células de la vaina del haz (más de 10 por m²), por lo que se establece una continuidad simplástica entre las células del mesófilo y los elementos conductores.

Otras características citológicas de estas células son sus paredes lisas, la presencia de numerosos laberintos de retículo endoplasmático y la ausencia de cloroplastos y de granos de almidón. Las células de compañía sintetizan rafinosa y otros galactosil-oligosa- cáridos que, junto con la sacarosa y, en ocasiones, con los polialcoholes, son la forma de transporte de los azúcares en estas plantas.

La concentración de éstos en el complejo TC/ CC es ligeramente mayor que en las células del mesófilo. El 80% de las especies con este tipo de configuración son leñosas, habiéndose hallado, entre otras, en las familias Oleaceae (p. ej., Fraxinus ornus), Cucurbitáceas (Cucurbita pepo) y Lamiaceae (Coleous blumei). En Salix babilónica (Salicaceae), que presenta este tipo de configuración, sólo se encuentra sacarosa en los tubos cribosos, y en menor concentración que en el mesófilo. La sacarosa es también el único azúcar transportado en otras especies con esta configuración, como Vitis vinifera (Vitaceae).

En la configuración de tipo 1-2a (intermedia) se encuentran células de compañía ordinarias, de paredes lisas, con varias vacuolas y cloroplastos con membranas tilacoidales. El número de conexiones plasmodésmicas oscila entre 4 y 8 por m². Generalmente la sacarosa es el azúcar de transporte, y no se acumula en el complejo TC/CC en concentración mayor que La del mesófilo. Se ha descrito esta configuración en Gossipium hirsutum (Malvaceae) y Ricinus communis (Euphorbiaceae).

En la configuración de tipo 2a (cerrada primitiva), las características estructurales de las células de compañía son similares a las descritas en las especies del grupo anterior, pero difieren de aquéllas en la práctica ausencia de conexio¬nes plasmodésmicas con la vaina (menos de 0.1 por pm²). La mayor parte de las especies de este tipo son herbáceas, entre ellas el tabaco y la patata (Solanaceae) y la remolacha (Chenopodiaceae).

En la configuración de tipo 2b (cerrada avanzada), las células de compañía, que reciben el nombre de células de transferencia, presentan numerosas invaginaciones en la pared, particularmente en las regiones en las que no están en contacto con el tubo criboso, lo que aumenta la superficie del plasmalema. 

Se ha descrito esta configuración en especies de las familias Fabaceae (Pisum sativum) y Asteraceae (Lactuca sativa y Helianthus annuus), Balsaminaceae, Boraginaceae y Geraniaceae, entre otras. Las especies con una configuración cerrada transportan sacarosa, que en el lumen de los tubos se encuentra en mucha mayor concentración que en el mesófilo.

Se ha especulado con el significado evolutivo que pudieran tener la frecuencia en el número de plasmodesmos y la naturaleza de los azúcares transportados. Se considera que las configuraciones de tipo intermedio representarían La situación más primitiva, en que la continuidad simplástica permitiría el llenado de los tubos cribosos a favor de un gradiente de concentración de sacarosa, sin que se produzca una acumulación en sentido estricto.

La acumulación contra un gradiente de concentraciones sería consecuencia, por un lado, del desarrollo de un metabolismo específico de síntesis de azúcares en las células de compañía (configuración del tipo 1) y, por otro, con el aislamiento simplástico del complejo TC/CC (configuraciones de tipo 2). Este aislamiento simplástico del complejo TC/CC permite la acumulación de sacarosa en el tubo criboso a mayor concentración que las configuraciones abiertas. Las formas de los tipos 1 y 2 serían, por tanto, más evolucionadas, y su aparición sería resultado de dos procesos de evolución diferentes.

Aunque esta hipótesis sobre la evolución de la estructura del complejo TC/CC es atractiva, está en contradicción con algunas observaciones experimentales. La relación entre la configuración de las venas menores y la taxonomía no parece ser estricta. Así, la carga del floema en La especie Liríodendron tulipifera, que pertenece a la familia primitiva Magnoíiaceae, se ha descrito como apoplástica, tipo de carga característico de las venas con aislamiento simplástico y considerado más avanzado.

Por otro lado, en la familia Scrophularíaceae se encuentran especies con los tres tipos de configuración descritos. Además, en una misma planta pueden encontrarse al mismo tiempo células de transferencia y células intermediarias.

SUSTANCIAS TRANSPORTADAS EN EL FLOEMA

La naturaleza de las sustancias que se transportan en el floema se ha dilucidado analizando su contenido. Como las sustancias son arrastradas en el lumen del tubo criboso por un flujo de agua, toda sustancia en solución será transportada. Para determinar su composición, es necesario disponer de un volumen suficiente de fluido de floema no contaminado.

1. El fluido del floema se obtiene cortando los tubos cribosos

Como el contenido de los tubos cribosos se encuentra sometido a una presión positiva, se libera cuando aquéllos se cortan. De este modo es posible obtener un volumen apreciable de fluido del floema en Fraxinus sp., Ricinus sp., diversas cucurbitáceas y muchas palmas, en las que tal exudación se mantiene durante algunas horas o incluso días.

En otros casos, el volumen de fluido obtenido es muy escaso, debido al sellado rápido de los tubos cortados por la acumulación de proteínas P y la síntesis de calosa. Este sellado puede evitarse aplicando un agente quelante (p. ej., EDTA) en la superficie de corte, ya que la síntesis de calosa precisa iones calcio. De este modo, el volumen de exudado obtenido aumenta considerablemente.

El principal inconveniente de este procedimiento de obtención es que el fluido recolectado está contaminado por el contenido de otras células que resultan también afectadas por el corte. Además, el corte del tubo criboso causa la extravasación rápida de su contenido y, como consecuencia de ello, una disminución abrupta de la presión de turgencia, lo cual provoca la entrada de agua desde las células vecinas y la dilución de su contenido, y posiblemente el arrastre de componentes y orgánulos que, en condiciones de flujo normales, permanecen fijos, anclados en las paredes Laterales.

2. Los áfidos permiten obtener fluido del floema sin contaminar

Es posible obtener fluido del floema no contaminado por el contenido de las células vecinas gracias a la colaboración involuntaria de los áfidos. Estos insectos insertan su estilete (piezas bucales) directamente en el interior del elemento criboso, y se alimentan del fluido del floema que circula pasivamente por su tubo digestivo. Si se corta el estilete evitando que el áfido se mueva, el extremo del estilete continúa exudando durante varios días, obteniéndose así fluido sin contaminar de un único elemento criboso.

La inserción del estilete no desencadena el mecanismo de sellado de los tubos cribosos. El volumen de fluido que se obtiene de este modo es de hasta 5 uL por hora, cantidad muy pequeña desde el punto de vista analítico, pero considerable desde el punto de vista celular.

Representa unas 50 000 veces el volumen de un elemento criboso, lo que significa que éste se rellena nada menos que diez veces por segundo. Este valor demuestra la eficacia de los elementos cribosos para el transporte de un fluido en sentido longitudinal.

3. Composición del fluido del floema

La composición del fluido del floema es muy variable, dependiendo de la especie, la edad y el estado fisiológico del tejido que se analiza. Presenta, sin embargo, una serie de características comunes en todos los casos: un pH próximo a 8, superior al pH del citosol de las células del parénquima y mucho mayor que el pH del fluido de xilema, que oscila entre 5 y 6; un elevado contenido en materia seca, normalmente entre el 10 y el 25 %; un bajo peso molecular de las sustancias disueltas, que determina un potencial osmótico muy negativo de la solución, entre -1 y -3 MPa; y una viscosidad elevada, hasta dos veces superior a la del agua.

Los azúcares son el componente mayoritario del fluido del floema, ya que normalmente representan entre el 80 y el 90% de la materia seca total. En proporciones menores se encuentran proteínas, aminoácidos y amidas, ácido málico y diversos aniones y cationes inorgánicos.

También se encuentran fosfatos de nucleótidos, fundamentalmente ADP y ATP y, en concentraciones muy bajas, diversas hormonas vegetales, entre ellas auxinas, cito- quininas, giberelinas y ácido abscísico. El marcado isotópico ha permitido demostrar que la mayor parte de estas sustancias se transporta realmente en el lumen de los tubos cribosos, pero en algunos casos son componentes que se movilizan como consecuencia del corte del tubo criboso.

Composición química y características del exudado de ñoema de Ricinus communis y de Yucca flaccida.

	Ricinus communis	Yucca flaccida
Materia seca total (%) Sacarosa (%) Azúcares reductores (glucosa + fructosa) (%) Hexosas-fosfato Aminoácidos y amidas (molar) Ureidos Proteína total (%) Ácidos orgánicos (mEq L-1) Fosfato (mEq L-1) Sulfato (mEq L-1) Cloruro (mEq L-1) Nitrato (mEq L-1) Bicarbonato (mEq L-1) Potasio (mEq L-1) Sodio (mEq L-1) Calcio (mEq L-1) Magnesio (mEq L-1) Amonio (mEq L-1) Auxinas (milimolar) Giberelinas (milimolar) Citoquininas (milimolar) ATP (milimolar) PH Conductividad Potencial osmótico Viscosidad	10-12.5 8.0-10.6 Ausentes — 0.037 — 0.15-0.22 30-47 7.4-11.4 0.5-1.0 10-19 Ausente 1.7 60-122 2-12 1.0-4.6 9-10 1.6 0.60 x 10'4 0.67 x 10"5 0.52 x 10"4 0.40-0.60 8.0-8.2 1.32 mS-rrT1 (a 18 °C) -1.42 a -1.52 MPa 1.34 x 10"3 N-s-m"2 (a 20 °C)	17.1-19.1 15.0-18.0 0.4-0.8 Trazas 0.05-0.08 Trazas 0.05-0.08 ca. 7.0

1.1. Los azúcares del floema no tienen carácter reductor

La sacarosa es, por lo general, el azúcar más abundante (en ocasiones el único) del fluido del floema. Se encuentran, asimismo, cantidades variables de azúcares de la serie de rafinosa. Desde el punto de vista estructural y biosintético, estos azúcares derivan de la sacarosa por la adición de moléculas de galactosa, y son particularmente abundantes en las plantas con células intermediarias en las venas de las hojas; en las cucurbitáceas, la estaquiosa es el azúcar predominante en el floema.

En algunas familias, junto a la sacarosa se transportan alditoles como el manitol (en la familia Oleaceae), el sorbitol (en especies leñosas de la familia Rosaceae) o el dulcitol (en Celastraceae).

Una característica de estos compuestos es su carácter no reductor, ya que los carbonos anoméricos (grupos aldehido y cetona) están combinados formando un enlace glucosídico. No se encuentran azúcares reductores, y se considera que las pequeñas cantidades de fructosa y glucosa detectadas en ocasiones en el fluido del floema proceden de la contaminación de la muestra o de la hidrólisis de la sacarosa durante la extracción. No se conoce La razón por la que estos azúcares no se incorporan a los tubos cribosos.

Estructura química de los azúcares y algunos hexitoles (manitol y sorbitol) transportados en el floema. Característica común de estas sustancias es su carácter no reductor.

1.2. El potasio es el elemento mineral más abundante

En todos los casos se encuentran cantidades variables, pero significativas, de cationes y aniones inorgánicos. El contenido en cationes es siempre más elevado, y la solución se equilibra eléctricamente por la contribución de los aniones orgánicos, particularmente de malato. El catión más abundante es invariablemente el potasio; su concentración oscila entre 50 y 100 mM, por lo que contribuye significativamente al potencial osmótico del fluido. En concentraciones menores se encuentran el magnesio y el sodio. El fosfato y el cloruro son los aniones más abundantes.

La concentración de algunos iones, como el calcio y el hierro, es siempre muy baja. El ion nitrato, que es la forma en que se transporta el nitrógeno en el xilema de mucha; plantas, no se incorpora al floema.

1.3. El nitrógeno se transporta en forma de aminoácidos

En el fluido del floema se encuentra gran número de aminoácidos. Los más abundantes son el glutamato y el aspartato, bien en forma libre o como amidas (glutamina y asparagina). Ésta es también la forma en que se transporta el nitrógeno en el xilema de muchas especies.

El contenido en aminoácidos del fluido del floema varía ampliamente según la especie y el estado de desarrollo. Normalmente, su concentración oscila entre el 0.2 y el 0.5%, pero durante la senescencia de las hojas puede aumentar hasta el 5%.

1.4. En el floema se transportan proteínas

El contenido de proteínas en el exudado del floema oscila entre 0.2 y 2 gramos por litro. Los valores más elevados corresponden a los exudados de Cucurbita, Ricinus y Lupinus, especies en las que se ha realizado gran parte de los estudios de caracterización.

Al principio se consideraba que estas proteínas, o al menos algunas (entre ellas las proteínas P), no se movían en los tubos cribosos, y que su presencia en el exudado era consecuencia del aumento brusco de velocidad que se produce al cortarlos para obtener el contenido. Su presencia en los exudados obtenidos utilizando estiletes de áfidos, sistema que apenas altera la velocidad del transporte, y la comprobación de que las proteínas P pasan a través del injerto entre especies diferentes de Cucurbitaceae, demuestra que se transportan.

Se encuentran entre 100 y 200 moléculas de proteína diferentes, que tienen un significado muy diverso. Entre ellas hay proteínas estructurales (proteínas P), como se ha indicado anteriormente, que bloquean los tubos cribosos dañados, proceso que depende del calcio, diversas enzimas relacionadas con el metabolismo de los carbohidratos (sintetasa de sacarosa, deshidrogenasa de manitol, etc.) y diversas proteínas de mantenimiento. En este grupo se incluye un sistema de protección oxidativa (tiorredoxina-h, reductasa de glutatión, Cu/Zn superóxido dismutasa, peroxidasa) y varios inhibidores de proteasas.

Las proteínas que se encuentran en los elementos cribosos se sintetizan en las células de compañía y se incorporan al tubo criboso por los plasmodesmos. En algunos casos, la incorporación a los tubos cribosos es un proceso regulado, y el movimiento en los plasmodesmos puede estar asistido por una proteína acompañante (chaperone).

Otras proteínas, por el contrario, pueden entrar de modo no regulado por difusión en los mismos plasmodesmos. Este movimiento de difusión sería facilitado por la presencia de algunas proteínas del floema, que son capaces de abrir los poros aumentando el límite de exclusión molecular hasta un valor en el rango de 20-40 kDa.

1.5.  En el floema se transporta RNA

En el fluido del floema se encuentran más de 1500 moléculas distintas de mRNA, así como varios millares de moléculas de RNA de pequeño tamaño.

Las moléculas de mRNA presentes en el floema se sintetizan en las células de compañía, y son transportadas al tubo criboso por los plasmodesmos asistidas por proteínas; en el tubo criboso, estas moléculas de RNA serían estables, ya que la actividad ribonucleasa es muy baja.

Entre los transcriptos identificados se encuentra el del transportador de sacarosa SUT1, así como transcriptos de genes que controlan el ciclo celular, de reguladores transcripcionales y de respuesta a Las fitohormonas.

Por otra parte, no deben ejercer una función reguladora en su metabolismo, dado que los tubos cribosos adultos carecen de ribosomas y, por tanto, son incapaces de sintetizar proteínas.

Las moléculas de RNA de pequeño tamaño tienen un tamaño de entre 19 y 25 nucleótidos, y forman una población muy heterogénea y dinámica. Se encuentran moléculas de mi-RNA (micro RNAs), y de si-RNA (small interferíng RNAs).

Estos dos grupos de moléculas, que difieren en sus precursores y biogénesis, se unen a proteínas formando complejos que reprimen la expresión génica. Las moléculas de mi-RNA afectan a la producción de factores de transcripción y de otras proteínas reguladoras, alterando de este modo el desarrollo.

Las moléculas de si-RNA están implicadas en la defensa frente a las infecciones. Junto a éstas, se encuentran otras moléculas de RNA de significado desconocido.

1.6.  En el fluido del floema se encuentran sustancias no producidas por las plantas

Algunas moléculas orgánicas de síntesis se incorporan al tubo criboso y se distribuyen de este modo por la planta. Entre ellas se encuentran sustancias con efecto herbicida o plaguicida que, por el hecho de transportarse en el floema, reciben el nombre de sistémicas.

También se han detectado partículas virales. El floema es, en muchos casos, la vía de expansión de los virus en la planta.

4. EL MOVIMIENTO DE FOTOASIMILADOS. FUENTES Y SUMIDEROS

El transporte en el floema tiene lugar desde las fuentes a los sumideros.

Las fuentes son órganos en los que los azúcares se incorporan al tubo criboso. Ello implica la síntesis de formas de transporte, comúnmente sacarosa, y la disponibilidad de carbohidratos en cantidad superior a la necesaria para cubrir las necesidades metabólicas. Los carbohidratos pueden proceder directamente de la fotosíntesis (p. ej., en las hojas adultas) o de la movilización de reservas acumuladas anteriormente.

Los sumideros son órganos «importadores» de carbohidratos, en los que se produce la salida de azúcares del tubo criboso. Estos azúcares pueden ser utilizados en el metabolismo y el crecimiento (sumideros consuntivos) o almacenarse como reservas (sumideros de almacenamiento).

En algunos sumideros, las reservas tienen la misma estructura química que el azúcar de transporte. Son ejemplos de ello muchos frutos, los entrenudos de la caña de azúcar y la raíz napiforme de la remolacha, que acumulan grandes cantidades de sacarosa.

En otros casos, las sustancias acumuladas son diferentes a la forma de transporte, y pueden ser de menor peso molecular (la glucosa es el azúcar más abundante del fruto de la vid) o de peso molecular más elevado (el almidón es la forma de almacenamiento en los tubérculos de la patata y en los cotiledones y el endospermo de muchas semillas).

El hecho de que en algunos casos el transporte tenga lugar hacia órganos con una concentración de sacarosa superior a la de los órganos fuente (las hojas) demuestra que, más que la concentración, es la capacidad para acumular o tomar azúcares de los tubos cribosos el factor que determina que un órgano se comporte como fuente o como sumidero.

2.1. La posición de fuentes y sumideros varía durante la ontogenia

Durante las etapas iniciales de su formación, todos los órganos actúan como sumideros, y su desarrollo depende de los carbohidratos que reciben del resto de la planta. Después, algunos órganos pasan a comportarse como fuentes, convirtiéndose en exportadores netos de carbohidratos. Otros órganos, por el contrario, nunca llegan a ser fuente: son los llamados sumideros irreversibles. Los frutos constituyen un ejemplo característico de este comportamiento. A pesar del elevado contenido en sacarosa de muchos de ellos, ésta no puede ser recuperada por la planta madre en ninguna circunstancia.

La transición de sumidero a fuente ha sido bien estudiada en las hojas. En las hojas simples de las dicotiledóneas, dicha transición se inicia cuando la hoja no ha completado aún su expansión. Inicialmente, las regiones marginales de la hoja, de más edad, comienzan a exportar azúcares, mientras que las zonas basales, más jóvenes, actúan todavía como sumideros.

En estos momentos, esas regiones reciben azúcares tanto desde las zonas marginales como, a través del pecíolo, del resto de la planta. Cuando la hoja alcanza una superficie de aproximadamente la mitad de la definitiva, se completa la transición y la hoja se convierte en exportadora neta. Esta transición implica cambios bioquímicos y estructurales.

Aumenta la actividad de las enzimas que sintetizan sacarosa y disminuye la de las enzimas degradativas. Por tanto, se produce un aumento de la concentración de ese azúcar. Al mismo tiempo, se origina un cambio en el comportamiento del floema, que acumula sacarosa en vez de liberarla, lo que en muchos casos coincide con el aislamiento simplástico de los tubos cribosos.

Un proceso semejante tiene lugar en la raíz napiforme de muchas plantas bienales. Durante el primer año, de crecimiento vegetativo, estas plantas acumulan carbohidratos de reserva en la raíz. Durante el segundo año, en el que tienen lugar la floración y la fructificación, los carbohidratos de la raíz se movilizan hacia el tallo.

Estos cambios en el comportamiento se traducen en cambios en el sentido del transporte. En el tallo de tas plantas bienales, es basípeto (del tallo hacia la raíz) durante el primer año y acrópeto (de la raíz hacia el tallo) durante el segundo.

En el pecíolo de las hojas se observa un cambio similar en el sentido del transporte ligado al desarrollo, inicialmente hacia la lámina y posteriormente hacia el tallo. No existe, pues, una polaridad en el transporte del floema.

 

2.2. Las relaciones entre fuentes y sumideros dependen de la distancia y de las conexiones vasculares

El movimiento de los fotoasimilados en la planta viene determinado por la situación de las fuentes y los sumideros. En general, los sumideros son alimentados desde las fuentes más próximas; así, los ápices caulares y las hojas en desarrollo reciben la mayor parte de los metabolitos desde las hojas situadas en la región apical del vástago, mientras que las raíces tos reciben desde tas hojas más basales. Las hojas situadas en las regiones centrales del tallo exportan tanto hacia el ápice de éste como hacia las raíces.

Ello determina que el movimiento neto de los azúcares sea acrópeto en las regiones apicales y basípeto en las basales. Los flujos de transporte cambian durante la ontogenia de la planta al hacerlo la posición de las fuentes y los sumideros, y pueden ser manipulados experimentalmente. De este modo, la ablación de las hojas de la región apical del tallo aumenta el transporte hacia el ápice desde Las hojas situadas en posición más basal.

El movimiento de los fotoasimilados viene facilitado por la existencia de conexiones vasculares directas entre los órganos. Como en el tallo los tubos cribosos están próximos a la superficie y orientados longitudinalmente respecto al eje de aquél, las relaciones nutricionales son más intensas entre los órganos situados en el mismo ortóstico que entre órganos más próximos pero situados en ortósticos distintos.

Cuando se presenta una hoja adulta próxima al ápice del tallo con ¹⁴C0₂, los azúcares marcados se acumulan en los primordios foliares del mismo ortóstico y de ortósticos vecinos, pero apenas en los primordios formados en la parte opuesta del tallo.