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Estándar: Conservación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• ES.B.CB2.CC.4: Diseña, evalúa y refina
una solución para reducir los impactos de
las actividades humanas en el ambiente y
en la biodiversidad. Ejemplos de las
actividades pueden incluir la urbanización,
la construcción de represas y la
diseminación de especies invasoras.
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Estándar: Consevación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• ES.B.CB4.CC.1: Evalúa la evidencia que apoya las
afirmaciones de que los cambios en las condiciones
ambientales pueden resultar en: (1) aumento en el número
de individuos de una especie, (2) el surgimiento de nuevas
especies y (3) la extinción de otras especies. El énfasis
está en determinar las relaciones de causa y efecto
respecto a cómo los cambios en el ambiente, tales como
la deforestación, la pesca, el uso de fertilizantes, las
sequías, las inundaciones y el índice de cambios en el
ambiente, afectan la distribución o desaparición de las
características en las especies.
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Estándar: Consevación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• ES.B.CB4.CC.2: Revisa y evalúa una simulación
para probar una solución que aminore los
impactos adversos de las actividades humanas en
la biodiversidad. El énfasis está en el diseño de
soluciones para un problema propuesto que esté
relacionado con una especie amenazada o en vía
de extinción; o con la variación genética de
organismos de múltiples especies.
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Estándar: Conservación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• ES.B.CB4.CC.3: Analiza cómo el ser
humano tiene la responsabilidad de
mantener el ambiente en buen estado para
la supervivencia de las especies.
• ES.A.CT1.CC.2: Describe la estructura y
los cambios que ocurren en la corteza
terrestre.
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Estándar: Conservación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• ES.A.CT3.CC.2: Ilustra, utilizando la tecnología, las
relaciones entre el manejo de los recursos naturales, la
sustentabilidad de la población humana y la biodiversidad.
Ejemplos de los factores que afectan el manejo de los
recursos naturales incluyen el costo de la extracción de los
recursos, el manejo de los desperdicios, el consumo per
cápita y el desarrollo de nuevas tecnologías. Ejemplos
de factores que afectan la sustentabilidad humana
incluyen la eficiencia agrícola, los niveles de
conservación y la planificación urbana.
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Estándar: Conservación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• ES.A.CT3.CC.5: Evalúa soluciones de diseño que están
compitiendo para desarrollar, manejar y utilizar recursos
de energía y minerales a base de índices de costo y
beneficios. El énfasis está en la conservación, el reciclaje,
la reutilización de los recursos (como los minerales y los
metales) donde sea posible y minimizar los impactos en
donde no es posible. Ejemplos incluyen desarrollar
mejores procesos y destrezas para el uso de los suelos
agrícolas, la minería (para el carbón, arena de alquitrán,
esquito bituminoso) y el bombeo (de petróleo y gas
natural).
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Estándar: Conservación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• ES.A.CT3.CC.6: Evalúa o propone una solución tecnológica que
reduzca los impactos de las actividades humanas en los sistemas
naturales. Ejemplos de los datos de los impactos de las actividades
humanas podrían incluir las cantidades y los tipos de contaminantes
que se emiten, cambios en la biomasa y en la diversidad de especies,
o el cambio en la superficie de un terreno de uso humano (como el
desarrollo de áreas urbanas, agricultura y ganado, o minerías).
Ejemplos de limitaciones de futuros impactos pueden variar desde
esfuerzos locales (como reducir, reusar y reciclar recursos) hasta
esfuerzos a grandes escalas, como soluciones de diseño de geo-
ingeniería (como la alteración de las temperaturas globales por medio
de grandes cambios en la atmosfera y en el océano).
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Estándar: Conservación y Cambio
• Indicadores Relevantes:
• ES.A.CT3.CC.9: Propone alternativas que ayudan
preservar nuestros ecosistemas para las
generaciones futuras, asegurando que incluyen el
desarrollo económico y la sustentabilidad.
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Estándar: Diseño para Ingeniería
• Indicadores Relevantes:
• ES.B.IT1.IT.2: Identifica una posible solución a un
problema real y complejo, dividiéndolo en
problemas más pequeños y manejables que se
pueden resolver usando conocimientos de
ingeniería.
• ES.Q.IT1.IT.2: Evalúa una solución a un problema
real y complejo a base de criterios como costo,
beneficio, seguridad, confiabilidad y
consideraciones estéticas, así como posibles
impactos sociales, culturales y ambientales.
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Estándar: Diseño para Ingeniería
• Indicadores Relevantes:
• ES.A.IT1.IT.3: Propone formas efectivas para
concienciar y promover posibles soluciones a
problemas ambientales tales como
contaminación de aire, suelo, agua, manejo de
desperdicios, protección de especies y recursos,
al igual que el desarrollo sostenible.
• ES.A.IT1.IT.10: Explica con ejemplos cómo la
tecnología impacta la calidad de vida desde el
punto de vista económico, social y ambiental.
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Estándar: Estructura y Niveles de Organizaciónde la Materia
• Indicadores Relevantes:
• ES.A.CT2.EM.2: Explica la importancia del agua
para los organismos y la necesidad de proteger
este recurso.
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Estándar: Interacciones y Energía
• Indicadores Relevantes:
• ES.A.CT2.IE.2: Analiza datos de geo-ciencias para afirmar que un
cambio en la superficie de la Tierra puede generar una reacción que
causa cambios en otros sistemas terrestres. Como ejemplos se deben
incluir las reacciones que ocurren y afectan el clima, tales como el
resultado de los gases de efecto invernadero que causan un aumento
en las temperaturas que derriten el hielo glacial, lo cual reduce la
cantidad de rayos solares que se reflejan en la superficie terrestre que
provoca un aumento en la temperatura de la superficie y reduce aún
más la cantidad de hielo. También la pérdida de vegetación causa un
incremento en la erosión de los suelos; y el represar los ríos aumenta
la recarga de aguas subterráneas, disminuye el transporte de
sedimentos e incrementa la erosión de las costas.
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Estándar: Interacciones y Energía
• Indicadores Relevantes:
• ES.A.CT3.IE.2: Evalúa el efecto de los seres humanos en las
comunidades y la capacidad del planeta Tierra para sostener las
poblaciones. El énfasis debería incluir la capacidad de tener
suficientes recursos naturales para satisfacer las necesidades básicas,
tales como agua, comida, y albergue.
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El terreno o “Soil” es un recurso vivo, pero limitado.
• Las plantas obtienen la mayoría del agua y
minerales de las capas superiores del
terreno.
• Además de agua y minerales, estas capas de
suelo contienen una gran variedad de
organismos vivos.
• Los organismos vivos juegan un papel clave en
el mantenimiento de estas capas de terreno.
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El terreno fértil o “Topsoil” es un recurso vivo, pero limitado.
• Cuando examinamos las capas de terreno nos
damos cuenta de que en realidad son un
ecosistema muy complejo, pero frágil.
• Las capas fértiles de terreno o “topsoil” toman
cientos de años en formarse pero pueden ser
destruidas en pocos años.
• “La nación que destruya su suelo, se
destruye a si misma”
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El terreno o “soil” es un recurso vivo, pero limitado.
• Para poder apreciar la importancia del suelo
como recurso, hay que entender sus
propiedades físicas básicas: su textura y
composición.
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Textura del suelo
• La textura del suelo depende del tamaño de
sus partículas; de mayor a menor son
clasificadas como: gravilla, arena, cieno y
arcilla.
• Gravilla (mayor de 2 mm), Arena (0.02-2 mm),
cieno (0.002-0.02 mm) y arcilla (menos de
0.002 mm).
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Textura del suelo
• El terreno está estratificado en capas llamadas
horizontes de suelo o “soil horizons”.
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Textura del suelo
• Los horizontes pueden tener grosores que
varían desde centímetros hasta metros.
• El Horizonte A (“Topsoil”) consiste de
partículas de minerales, organismos vivos y
humus (materia orgánica en descomposición).
• Se enfatizará en las propiedades del ”topsoil”
por su importancia para las plantas y la
agricultura.
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• Es importante establecer que las plantas
obtienen los nutrientes de la solución (agua y
minerales disueltos) del “topsoil”, no del
terreno directamente.
• Esta solución se encuentra en los poros o
espacios que se forman entre las partículas
que componen el suelo.
• Estos poros también contienen bolsillos de
aire.
Textura del suelo
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• Después de una lluvia fuerte, el agua drena al
terreno a través de los espacios grandes pero
parte del agua es retenida en los espacios
pequeños debido a la atracción de las
moléculas de H2O a la carga negativa de la
arcilla y a otras partículas de terreno.
Textura del suelo
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• Los “topsoils” mas fértiles son conocidos como
Margas o “Loams”.
• ¿Por qué las margas son el tipo de
“topsoil” mas fértiles?
• Porque contienen cantidades equitativas de
arena, cieno y arcilla.
Margas
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Las margas tienen la cantidad ideal de cieno y
arcilla para proveer suficiente superficie de área
para la adhesión y retención de agua y
minerales.
Además, contienen suficiente arena que provee
la separación adecuada de partículas para que
ocurra difusión de oxígeno para las raíces de las
plantas.
Margas
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• Se debe tener claro, que terrenos con mucha
arena no tienen la capacidad de retener
suficiente agua para que crezca mucha
vegetación.
• Por otro lado, los terrenos arcillosos retienen
demasiada agua y los espacios de aire se
llenan de agua y como consecuencia las
plantas se “sofocan” por falta de oxígeno.
• Las margas mas fértiles son las que tienen
50% de agua y 50% de aire en sus poros.
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Composición del “topsoil”
• La composición del suelo se refiere a sus
componentes inorgánicos (minerales) y sus
componentes orgánicos.
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Componentes inorgánicos
• Las cargas eléctricas de las partículas que
componen el suelo determinan qué nutrientes
se van a retener y puedan estar disponibles
para las plantas.
• Por lo general, las partículas del suelo tienen
cargas negativas permitiendo que cationes
como K+, Ca2+, Mg2+ se adhieren a estas.
• Esto previene que se pierdan (“leaching”) del
terreno junto con el agua de la escorrentía.
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• Estos cationes entran en la solución del suelo
y pueden ser absorbidos por las raíces de las
plantas.
• Es importante recordar que las plantas
obtienen los nutrientes de la solución y no del
terreno directamente.
Animation: How Plants Obtain Minerals from Soil
Componentes inorgánicos
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• Los cationes entran en solución mediante un
proceso conocido como intercambio de
cationes.
• En este proceso los cationes que están
adheridos a las partículas del terreno son
intercambiados por otros cationes, usualmente
H+, siempre y cuando el pH del terreno sea
ácido y ocurra la siguiente reacción:
• H2O + CO2 = H2CO3 + HCO3– + H+
Animation: How Plants Obtain Minerals from Soil
¿Cómo entran en solución los cationes ?
Intercambio de cationes
en el terreno.
Soil particle–
–– –
– – – –
–K+
K+
K+
Ca2+Ca2+
Mg2+
H+
H+
H2O + CO2 H2CO3 HCO3– +
Root hair
Cell wall
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Componentes orgánicos
• El componente orgánico principal del “topsoil” es el humus.
• Definimos humus como la materia orgánica producida por la descomposición de organismos muertos, heces fecales y hojas.
• El humus previene que las partículas de arcilla se compacten produciendo un tipo de suelo que retiene agua, pero es también suficientemente poroso como para mantener aire que será usado por las raíces.
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Componentes orgánicos
• Otros componentes orgánicos del “topsoil” son: bacterias, hongos, algas, otros protistos, insectos, lombrices de tierra, nemátodos y raíces de plantas.
• Una cucharita de“topsoil” contiene 5 billones de bacterias.
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Componentes orgánicos
• La acción de todos estos organismos ayudan a descomponer la materia orgánica y a mezclar el terreno, determinando las características físicas y químicas del suelo.
• Por ejemplo, las lombrices de tierra metabolizan la materia orgánica en inorgánica.
• Además, al moverse llevan los nutrientes a diferentes profundidades de las capas de suelo.
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Componentes orgánicos
• Las raíces de las plantas también influyen en la textura y composición del suelo.
• La adhesión de las partículas de terreno a las raíces disminuye la erosión.
• Por otro lado, el metabolismo de las plantas secreta ácidos al terreno, manteniendo un pH ácido, lo cual es crucial para la absorción de minerales en las plantas.
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Macronutrientes y Micronutrientes
• Se han identificado mas de 50 elementos
químicos como parte de los componentes
inorgánicos presentes en las plantas, pero solo
17 son considerados esenciales.
• Un elemento esencial se define como uno
que es requerido por la planta para completar
su ciclo de vida.
• La técnica de cultivo hidropónico se utiliza para
determinar cuál elemento químico es esencial.
Fig. 37-6
TECHNIQUE
Control: Solutioncontaining all minerals
Experimental: Solutionwithout potassium
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• Nueve de estos elementos esenciales son
definidos como macronutrientes, ya que las
plantas los necesitan en cantidades
relativamente altas.
• Estos macronutrientes son: carbono, oxígeno,
hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, potasio,
calcio y magnesio.
La técnica de cultivo hidropónico ha establecido que:
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• Existen otros ocho elementos químicos
esenciales que se necesitan en cantidades
relativamente pequeñas, los que se conocen
como micronutrientes.
• Los micronutrientes son: cloruro, hierro,
manganeso, boro, zinc, cobre, nickel, y
molybdenum.
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Síntomas de deficiencias de minerales
• Los síntomas de deficiencia mineral dependen
de la función del nutriente.
• Las deficiencias mas comunes son las de
nitrógeno, potasio y fósforo.
• Los síntomas de las deficiencias están
relacionadas a cambios en los colores de las
hojas.
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Síntomas de deficiencias de minerales
• Las deficiencias se pueden corregir mediante
la fertilización del terreno.
• Las deficiencias de micronutrientes también
puede ocurrir, pero se corrigen añadiendo
cantidades muy pequeñas.
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Conservación de suelo y agricultura sostenible:
• En los hábitats naturales la descomposición de
los nutrientes orgánicos e inorgánicos
mantiene los ecosistemas funcionales.
• En contraste con los ecosistemas naturales, la
agricultura agota los minerales del suelo, las
reservas de agua y promueve la erosión.
• El objetivo de una agricultura sostenible es la
de usar métodos que sean ambientalmente
amigables pero costo efectivos.
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La irrigación como mecanismo de suplir agua en la agricultura
• La irrigación es un proceso que drena agua en
cantidades muy altas, especialmente cuando el
cultivo es en áreas áridas.
• El recurso principal de irrigación son las
reservas de agua subterráneas conocidas
como acuíferos.
• El 75% de los recursos de agua dulce se
utilizan para la agricultura a nivel global.
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Irrigación
• El drenar los acuíferos tiene consecuencias
tales como el hundimiento del terreno.
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• La irrigación también puede dar lugar a la
salinización del terreno, la concentración de
sales en el suelo al drenar el agua.
• Una concentración alta de sal en el terreno
afecta significativamente la absorción de agua
en las plantas y eventualmente mueren.
Irrigación
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Fertilización del terreno para uso en la agricultura
• Los terrenos pierden una gran cantidad de
nutrientes cuando se remueve el cosecho.
• La Fertilización remplaza los nutrientes
minerales que se han perdido.
• Los fertilizantes comerciales son altos en
nitrógeno, fósforo y potasio.
• Los fertilizantes orgánicos consisten de
“manure”, remanentes de pescado y composta.
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Fertilización del terreno
• Una cantidad significativa de los fertilizantes
utilizados en la agricultura no son absorbidos
por las plantas.
• Este exceso eventualmente llega a los cuerpos
de agua causando lo que se conoce como
eutroficación.
• La eutroficación tiene el efecto de agotar el
oxígeno disuelto en el agua causando muerte
en masa a los peces e invertebrados locales.
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Agricultura y Erosión
• Al extraer las cosechas agrícolas, el terreno
queda desprovisto del sistema de raíces de las
plantas y como consecuencia ocurre erosión.
• La erosión de miles de acres de “topsoil”
ocurre comúnmente debido a la escorrentía del
agua y por causa del viento.
• Como consecuencia, se pierden los nutrientes.
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• La erosión puede reducirse mediante:
– La siembra de árboles para bloquear el
viento
– Cultivando en un patrón de contorno
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Previniendo la compactación del suelo
• La compactación del suelo debido al uso de
maquinaria pesada reduce el espacio de los
poros entre las partículas del terreno.
• La compactación del suelo disminuye el
intercambio de gases y reduce el crecimiento
de las raíces de las plantas.
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Fitoremediación
• Algunas áreas no son aptas para la agricultura
debido a que el terreno o el agua subterránea
están contaminadas con tóxicos.
• La tecnología conocida como fitoremediación
permite restaurar estos terrenos.
• La fitoremediación consiste en sembrar ciertas
plantas que tienen la capacidad metabólica de
extraer los contaminantes y luego ser
desechados de forma segura.
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“Plantas inteligentes”
• “Una planta inteligente informa al agricultor la
deficiencia de un nutriente antes de que ocurra
un daño irreparable.
• Por ejemplo, cuando las hojas se tornan a un
color azul tenue es indicativo de deficiencia de
fosfato.
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Modificaciones genéticas como método de mejorar la nutrición de las plantas.
• La ingeniería genética puede mejorar la
nutrición en las plantas y el uso de fertilizantes.
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Producción de Plantas Transgénicas:
Aplicación de la Biotecnología en la Agricultura
Ventajas: aumento en la producción de cosechas, reducción de
recursos como agua y fertilizantes y control de plagas de forma
compatible al ambiente.
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Tolerancia a las inundaciones
• Ciertas especies de plantas de arroz han
desarrollado resistencia a estar sumergidas
por varias semanas, esto es debido a una
mutación genética.
• El gen responsable de esta resistencia se
conoce como: “ gene Submergence 1A-1”.
• Este funciona codificando una enzima que
acelera la degradación del alcohol y permite
que la planta extienda su tolerancia a estar
sumergida.
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Tolerancia a las inundaciones
• La ingeniería genética ha introducido este gen
en el genoma de las otras especies de arroz y
como resultado toleran estar sumergidas por
un periodo de tiempo mayor.
• La ingeniería genética ha logrado transferir
genes con otras funciones a varias especies
de plantas y animales.
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Organismos Transgénicos relacionadoscon la Agricultura
• Microorganismos que previenen la
congelación de cosechas
(“ice minus”, “Frostban”).
• Plantas cuyas frutas tardan en madurar. Ej. tomates
“Flavr Savr™” (biosíntesis de etileno reducida).
• Plantas que producen maní con niveles elevados de
ácido oleico (mayor tiempo de vida).
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• Plantas resistentes a insectos, utilizada en tabaco,
maíz, algodón y tomate.
• Plantas resistentes a
herbicidas (canola, soya,
maíz).
• Plantas con resistencia a
virus (papaya, calabacines).
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•Plantas tolerantes a altas concentraciones de
sal o aluminio (en India cultivo de arroz
tolerante a agua salada).
•Plantas con mayor grado nutricional: arroz
que produce beta caroteno (precursor de
vitamina A) (“Golden Rice”), maíz con altos
niveles del aminoácido lisina (Mavera™).
“Golden Rice”
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• Plantas de arroz con genes de fotosíntesis de otro
organismo- aumenta la eficiencia de convertir luz
solar en almidón y aumenta la cosecha.
• Plantas de claveles violetas
(“Moonshadow carnation”)
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Epífitas, plantas parásitas y carnívoras
• Algunas plantas han desarrollado
adaptaciones nutricionales que las benefician
de otros organismos, pero de forma no
mutalista.
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Epífitas
• Una planta epífita es una que crece sobre otra
planta u otro substrato (bromelias y orquídeas).
• Obtiene agua de la lluvia y de la humedad del
hábitat donde vive.
• Obtiene nutrientes de la hojarasca.
• En esta relación no se compite con la planta
hospedera.
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• Las plantas parásitas absorben azúcares y
minerales de la planta hospedera.
• En esta caso si hay competencia con la planta
hospedera.
Plantas Parásitas
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• Las plantas carnívoras son fotosintéticas, pero
obtienen nitrógeno y otros nutrientes al matar y
digerir insectos.
Video: Sun Dew Trapping Prey
Plantas Carnívoras