Cambios físicos y químicos que afectan la fotosíntesis y la respiración

Fotosíntesis y medio ambiente

Tienes mucho control sobre tu entorno. Si se encuentra en un lugar incómodo o peligroso, puede usar sus músculos para levantarse e irse. Al usar su cerebro, también puede encontrar una manera de mejorar las cosas. En su mayor parte, probablemente elija comer cosas que le gusten o que crea que son saludables; por lo menos, probablemente no coma cosas que no sean comida.

La mayoría de nosotros no creemos que las plantas tengan este tipo de control sobre su entorno. A pesar de no tener cerebro ni músculos, las plantas regulan su entorno interno de formas muy complejas.

Una de las cosas que deben hacer casi todas las plantas es la fotosíntesis. La fotosíntesis permite a las plantas convertir el dióxido de carbono en azúcares que pueden utilizar. Hablemos de algunos factores estresantes que interfieren con la capacidad de una planta para realizar la fotosíntesis de manera eficiente.

Estrés general

Muchos factores estresantes diferentes, incluidos el calor, la sequía y la salinidad, tienen efectos similares en algunos sistemas. Por ejemplo, estresar una planta hace que produzca más hormonas del estrés, como el ácido abscísico. Las concentraciones de enzimas que son necesarias para la fotosíntesis, como Rubisco y piruofosfato dikinasa, pueden disminuir.

Calor y sequía

Las plantas necesitan dióxido de carbono para la fotosíntesis. Obtienen este dióxido de carbono de la atmósfera a través de pequeños poros llamados estomas , pero también pierden agua a través de sus estomas. Entonces, si usted es una planta, desea abrir sus estomas para maximizar la fotosíntesis, ¡pero también puede cerrarlos si está seco afuera! Las plantas tienen la capacidad de abrir y cerrar sus estomas a través de “labios” llamados células protectoras . Las células protectoras que están llenas de agua están hinchadas como globos de agua y mantienen los estomas abiertos. Cuando las células de guarda se deshidratan, se cierran.

Un estoma

Entonces, las plantas que viven en ambientes secos a menudo realizan la fotosíntesis de manera menos eficiente. Debido a que el calor aumenta las tasas de evaporación, las plantas que viven en ambientes muy calientes también realizan la fotosíntesis de manera menos eficiente. La sequía severa marchitará otras células de la planta llamadas células mesófilas. Esto también puede inhibir la fotosíntesis. La luz regula la producción de muchas enzimas, por lo que las condiciones de luz extremas como las del desierto también desequilibran las enzimas fotosintéticas.

sal

Cuando una planta ingiere demasiada sal, la fotosíntesis se reduce en dos etapas: primero, una etapa de disminución lenta, luego, una disminución repentina y rápida de la fotosíntesis.

Esta primera etapa probablemente sea causada por nuestros viejos amigos, los estomas. La presión osmótica de la sal hace que el agua salga rápidamente de las células de protección. Como hemos comentado, esto hace que los estomas se cierren, lo que hace que la fotosíntesis sea más lenta porque puede que no haya suficiente dióxido de carbono.

En la segunda etapa, la sal provoca los cambios químicos de una planta de una manera más directa. La clorofila , el tinte que las plantas usan para recolectar energía de la luz solar, se produce de manera ineficiente en ambientes con alto contenido de sal. Iones como el sodio se acumulan en los cloroplastos , los orgánulos responsables de la fotosíntesis. Esto puede ser perjudicial para los cloroplastos.

Respiración

La respiración aumenta con la temperatura hasta unos 40 o 50 grados C. Luego, se nivela un poco, y después de los 50, la respiración comienza a disminuir porque la planta está dañada. La sequía, por otro lado, disminuye la respiración.

Sin embargo, en el campo, estos efectos se entrelazan y se vuelven confusos. Por ejemplo, las condiciones de sequía pueden disminuir la respiración directamente, pero también aumentar la temperatura del suelo, lo que puede aumentar la respiración.

Si aumenta repentinamente la salinidad del entorno de una planta, aumentará la respiración. Este fenómeno se conoce como respiración salina . Esto es posible porque la sal aumenta la demanda de respiración, ya que las plantas necesitan mover esos iones de sal. Sin embargo, a largo plazo, la salinidad disminuirá la respiración, porque la sal es tóxica para las plantas.

¿Porque es esto importante?

Ya sabes que las plantas tienen formas de lidiar con este tipo de factores estresantes. No todas las plantas mueren en condiciones desérticas calurosas y secas; los cactus pueden adaptarse bien a estas condiciones. No todas las plantas mueren en condiciones salinas; los manglares toleran bien la sal.

Pero probablemente no quieras vivir de una dieta de cactus y manglares. También es importante que las plantas de cultivo puedan realizar la fotosíntesis de manera eficiente para que podamos tener alimentos para comer. Desafortunadamente, el cambio climático está creando condiciones de sequía y temperaturas más extremas. Nuestra población humana de más de siete mil millones de personas significa que a veces tenemos que cultivar cultivos en tierras de cultivo menos que ideales. Entonces, ¿qué hacemos para ayudar a las plantas de cultivo a realizar la fotosíntesis de manera eficiente?

Algunos científicos están tratando de utilizar la biotecnología para desarrollar plantas transgénicas que tolerarán condiciones de calor, sequía y salinidad. Una planta transgénica es una planta a la que se le han insertado genes de un organismo diferente. A los biotecnólogos les gustaría que nuestras plantas de cultivo pudieran usar genes de otras plantas para que puedan resistir las duras condiciones del cambio climático.

Resumen de la lección

Las diferentes condiciones ambientales cambian la forma en que las plantas realizan la fotosíntesis, por una gran cantidad de razones que hemos examinado a nivel molecular. El estrés hace que las plantas liberen hormonas del estrés y puede regular a la baja las enzimas que son necesarias para la fotosíntesis. La luz también regula la producción de enzimas, por lo que las condiciones de luz extremas pueden confundir la producción de enzimas de una planta.

Las plantas necesitan dióxido de carbono para la fotosíntesis. Obtienen dióxido de carbono a través de orificios llamados estomas , que se abren y cierran a través de los labios llamados células protectoras . Los estomas también permiten que el agua se escape. Entonces, cuando hace mucho calor o está seco, las células de protección se desinflan, lo que hace que los estomas se cierren. Esto permite que las plantas conserven agua, pero reduce la concentración de dióxido de carbono, lo que reduce la eficiencia fotosintética. En condiciones de sequía severa, otras células de la planta se marchitan, lo que hace que la fotosíntesis sea menos eficiente.

Las condiciones saladas también hacen que los estomas se cierren, lo que también reduce la fotosíntesis. La sal se acumula en los cloroplastos , orgánulos responsables de la fotosíntesis, lo que puede hacer que funcionen mal. La sal puede inhibir la producción de clorofila , el pigmento que ayuda a las plantas a captar la energía luminosa.

El calor aumenta la respiración hasta cierto punto, después del cual la respiración disminuye. La sequía disminuye la respiración. La sal aumenta la respiración al principio, pero finalmente, la sal la disminuye.

Algunas plantas tienen adaptaciones que les permiten realizar la fotosíntesis bien incluso si se encuentran en ambientes cálidos, secos o salinos. Sin embargo, muchas de las plantas que los humanos usan como alimento no tienen estas adaptaciones. Los científicos están tratando de diseñar genéticamente plantas alimenticias que tengan estas adaptaciones, pero es un proceso difícil.