thumb|right|250px|Experimento de índice de germinación. La fisiología vegetal es la subdisciplina de la botánica dedicada al estudio de los procesos metabólicos de las plantas.MG Simpson. 2005. Plant Anatomy and Physiology. En: Plant Systematics. Elsevier Academic Press. Capítulo 10.
El campo de trabajo de esta disciplina está estrechamente relacionado con la anatomía de las plantas, la ecología (interacciones con el medio ambiente), la fitoquímica (bioquímica de las plantas), la percepción vegetal, la biología celular y la biología molecular.
Los fisiólogos botánicos estudian los procesos fundamentales tales como la fotosíntesis, la respiración, la nutrición vegetal, las funciones de las hormonas vegetales, los tropismos, los movimientos násticos, el fotoperiodismo, la fotomorfogénesis, los ritmos circadianos, la fisiología del estrés medioambiental, la germinación de las semillas, la dormancia, la función de los estomas y la transpiración, siendo estos dos últimos parte de la relación de las plantas con el agua.
Campo de estudio thumb|right|300px|Un sírfido (Eristalis arbustorum) polinizando una margarita (Leucanthemum vulgare) El campo de la fisiología vegetal incluye el estudio de todas las actividades internas de las plantas, los procesos químicos y físicos asociados a la vida. Esto implica el estudio a muchos niveles en escala de tamaño y tiempo. En la escala más pequeña se encuentran las interacciones moleculares de la fotosíntesis y la difusión interna del agua, minerales y nutrientes. A gran escala se encuentran el desarrollo, estacionalidad, dormancia y control reproductivo. El ámbito de la fisiología vegetal como disciplina se puede dividir en varias áreas de investigación principales.
En primer lugar, la fitoquímica estudia la gran diversidad de compuestos químicos que se producen para funcionar y sobrevivir (elementos que no se encuentran en otros organismos). Ya que no se pueden mover, deben defenderse químicamente de herbívoros, patógenos y de la competencia contra otras plantas, para ello producen toxinas y compuestos que producen mal olor o sabor. Otros productos las defienden contra las enfermedades, las permiten vivir durante las sequías y las preparan para la hibernación. Y aún otros los utilizan para atraer polinizadores o herbívoros que esparzan las semillas maduras.La fotosíntesis requiere una amplia serie de pigmentos, enzimas y otros compuestos para funcionar.
Segundo, el estudio de los procesos biológicos y químicos de las células. Las células vegetales tienen cierta características que las distinguen de las animales, las cuales dan origen a las principales diferencias de comportamiento y respuesta en relación con la vida animal. Por ejemplo, las células vegetales poseen una pared celular que restringe su forma y, por tanto, limita su flexibilidad y movilidad. También contienen clorofila, compuesto que interactúa con la luz de forma que les permite fabricar su propio alimento, en lugar de consumir otros seres vivos.
Tercero, estudia las interacciones entre sus células, tejidos y órganos. Las diferentes células y tejidos están física y químicamente especializados para llevar a cabo funciones específicas.
Cuarto, estudia la forma en que las plantas controlan o regulan sus funciones internas, como las fitohormonas producidas en una parte de la planta para alertar a las células de otra parte que deben producir una respuesta. Compuestos sensibles a la luz que responden a la duración de la noche para que la planta florezca en la estación del año apropiada, un fenómeno conocido como fotoperiodismo. La maduración de los frutos y la pérdida de hojas en invierno, funciones en parte controladas por el gas etileno que produce la propia planta.
Finalmente, la fisiología vegetal estudia el modo en que las plantas responden a las condiciones y cambios en el medioambiente, campo conocido como ecofisiología. El estrés por pérdida hídrica, los cambios en la química del aire o el hacinamiento con otras plantas pueden producir modificaciones en su funcionamiento. Estas modificaciones pueden estar afectadas por factores genéticos, químicos y físicos.
Bioquímica vegetal thumb|right|240px|Recolección de látex de un árbol del caucho.
Los elementos simples de los cuales están principalmente constituidos las plantas - carbono, oxígeno, hidrógeno, calcio, fósforo, etc. - no difieren de los de los animales, hongos o incluso bacterias. Los compuestos atómicos fundamentales en las plantas son iguales al resto de formas de vida; difieren únicamente los detalles en la forma en que se agrupan.
A pesar de esta semejanza subyacente, las plantas producen una amplia variedad de productos químicos con propiedades poco corrientes que utilizan para afrontar su medioambiente. Las plantas usan los pigmentos para absorber o detectar la luz, mientras que los seres humanos los extraemos para utilizarlos como tintes. Otros productos se usan para fabricar caucho o biofuel, pero quizás los más conocidos sean los de uso farmacológico, como el ácido salicílico (aspirina), morfina o digitalis. La industria farmacéutica gasta billones cada año en la investigación de compuestos vegetales para potenciales beneficios médicos.
Nutrición vegetal
Las plantas necesitan nutrientes para sobrevivir, algunos en grandes cantidades, como el carbono y el nitrógeno (macronutrientes). Otros (los micronutrientes), los necesitan en cantidades mínimas para mantenerse sanas y normalmente los absorben como iones disueltos en el agua desde el sustrato, aunque las plantas carnívoras los obtienen de sus presas.
La siguiente tabla muestra los nutrientes esenciales de uso generalizado entre las plantas.
+ Macronutrientes. (Necesarios en grandes cantidades) Elemento Forma de absorción Función Nitrógeno NO3–, NH4+ Ácidos nucléicos, proteínas, hormonas, etc. Oxígeno O2 H2O Celulosa, almidón, otros compuestos orgánicos Carbono CO2 Celulosa, almidón, otros compuestos orgánicos Hidrógeno H2O Celulosa, almidón, otros compuestos orgánicos Potasio K+ Cofactor en la síntesis de las proteínas, equilibrio hídrico, etc. Calcio Ca2+ Síntesis y estabilización de la membrana Magnesio Mg2+ Elemento esencial para la clorofila Fósforo H2PO4- Ácidos nucléicos, fosfolípidos, ATP Azufre SO42– Componente de proteínas y coenzimas + Micronutrientes. (Necesarios en pequeñas cantidades) Elemento Forma de absorción Notas Cloro Cl- Fotosistema II y función de los estomas Hierro Fe2+, Fe3+Formación de la clorofila Boro HBO3 Enlace covalente de la pectina Manganeso Mn2+ Actividad de algunas enzimas Zinc Zn2+ Participa en la síntesis de enzimas y clorofila Cobre Cu+ Enzimas para la síntesis de la lignina Molibdeno MoO42- Fijación del nitrógeno, reducción de nitratos Níquel Ni2+ Cofactor enzimático en el metabolismo de los compuestos del nitrógeno
Pigmentos thumb|right|200px|La antocianina es la responsable de la pigmentación púrpura intenso de estos pensamientos.
Los pigmentos forman parte de las moléculas más importantes para el funcionamiento de la planta. Constituyen una gran variedad de tipos diferentes de moléculas entre las que se encuentran porfirinas, carotenoides y antocianinas. Todos los pigmentos biológicos absorben selectivamente unas longitudes de onda de luz mientras reflejan otras. La planta puede usar la luminosidad absorbida para potenciar ciertas reacciones químicas, mientras que la luz reflejada determina el color del pigmento que se mostrará a la vista. thumb|right|200px|Molécula de la clorofila (modelo en 3D). La clorofila es el pigmento primario; es una porfirina que absorbe la longitud de onda roja y azul reflejando la verde, por lo que es precisamente su presencia y mayor o menor abundancia la que da el característico color verde a las plantas. Es también la que, al interceptar la luz, incentiva la fotosíntesis.
Los carotenoides son tetraterpenoides rojos, naranjas o amarillos. Funcionan como pigmentos accesorios ayudando a incentivar la fotosíntesis al reunir longitudes de onda que no han sido absorbidas por la clorofila.
Las antocianinas son flavonoides pigmentarios liposolubles que se muestran rojos o azules dependiendo del pH. Se dan en todos los tejidos de las plantas superiores, dando color a las hojas, tallos, raíces, flores y frutos, aunque no siempre en cantidades suficientes para que sean apreciables.
Las betalainas son pigmentos rojos o amarillos y, al igual que las antocianinas, son liposolubles pero, a diferencia de ellas, son compuestos indol-derivados sintetizados de la tirosina. Este tipo de pigmentos se encuentran solamente en el orden Caryophyllales (incluidos cactus y Amaranthus) y nunca coinciden en plantas que contengan antocianinas. Son las responsables, por ejemplo, del profundo color rojo de la remolacha (Beta vulgaris) y se usan comercialmente como colorantes alimenticios. Los fisiólogos no están seguros de la función que realizan en las plantas que las contienen, sin embargo algunas evidencias preliminares afirman que podrían tener propiedades fungicidas.
Señales y reguladores thumb|right|220px|Una mutación que bloquea la respuesta a la auxina provoca el crecimiento anormal en esta Arabidopsis thaliana (derecha). Las plantas producen hormonas y otros reguladores de crecimiento que actúan para indicar una respuesta fisiológica en sus tejidos. También producen compuestos, tales como fitocromo, que son sensibles a la luz y sirven para activar el crecimiento o el desarrollo en respuesta a señales medioambientales.
Hormonas vegetales
Las fitohormonas son compuestos químicos que regulan el crecimiento de una planta. Según una definición estándar del mundo animal, las hormonas son moléculas señalizadoras producidas en ubicaciones específicas que se dan en concentraciones muy bajas y causan procesos alterados en células concretas en otras ubicaciones. A diferencia de los animales, las plantas carecen de órganos o tejidos productores de hormonas, por lo que a menudo no son transportadas a otras partes de la planta, ni su producción está limitada a ubicaciones específicas.
Estas hormonas son sustancias químicas que, en pequeñas cantidades, estimulan e influyen en el crecimiento, desarrollo y diferenciación de células y tejidos. Son vitales para el crecimiento; afectando procesos que van desde la floración hasta el desarrollo de las semillas, la dormancia y la germinación. Regulan qué tejidos deben crecer hacia arriba y cuales hacia abajo, la formación de las hojas y el crecimiento del tallo, el desarrollo y maduración del fruto, así como la abscisión foliar e incluso la muerte de la planta.
Las hormonas vegetales más importantes son el ácido abscísico (ABA), auxinas, etileno, giberelina y citoquinina, aunque hay muchas otras sustancias que sirven para regular la fisiología vegetal.
Fotomorfogénesis Mientras que la mayoría de la gente conoce la importancia de la luz para la fotosíntesis, pocos se dan cuenta de que la sensibilidad de la planta a la luminosidad desempeña un papel en el control de su desarrollo estructural (morfogénesis). Este uso de la luz para controlar el desarrollo estructural se llama fotomorfogénesis y depende de la presencia de fotorreceptores especializados, los cuales son pigmentos químicos capaces de absorber ondas de luz específicas.