Factores que afectan a la fotosíntesis REFORZAMIENTO DE CONTENIDOS Editado por: Juan Manuel Pinto C.-

Ingº Agrº Maria Elena Arboleda Sep 2005 La energía solar es atrapada mediante la fotosíntesis y es transformada en materia orgánica (energía química estable) Del proceso fotosintético proviene toda la materia orgánica, además del oxígeno atmosférico CO2 + H2O (CH2O) + O2 Ingº Agrº Maria Elena Arboleda Sep 2005

Ingº Agrº Maria Elena Arboleda Sep 2005 LOCALIZACION DEL PROCESO Estructura del Cloroplasto Ingº Agrº Maria Elena Arboleda Sep 2005

Introducción ENERGIA SOLAR Las reacciones dependientes de la luz ocurren en los tilacoides Las reacciones independientes de la luz ocurren en el estroma PRODUCTO FINAL: SACAROSA

Ingº Agrº Maria Elena Arboleda Sep 2005

Ingº Agrº Maria Elena Arboleda Sep 2005

ANTENAS CAPTADORAS DE LUZ FASE LUMINICA ANTENAS CAPTADORAS DE LUZ

FASE LUMINICA

Cada fotosistema contiene carotenos, clorofilas y proteínas Cada fotosistema contiene carotenos, clorofilas y proteínas. Estas moléculas captan la energía luminosa y la ceden a las moléculas vecinas presentes en cada fotosistema hasta que llega a una molécula de clorofila-a denominada molécula diana. Las diferentes sustancias captan luz de diferente longitud de onda. De esta manera, gran parte de la energía luminosa es captada. Fotosistema

CO2 CICLO DE CALVIN (C3) Ribulosa 1,5-difosfato Acido Fosfoglicerico REGENERACION CARBOXLACION ADP CO2 ATP Acido Fosfoglicerico CICLO DE CALVIN (C3) Ribulosa 5 P ATP ADP FOSFORILACION Acido 1,3 Difosfoglicerico NADPH Gliceraldehido 3 P NADP+ REDUCCION SACAROSA Y ALMIDON (CARBOHIDRATOS)

Fotorrespiración Respiración que depende de la luz detectable solo en las plantas C3. No es un proceso mitocondrial, están involucrados 3 organelos:cloroplasto, peroxisoma y la mitocondria. Se incrementa en la medida que la concentración de oxigeno aumenta ya que la RUBISCO trabaja como oxigenasa.

Fotorrespiración Al aumentar las temperaturas se favorece más el proceso de fotorrespiración que el de fotosíntesis debido a que a medida que aumenta la temperatura la afinidad de la RUBISCO por el CO2 disminuye, pero se mantienen igual su afinidad por el O2.

Fotorrespiración Disminuye la eficiencia fotosintética por: Reduce el número de moléculas de acido fosfoglicerico que potencialmente entrarían al ciclo de Calvin para producir azúcares y otros compuestos

MECANISMO DE FIJACIÓN DE CO2 DIFERENCIAS ANATOMICAS ENTRE PLANTAS CON DIFERENTES MECANISMOS DE FIJACIÓN DE CO2 CARACTERISTICA MECANISMO DE FIJACIÓN DE CO2 C3 C4 CAM Mesofilo en empalizada Presente Ausente Mesofilo esponjoso Vaina amilifera Poco diferenciada Bien diferenciada Cloroplastos en la vaina Pocos o ninguno Abundantes - Vacuolas Grandes Muy grandes

METABOLISMO C4 Fosfoenol piruvato Oxalacetato Células del mesófilo CO2 METABOLISMO C4 Fosfoenol piruvato Oxalacetato Células del mesófilo Malato Piruvato Piruvato Malato Células de la vaina CO2

METABOLISMO DE FIJACION DE CO2: CAM Obscuridad: Estomas abiertos Luz : Estomas cerrados Estoma cerrado. Impide la absorción de CO2 y la perdida de agua Absorción y fijación de CO2 : se acidifica la hoja CO2 atmosférico Descarboxilación del malato almacenado y refijación de CO2 interno: se desacidifica la hoja Estoma abierto. Entra CO2 y se pierde agua malato Fosfoenol piruvato oxalacetato malato piruvato Ciclo de Calvin triosafosfato malato almidones almidones malato

MECANISMO DE FIJACIÓN DE CO2 C3 C4 CAM CARACTERISTICA MECANISMO DE FIJACIÓN DE CO2 C3 C4 CAM Requerimiento teórico de energía (CO2:ATP:NADPH) 1 : 3 : 2 1 : 5 : 2 1 : 6,5 : 2 Enzima Carboxilante RuDP carboxilasa PEP carboxilasa y RuDp carboxilasa Tasa máxima de fotosíntesis neta (mg de CO2 / dm2 hoja/ hora) 15 - 35 40 - 80 1 - 18 Fotorespiración Presente Difícil de detectar Sensibilidad de la fotosíntesis a cambios de [ O2 ] si no - Temperatura Optima para: a.- Fijación de CO2 b.- Crecimiento 15 a 25 º C 20 a 35 º C 30 a 47 º C 30 a 35 º C ≈ 35 º C Saturación a la luz En ¼ a ½ de la plana exposición Si se satura es a plana exposición Relación de transpiración (g de agua/ g de MS) 450 - 950 250 - 350 50 - 55 Producción de materia seca (Ton/ha/ año) 22 ± 3,3 38, 6 ± 16,9 Variable

CONSIDERACIONES ECOLOGICAS EN CONSIDERACION A LOS DIFERENTES MECANISMOS DE ASIMILACION DE CO2 Las C4 tienen mayor capacidad de producción de materia orgánica que las C3 ya que no poseen foto respiración Las C4 tienen mayor capacidad competitiva en climas calidos y secos que las C3, ya que hacen un uso más eficiente del agua, tienen mayor capacidad fotosintética, menor dependencia térmica y no se saturan de luz

CONSIDERACIONES ECOLOGICAS EN CONSIDERACION A LOS DIFERENTES MECANISMOS DE ASIMILACION DE CO2 Las C3 son menos eficientes en condiciones de escaso suministro de agua pues los estomas se cierran y ellas no presentan un mecanismos concentrador de CO2 interno. Las C3 tienen ventajas sobre las C4 en climas fríos ya que sus temperaturas optimas para crecimiento (20-25ºC) y fotosíntesis (15-25ºC) son menores que para las C4 Las C3 son más eficientes fotosinteticamente en lugares sombreados que las C4 pues su punto de compensación de luz es menor

CONSIDERACIONES ECOLOGICAS EN CONSIDERACION A LOS DIFERENTES MECANISMOS DE ASIMILACION DE CO2 Las CAM ocupan hábitat áridos y desérticos excluyentes para C3 y C4 por que fijan el CO2 en las noches

Factores que afectan la fotosintesis EXTERNOS 1.- Intensidad de luz 2.- Temperatura 3.- Concentración de CO2 4.- Concentración de O2 5. Disponibilidad de agua

Factores que afectan la fotosintesis 1.- Intensidad de luz LIMITADO POR LUZ LIMITADO POR CO2 PUNTO DE COMPENSACIÓN DE LUZ CO2 CONSUMIDO: CO2 LIBERADO TASA DE RESPIRACIÓN OSCURA LUZ ABSORBIDA

.- Intensidad de luz PLANTA DE SOL PLANTA DE SOMBRA

- Temperatura

Temperatura CONCENTRACIONES SATURADAS DE CO2 CONCENTRACIONES DE CO2 AMBIENTALES

3.- Concentración de CO2

3.- Concentración de CO2

3.- Concentración de CO2

.- Concentración de CO2

FACTORES INTERNOS Mecanismo de asimilación del CO2 Área foliar Edad de la planta y de la hoja Estado nutricional Grado de hidratación