Exercicis: Les fitohormones

Què és una fitohormona i en què es diferencia d'una hormona animal pel que fa al seu lloc de producció, el seu transport i les seves cèl·lules diana?

Cita dues fitohormones (per exemple auxines, giberel·lines, citoquinines, etilè o àcid abscísic) i descriu l'efecte principal de cadascuna en la planta.

Defineix tropisme i distingeix fototropisme, geotropisme i tigmotropisme, indicant l'estímul i un exemple de resposta en cada cas.

Cita les cinc fitohormones clàssiques (auxines, giberel·lines, citoquinines, etilè i àcid abscísic) i associa cadascuna amb un procés característic (allargament de la tija, creixement del fruit, divisió cel·lular, maduració, dormició i tancament d'estomes).

Explica què és el fototropisme i raona per què és una resposta lenta de creixement diferencial i no un moviment ràpid com el de la mimosa.

Què és el gravitropisme (geotropisme)? Explica per què l'arrel creix cap avall i la tija cap amunt encara que la llavor se sembri en qualsevol posició, indicant què perceben les cèl·lules (estatòlits amb midó).

Defineix la dormició de les llavors i de les gemmes, i explica quines fitohormones la mantenen (àcid abscísic) i quines la trenquen (giberel·lines), així com el seu valor adaptatiu (evitar germinar a la tardor).

Explica què és l'abscisió i quin paper juguen l'etilè i la caiguda d'auxines en la formació de la capa d'abscisió que fa caure les fulles a la tardor.

Una tija il·luminada des d'un costat es corba cap a la llum, com mostra l'esquema (els punts violetes són auxines). Explica aquest fototropisme positiu de la tija a escala hormonal: què els passa a les auxines a la zona d'ombra i com aquesta distribució desigual produeix la curvatura.

Diferencia nàsties i tropismes, posant com a exemples el tancament dels folíols de la Mimosa pudica al tacte i el fototropisme del gira-sol, i indicant què les distingeix en velocitat i permanència de la resposta.

En fructicultura s'utilitzen fitohormones per obtenir fruits sense llavors (partenocàrpia) i per arrelar esqueixos. Explica quina fitohormona intervé en cada aplicació i quin avantatge comercial o agrícola aporta.

L'experiment de Went va demostrar l'existència de l'auxina. Descriu el seu muntatge (àpexs de coleòptil sobre blocs d'agar, aplicació asimètrica del bloc a tiges decapitades) i explica quina conclusió va permetre: el senyal del creixement és una substància química difusible.

Distingeix fruits climatèrics (plàtan, poma, tomàquet) de no climatèrics (taronja, raïm, maduixa): què passa amb l'etilè i la respiració en cada grup, què implica per a la seva recol·lecció i com les cambres d'atmosfera controlada retarden la maduració.

La «malaltia de la tija ximple» de l'arròs (bakanae) feia créixer les plantes malaltes de manera desproporcionada. Explica què va descobrir el seu estudi i cita dues aplicacions agrícoles de les substàncies descobertes, indicant en què es basen.

L'àcid abscísic és l'«hormona de l'estrès hídric». Explica com es produeix a l'arrel quan el sòl s'asseca, quina ordre porta a les fulles (tancament d'estomes) i quin avantatge té per a la planta anticipar-se a la deshidratació encara que tanqui l'aixeta del $\text{CO}_2$.

L'herbicida 2,4-D és una auxina sintètica que mata dicotiledònies respectant els cereals. Explica per què una hormona de creixement en dosis altes mata la planta (creixement descontrolat i desordenat) i raona quin avantatge i quin risc té utilitzar hormones com a herbicides.

Un estudiant sosté que les plantes es corben cap a una finestra il·luminada perquè la llum destrueix químicament les auxines al costat il·luminat, frenant-ne el creixement, i no perquè es redistribueixin cap al costat ombrejat. a) Dissenya un experiment controlat que permeti discriminar entre ambdues hipòtesis (degradació fotoquímica enfront de transport lateral) utilitzant coleòptils de civada, làmines impermeables de mica i blocs d'agar. b) Prediu raonadament els resultats que obtindries en cada tractament si la hipòtesi del transport lateral fos la correcta. c) Justifica quins controls són indispensables per garantir que la incisió mecànica de les làmines no esbiaixi els resultats del creixement.

Un contenidor marítim carregat de plàtans verds i alvocats arriba a port completament sobremadurat i podrit, tot i que el sistema de fred va funcionar correctament a 12 °C durant tota la travessia. a) Explica la base hormonal d'aquest problema identificant la fitohormona responsable, el seu mecanisme de retroalimentació positiva i per què els fruits climatèrics comporten aquest risc. b) La naviliera rumia dues mesures preventives: instal·lar filtres amb permanganat de potassi o tractar la fruita amb 1-metilciclopropè (1-MCP). Justifica l'efecte fisiològic que tindria cadascuna d'aquestes opcions sobre la conservació de la càrrega. c) Si en lloc de plàtans el carregament hagués estat de taronges, s'hauria desencadenat el mateix col·lapse de maduració massiva? Raona la teva resposta distingint ambdós tipus de fruits.

En un bioassaig de laboratori s'analitzen quatre lots de plàntules de mongetera sotmeses a diferents tractaments: Lot 1 (planta intacta control); Lot 2 (decapitació de l'àpex caulinar); Lot 3 (decapitació de l'àpex i col·locació immediata d'un bloc d'agar ric en àcid indolacètic sobre el tall); Lot 4 (decapitació i aplicació tòpica continuada de citoquinines directament sobre els rovells axil·lars basals). a) Prediu el desenvolupament dels rovells laterals en cada lot al cap de dues setmanes i justifica biològicament les teves prediccions en funció del balanç auxina/citoquinina. b) Explica la procedència i la direcció del transport d'ambdues fitohormones en una planta intacta. c) A partir d'aquests mecanismes, justifica fisiològicament per què un jardiner ha de fer podes d'esponçament periòdiques si vol aconseguir una tanca ornamental molt ramificada i compacta des de la base.

Per determinar com viatja el senyal del fototropisme, es dissenyen quatre tractaments amb coleòptils de gramínies il·luminats unilateralment des de la dreta: 1) coleòptil intacte; 2) àpex tallat i tornat a col·locar sobre una làmina de gelatina permeable a l'aigua; 3) àpex tallat i tornat a col·locar amb una làmina de mica impermeable interposada horitzontalment entre l'àpex i la base només a la meitat il·luminada; 4) àpex tallat i tornat a col·locar amb la làmina de mica impermeable interposada horitzontalment només a la meitat ombrejada. a) Prediu raonadament en quins dels quatre tractaments s'observarà curvatura cap a la llum i en quins no. b) Interpreta què demostra el tractament amb gelatina respecte a la naturalesa física o química del senyal enfront del tractament amb mica. c) Dissenya una variant en foscor total, utilitzant blocs d'agar asimètrics sobre coleòptils decapitats, que demostri que la curvatura no requereix llum directa, sinó una concentració diferencial de la substància activa.

Un agricultor detecta que les seves pomeres joves creixen de forma columnar amb un únic eix vertical dominant, fet que redueix la producció de flors i fruits a les branques baixes. D'altra banda, necessita espessir ràpidament una tanca paravent perimetral acabada de plantar. a) Justifica la causa fisiològica de l'arquitectura columnar de les pomeres i raona quin tipus de poda (esponçament de l'eix principal o aclarida de branques baixes) ha d'aplicar en cada cas per solucionar tots dos problemes. b) Si en lloc de podar les pomeres decidís emprar tractaments hormonals, quina fitohormona hauria d'aplicar i en quina zona anatòmica concreta per induir la brotació de les gemmes laterals sense tallar l'àpex? c) Prediu quina conseqüència tindria a llarg termini sobre el sistema radicular una poda dràstica i contínua de tota la capçada aèria, tenint en compte la síntesi i el transport polar d'auxines.

En horticultura intensiva s'empren fitohormones sintètiques per dirigir el desenvolupament vegetal. Analitza els següents tres casos pràctics: 1) En polvoritzar flors no pol·linitzades de tomàquet amb auxines a baixa dosi, es formen fruits normals en mida però sense llavors; 2) En aplicar una dosi alta de l'anàleg auxínic 2,4-D sobre un camp mixt, les males herbes de fulla ampla (dicotiledònies) moren per desorganització metabòlica mentre que el conreu de blat (monocotiledònia) no pateix danys; 3) Un lot d'esqueixos submergit en una dissolució concentrada d'àcid indolbutíric (AIB) presenta necrosi basal en lloc d'emetre arrels. a) Justifica el mecanisme biològic que genera partenocàrpia en el cas 1 i raona el seu interès comercial. b) Explica la paradoxa del cas 2: com pot actuar una hormona promotora del creixement cel·lular com a herbicida selectiu letal? c) Dissenya un bioassaig per identificar el rang òptim de concentració d'AIB que maximitzi l'arrelament adventici sense assolir els nivells fitotòxics del cas 3.

En un hivernacle experimental es connecten dues cambres mitjançant un circuit de ventilació unidireccional: la cambra A conté plantes de tomàquet sotmeses a herbivoria per erugues (Spodoptera littoralis); la cambra B conté plantes de tomàquet intactes i sanes que només reben l'aire procedent de la cambra A. Al cap de 48 hores, les plantes de la cambra B, malgrat no haver tingut contacte amb cap insecte, incrementen significativament la seva concentració d'inhibidors de proteases a les fulles. a) Explica la cascada de senyalització sistèmica dins de les plantes atacades de la cambra A, detallant la funció de l'àcid jasmònic des de la ferida inicial fins a la resposta defensiva. b) Formula una hipòtesi plausible sobre el mecanisme químic pel qual les plantes de la cambra B s'anticipen a l'atac i detecten el perill. c) Prediu què passaria si les plantes de la cambra A fossin mutants deficients en la síntesi d'àcid jasmònic i què passaria si les plantes de la cambra B fossin insensibles a compostos orgànics volàtils (COV).

En una avinguda urbana s'analitza la fenologia tardoral de dos plàtans d'ombra (Platanus × hispanica) de la mateixa edat: l'arbre A està situat sota un fanal LED que il·lumina intensament la seva capçada durant tota la nit, mentre que l'arbre B creix en un tram fosc. A finals de novembre, l'arbre B ha perdut totes les fulles després de groguejar, mentre que les branques de l'arbre A properes al fanal conserven fulles verdes que moren congelades després de la primera glaçada de desembre. a) Interpreta per què el fanal retarda la senescència foliar, identificant l'estímul ambiental alterat, els fotoreceptors implicats i el balanç hormonal (auxines enfront d'etilè) a la zona d'abscisió. b) Explica quins avantatges metabòlics va obtenir l'arbre B en degradar ordenadament la clorofil·la i mobilitzar nutrients cap al tronc abans de la caiguda, enfront de les pèrdues sofertes per l'arbre A. c) Si a començaments de tardor s'amputa el limbe d'una fulla deixant únicament el pecíol unit a la tija, prediu el moment de la seva abscisió en dues situacions: pecíol sense tractar enfront de pecíol amb pasta de lanolina rica en auxines aplicada al seu extrem tallat. Justifica la teva predicció.