Anatomía vegetal

¿Qué es la anatomía vegetal?

La anatomía vegetal es el estudio de los tejidos y estructuras vegetales, siendo una herramienta de gran importancia en la botánica y en las ciencias biológicas en general. Esta disciplina se enfoca principalmente en el estudio celular de los tejidos mediante microscopía, desde su origen hasta su desarrollo.

A menudo son excluidos todos los tejidos reproductivos que se estudian en conjunto en el campo de la embriología vegetal y la palinología. La forma en que las células se juntan y ordenan entre sí, es de gran interés en la anatomía vegetal.

Está íntimamente relacionada con otras áreas, como la fisiología de las plantas y su morfología. Las características observadas en la mayoría de los casos son diferenciales entre grupos de plantas y se emplean para establecer relaciones filogenéticas.

Historia de la anatomía vegetal

• Renacimiento. En sus inicios, la anatomía vegetal incluía también el estudio de la morfología de las plantas y sus características externas. Los primeros trabajos de anatomía vegetal y de botánica, realizados con ayuda del microscopio, se deben a Marcello Malpighi y Nehemiah Grew. Para 1675, Malpighi había publicado su obra Anatome plantarum, donde describe a través de ilustraciones algunas estructuras vegetales, como los estomas de las hojas. En 1682 Grew publica una obra con ilustraciones muy confiables sobre los tejidos vegetales, que demuestran la exactitud de sus observaciones. Dicha obra se llamó The anatomy of plants.
• Siglo XX. A partir de los 60 el desarrollo de la microscopia supuso un gran avance en todas las áreas de la anatomía vegetal. Y desde la mitad del siglo los estudios de anatomía se restringen exclusivamente al estudio de los órganos y tejidos internos, constituyendo la morfología una disciplina separada.

Microscopía y su uso en la anatomía vegetal

El estudio de las estructuras vegetales ha tenido un desarrollo íntimamente relacionado con la creación y evolución de la microscopia. Desde su invención en el siglo XVII, los microscopios se han desarrollado convirtiéndose en la herramienta que les dio forma a muchas áreas de la ciencia biológica.

Una de las primeras disciplinas en verse favorecida con el desarrollo de la microscopia fue la botánica, sobre todo en el estudio anatómico. Los científicos experimentales Robert Hooke y Anton van Leeuwenhoek se han reconocido por ser de los primeros en observar al microscopio y describir diversas estructuras durante el siglo XVII.

En los trabajos de Malpighi y Grew, la microscopía tuvo un papel fundamental, permitiendo el desarrollo de estas dos valiosas obras botánicas, convirtiendo a estos importantes científicos del siglo XVII en los pioneros de la anatomía vegetal y la micrografía botánica.

A partir de entonces, el estudio de la anatomía vegetal se ha desarrollado junto a la microscopía. Esta última fue evolucionando de acuerdo a las necesidades de conocimiento humano.

La microscopía es en el presente una herramienta imprescindible en el estudio de las estructuras vegetales, donde se hace uso desde sencillas lupas hasta microscopios electrónicos de avanzada tecnología.

¿Qué estudia la anatomía vegetal?

Se encarga del estudio de todos los tejidos y formas de organización de los mismos, presentes en las plantas. Esto indica que evalúa tanto los tejidos y organización celular interna como el estudio de las estructuras externas.

En las estructuras evaluadas están hojas, tallos, cortezas, raíces, ápices de tallos y raíces, meristemas y tejidos luego de la diferenciación celular, disposición celular en los órganos, entre otros.

Métodos y técnicas de la anatomía vegetal

Las técnicas aplicadas al estudio de la anatomía de las plantas son muy variadas. Cada una dependerá del tejido u órgano que se estudie.

En general, las preparaciones permanentes para estudios microscópicos son indispensables como fuente de información elemental tanto en la investigación como en la enseñanza. Sin embargo, para la fijación de muestras de diversos tejidos anatómicos deben ejecutarse una serie de técnicas básicas para su posterior observación.

Estas últimas se aplican debido a que los tejidos y sus componentes son difíciles de diferenciar de manera clara con observaciones directas.

Todas las plantas están formadas por los mismos tejidos básicos, dérmicos, fundamentales y vasculares. Dentro de estos tejidos, la manera en que se organizan las células difiere notoriamente entre las plantas y, por ello, los métodos anatómicos para procesarlas son distintos.

En general, el material botánico a estudiar debe cumplir con ciertas características. Por ejemplo, que las estructuras estén completamente sanas y desarrolladas. No deben tener daños estructurales externos o internos, que su coloración sea propia de las especies estudiadas y que el ejemplar del que se extraigan las muestras sea representativo.

• Fijación. El proceso de fijación busca conservar los tejidos y sus características morfológicas lo más similar posible a cuando el tejido estaba vivo. Se puede lograr bien sea con fijadores físicos o químicos. Los más ampliamente utilizados son los fijadores simples, como el etanol, metanol o acetona, que fijan por deshidratación. Funcionan muy bien para muestras pequeñas e incluso pueden conservar la pigmentación de los tejidos. También se pueden usar aldehídos, como formaldehido, glutaraldehído y acroleína. Otros fijadores coagulantes incluyen al etanol, el ácido pícrico, cloruro de mercurio y el trióxido de cromo. También se usan mezclas fijadoras, de las cuales existen más de 2.000 formulas publicadas, siendo las más frecuentes FAA, fijadores con ácido crómico, Mezclas de Farmer y Carnoy, entre otras. Siempre durante este proceso se debe tener especial cuidado con el tiempo de fijación y la temperatura a la cual se hace la misma, pues se pueden acelerar procesos como la autolisis. Por eso se recomienda realizar a temperaturas bajas y a un pH cercano al fisiológico del tejido para evitar la formación de artefactos en los tejidos que se presten a malinterpretaciones anatómicas.
• Deshidratación. Consiste en la eliminación del contenido del agua de los tejidos vegetales previamente fijados. Esto a menudo se realiza con un gradiente en incremento de agentes deshidratantes, que pueden ser solvente de la parafina o no, siendo la parafina uno de los principales agentes para incluir. La deshidratación con los solventes de la parafina se realiza principalmente con etanol en una serie de 30, 50, 70 y 95%. Luego de este proceso, los tejidos se transfieren a un agente deshidratador solvente de la parafina. En general, estos agentes hacen translúcidos a los tejidos. Los agentes más comunes son el xileno y el cloroformo. También se usa una serie de concentración para estos reactivos.
• Infiltración/inclusión de los tejidos en parafina. Esta operación se realiza con el fin de sustituir el medio de deshidratación con el medio de infiltración/inclusión. Esto otorga al tejido la suficiente rigidez como para realizar cortes delgados y firmes, debido al endurecimiento temporal de los tejidos y cavidades que presenta. El material más utilizado es la parafina histológica.
• Microtomía. Las muestras incluidas en bloques de parafina se seccionan con un micrótomo, el cual hace cortes lo suficientemente delgados como para poder observarlos al microscopio. Todas las estructuras morfológicas se conservan luego de realizar el corte de tal manera que se facilita el estudio del tejido. En general, los cortes tienen un grosor de 1 a 30 micrómetros. Son varios los tipos de micrótomos que se usan con frecuencia, entre ellos se encuentran el micrótomo de mesa, de congelación, criostato, de rotación, de deslizamiento y el ultramicrotomo. Algunos de ellos con cuchillas especializadas con diamante o vidrio.
• Tinción. Los cortes histológicos se tiñen para facilitar la observación y análisis de los diferentes componentes celulares. Los colorantes y técnicas de tinción se aplican dependiendo de qué estructuras se quiere observar con mayor facilidad. Los colorantes más comunes usados en botánica son la safranina “O”, verde rápido FCF, hematoxilina, Orange G, azul de anilina y azul de toluidina. La selección de un colorante u otro depende de la afinidad iónica del colorante con la estructura a teñir. También se pueden usar coloraciones de contraste, como la combinación de safranina “O” y verde rápido FCF. La safranina tiñe de rojo la cutina, paredes lignificadas, nucléolos, cromatina y taninos condensados, y de pardo rojizo, la suberina. El FCF tiñe de verde azuloso las paredes celulósicas y de tono verde violáceo el citoplasma. Por otro lado, los tejidos teñidos con azul de toluidina varían de azul oscuro/rojizo a azul ligero/rosa.
• Pruebas histoquímicas. Las pruebas histoquímicas se emplean para poner de manifiesto moléculas o familias de moléculas presentes en el tejido estudiado y evaluar su distribución tisular in situ. Estas pruebas pueden realizarse mediante reacciones químicas para detectar hidratos de carbono libres o conjugados, y pruebas de histoquímica enzimática donde se detecta actividad enzimática celular, incluso luego de la fijación química del tejido. El producto final de este conjunto de técnicas finaliza con la evaluación del corte histológico preparado con herramientas de microscopia. Se pueden emplear microscopios ópticos o electrónicos, bien sean de barrido o de transmisión. Muchos de estos caracteres son muy pequeños (ultraestructurales o micromorfológicos).
• Otras. Otras técnicas incluyen la maceración de los tejidos vegetales para separar sus componentes y observarlos de manera individual. Un ejemplo de esto es la maceración de tejidos como la madera, que facilita la observación de elementos traqueales y otras estructuras para hacer un análisis detallado de los mismos.

Referencias

1. Beck, C.B. An introduction to plant structure and development: plant anatomy for the twenty-first century. Cambridge University Press.
2. Blanco, C.A. La hoja: morfología externa y anatomía. Universidad Nacional del Litoral.
3. Osorio, J.J. Microscopía aplicada a la botánica. Curso teórico-práctico. División Académica de Ciencias Biológicas. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco.
4. Raven, P.H., Evert, R.F., Eichhorn, S.E. Biología de las plantas (Vol. 2). Reverté.
5. Sandoval, E. Técnicas aplicadas al estudio de la anatomía vegetal (Vol. 38). UNAM.