Fotosíntesis: Conceptos Avanzados I
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Fotosíntesis: Conceptos Avanzados I
En este post vamos a intentar indagar un poco más en el proceso fotosintético de las plantas, intentando observarlo desde una perspectiva un poco diferente a la que hemos venido teniendo en general.
Entender los procesos metabólicos que acompañan a una planta es realmente importante para conocer cuáles son los factores que hay que tener en cuenta para el desarrollo de la misma en condiciones controladas.
Si nos quedamos anclados en el paradigma de la “planta necesita luz para vivir” o en la manida aseveración por ejemplo de “cuanta más luz más producción”, sin llegar a entender como utiliza la luz la planta y que factores entran en juego en ese proceso, creo que realmente no extraeremos todo el conocimiento que de este hobby deberíamos obtener, sólo centrándonos de manera “maquiavélica” en la obtención de resultados productivos. El que esto suscribe entiende el gusto por el cultivo como algo que debe proporcionar conocimiento y enriquecer a la persona.
Todas las plantas asimilan y fijan carbono a través de un ciclo fotosintético, este proceso a veces no es bien entendido, como ejemplo: En el proceso fotosintético es un error pensar que las plantas tienen dos fases bien diferenciadas, fase lumínica y fase oscura que son inamovibles. El error reside en que la denominada fase oscura se realiza tanto de día como de noche, no sólo en oscuridad y sólo es dependiente de la fase luminosa al respecto de las moléculas energéticas (ATP y NADPH) que se producen en esa fase con iluminación. Esta fase se llama oscura, no porque ocurra de noche, sino porque no requiere de energía de la luz para poder concretarse, en esta fase la planta obtiene las moléculas derivadas del carbono, las proteínas y lípidos que le permiten vivir, pero es un proceso que se da también durante la fase lumínica.
Hablar de “fases” puede inducir a un error bastante común: los dos procesos no tienen por qué ocurrir separadamente, ni mucho menos uno detrás del otro. La relación entre ellos es más bien de dependencia, no de sucesión. En este sentido se puede llegar a afirmar que las plantas con fotoperiodo de 24 h, producirán más, pues no es así de cierto, puesto que las plantas no tienen la capacidad de absorber toda la luz que se les proporciona, y esto es así porque la velocidad de las reacciones que se producen en la planta son realmente el elemento limitante, no sirve de nada dar más luz, cuando estoy produciendo lo mismo, e incluso puedo inducir efectos negativos, como el estrés lumínico…parece mentira , pero las plantas pueden verse afectadas negativamente por exceso de luz, es lo que denominan en ecofisiología vegetal como fotoinhibición.
Cannabis sativa L. es un tipo de planta específico, a ese respecto, es una planta englobada dentro de las plantas con metabolismo (del carbono) C3. Las plantas con mecanismo de fijación de carbono tipo C3 se caracterizan porque la molécula encargada de aceptar el CO2 se llama Ribulosa Bifosfato (RuBP) para obtener como primer compuesto del proceso el 3-Fosfoglicerato (que contiene 3 átomos de C, de ahí el nombre C3), en llamado como Ciclo de Calvin-Beson, aquí empieza el proceso que hace que una planta obtenga su energía para vivir mediante la elaboración de azúcares y otras síntesis de interés.
La mayor parte de la plantas de la tierra son C3, pero existen otros dos tipos como pueden ser las C4 y CAM, todas con características definidas y adaptadas evolutivamente a condiciones diferentes. Como hemos mencionado el Cannabis es una planta C3, se trata de plantas propias de climas templados, no adaptadas a intensa luz solar, de climas de temperaturas moderadas, buena disponibilidad de agua y concentraciones de CO2 atmosférico de entorno a los 200-300 ppm.
Así os apuntamos algunos cosas interesantes de este tipo de plantas C3 y que son de aplicación por tanto al Cannabis sp.
- Estas plantas transpiran el 97% del agua que han obtenido de sus raíces, por lo que son plantas realmente muy poco eficientes en cuanto a la eficiencia en cuanto al consumo de agua. Son plantas con gran poder evaporativo, en situaciones de alta temperatura e iluminación, y todo es debido a mecanismos de protección, puesto que son plantas que tienen serias dificultades para regular su temperatura óptima.
- En plantas C3 la eficiencia de la fotosíntesis disminuye al aumentar la temperatura, se asume que por encima de los 30 ºC las plantas C3 ven su mecanismo de fotosíntesis alterado. Del mismo modo la actividad fotosintética se frena por debajo de los 6ºC.
- Las plantas C3 cuando se ven sometidas a temperaturas elevadas e iluminación elevada emiten una especie de neblina de un compuesto denominado isopreno, que actúa como un refrigerante. Este compuesto está conformado por carbono, por lo que la planta cuando está sometida a estrés pierde carbonos, que utiliza en la síntesis de este compuesto, y por tanto su capacidad de producción se ve alterada.
- Las plantas C3 sometidas a altas iluminaciones están sometidas al proceso denominado como fotoxidación de los pigmentos fotosintéticos y destrucción de los mismos. Del mismo modo en situaciones de ambientes de temperaturas elevadas y sequedad la plantas C3 cierran los estomas, para evitar la pérdida de agua, esto hace que acumulen O2 en la hoja, cuando esto ocurre la concentración de CO2 se reduce. En este proceso la planta consume los azucares que había producido, pierde agua y CO2 además pierde energía al no generar ATP ni NADH, puesto que el cierre estomático determina la no absorción de CO2 y por tanto la producción de estas moléculas energéticas, es lo que denominamos como fotorrespiración, y es negativo para la planta. Sin luz no hay fotorrespiración, esto hay que tenerlo en cuenta.En condiciones naturales (y dependiendo de qué ambientes) no se observa generalmente este fenómeno de saturación de la fotosíntesis debido a que las plantas se dan sombra unas a otras.
- En plantas C4 el óptimo fisiológico se encuentra un valor de temperatura más alto que en las C3 y además no se observa el aspecto negativo de la oxigenación con el aumento de la temperatura. Del mismo modo a concentraciones bajas de CO2 son mucho más eficientes en la tasa de conversión de biomasa las especies C4.
- Al comparar pantas C3 y pantas C4 se observa que las C3 se saturan a irradiancias de luz de entorno a los 1000-1500 µmol y las C4 a valores mucho más altos. La explicación a esto se encuentra en los requerimientos energéticos que tienen las C4, los cuales son mayores. Cuanto más aumente la irradancia más aumenta la fotosíntesis hasta alcanzar un punto de saturación consecuencia de la limitación impuesta por la velocidad de las reacciones del carbono, a partir de ese punto la fotosíntesis no aumenta con la intensidad lumínica. Es lo que denominamos como punto de saturación de luz. Así cada planta tiene un nivel de irradiancia específico de trabajo óptimo.
Se ha comprobado en un reciente estudio que:
- Cannabis sativa aumenta su tasa fotosintética y la eficiencia en el uso del agua con el incremento de la densidad de flujo de fotones (irradancia) a temperaturas bajas (20-25ºC).
- A partir de 30º el aprovechamiento de agua, y la tasa fotosintética alcanza su máximo en los 1500 μmol m-2s-1, estos parámetros se reducen con el aumento de la temperatura. Así se ha podido comprobar como el exceso de iluminación tiene un efecto adverso superior al de las temperaturas elevadas.
- Así la tasa fotosintética máxima fue observada a 30ºC y con irradiancias por debajo de los 1500 μmol m-2s-1, en general se observan como altas temperaturas y altas irradiancias muestran efectos adversos sobre la fotosíntesis neta y el aprovechamiento del agua.
- El estudio científico concluye que la temperatura optima de cultivo es 25-30ºC y que la irradiancia óptima de cultivo es de aproximadamente 1500 μmol m-2s-1.
- Se observa que la fotosíntesis neta aumenta, la transpiración disminuye, la eficiencia en el uso del agua aumenta en ambientes enriquecidos con el aporte de CO2 de entorno a los 750 μmolmol-1. Lo que viene a ser el doble de la concentración atmosférica media. El incremento medio fotosintético aumento del orden del 33% doblando el aporte de CO2.
Para que tengamos un poco claro de que estamos hablanco, 1 µmol son 6.0221415 × 1017 fotones, así cuando decimos el valor de 1000 μmol m-2s-1, deberíamos multiplicar por 1000 este valor, que no es más que la constante del número de Avogrado, para conocer cuántos fotones cada segundo llegan a un m2 de superficie de nuestro cultivo . Una bombilla de 600 W HPS proporciona alrededor en valor de PPF (Flujo de fotones fotosintéticos) 1100 µmol.s-1, que determinaría una irradiancia sobre un metro cuadrado de cultivo de PPFD (Densidad de Flujo de fotones fotosintéticos) 1100 µmol.s-1m-2, en el caso de una bombilla de 400W HPS la aportación seria de 725 µmol.s-1m-2. Si asumimos la relación del cuadrado de la distancia, si acercamos la lámpara e iluminamos 0,5 m2 proporcionaremos una PPFD de 2200 µmol.s-1m-2. Así que sencillamente si dividimos el valor de PPF de nuestras bombillas, por la superficie en metros nos proporcionara la PPFD (irradiancia) que tenemos disponible en nuestro cultivo. Esto sin tener en cuenta las pérdidas que se producen por la calidad del reflector y la absorción de las paredes. No obstante hay que tener en cuenta que las HPS como las MH proporcionan fracciones del espectro PAR ( rojizo las primeras y azulado las segundas), o todo el espectro fotosintético, y aquí el que suscribe defiende que para un crecimiento correcto del Cannabis es preciso la irradiancia óptima del PAR completo, incluyendo las fracciones UV.
[img]http://naturpixel.com/wp-content/uploads/art25_figA.jpg[/img]
Conociendo el nivel óptimo de irradiancia que necesita el Cannabis para optimizar su crecimiento sin efectos negativos, podemos calcular para una superficie determinada el número y tipo de lámparas que necesitamos. A la altura que define un m2 de superficie iluminada obtenemos el valor de PPFD que proporciona la bombilla. Es una forma distinta de entender la iluminación. La irradiancia fotosintética (PAR fotosintético) se suele analizar mediante un medidor quantum de luz (Quantum Light Meter). La luz PAR es más valiosa que los Lux o las candelas ya que solo mide la luz que las plantas pueden usar para la fotosíntesis.
Hasta aquí tenemos la primer parte de esta entrega, que dada su relativa complejidad merece ser expuesta de forma gradual. En la próxima entrega analizaremos el concepto de irradiancia, de densidad de flujo de fotones y veremos algunas cosas interesante y novedosa sobre el espectro óptimo de cultivo. En breve tendréis la próxima entrega.
En este post vamos a intentar indagar un poco más en el proceso fotosintético de las plantas, intentando observarlo desde una perspectiva un poco diferente a la que hemos venido teniendo en general.
Entender los procesos metabólicos que acompañan a una planta es realmente importante para conocer cuáles son los factores que hay que tener en cuenta para el desarrollo de la misma en condiciones controladas.
Si nos quedamos anclados en el paradigma de la “planta necesita luz para vivir” o en la manida aseveración por ejemplo de “cuanta más luz más producción”, sin llegar a entender como utiliza la luz la planta y que factores entran en juego en ese proceso, creo que realmente no extraeremos todo el conocimiento que de este hobby deberíamos obtener, sólo centrándonos de manera “maquiavélica” en la obtención de resultados productivos. El que esto suscribe entiende el gusto por el cultivo como algo que debe proporcionar conocimiento y enriquecer a la persona.
Todas las plantas asimilan y fijan carbono a través de un ciclo fotosintético, este proceso a veces no es bien entendido, como ejemplo: En el proceso fotosintético es un error pensar que las plantas tienen dos fases bien diferenciadas, fase lumínica y fase oscura que son inamovibles. El error reside en que la denominada fase oscura se realiza tanto de día como de noche, no sólo en oscuridad y sólo es dependiente de la fase luminosa al respecto de las moléculas energéticas (ATP y NADPH) que se producen en esa fase con iluminación. Esta fase se llama oscura, no porque ocurra de noche, sino porque no requiere de energía de la luz para poder concretarse, en esta fase la planta obtiene las moléculas derivadas del carbono, las proteínas y lípidos que le permiten vivir, pero es un proceso que se da también durante la fase lumínica.
Hablar de “fases” puede inducir a un error bastante común: los dos procesos no tienen por qué ocurrir separadamente, ni mucho menos uno detrás del otro. La relación entre ellos es más bien de dependencia, no de sucesión. En este sentido se puede llegar a afirmar que las plantas con fotoperiodo de 24 h, producirán más, pues no es así de cierto, puesto que las plantas no tienen la capacidad de absorber toda la luz que se les proporciona, y esto es así porque la velocidad de las reacciones que se producen en la planta son realmente el elemento limitante, no sirve de nada dar más luz, cuando estoy produciendo lo mismo, e incluso puedo inducir efectos negativos, como el estrés lumínico…parece mentira , pero las plantas pueden verse afectadas negativamente por exceso de luz, es lo que denominan en ecofisiología vegetal como fotoinhibición.
Cannabis sativa L. es un tipo de planta específico, a ese respecto, es una planta englobada dentro de las plantas con metabolismo (del carbono) C3. Las plantas con mecanismo de fijación de carbono tipo C3 se caracterizan porque la molécula encargada de aceptar el CO2 se llama Ribulosa Bifosfato (RuBP) para obtener como primer compuesto del proceso el 3-Fosfoglicerato (que contiene 3 átomos de C, de ahí el nombre C3), en llamado como Ciclo de Calvin-Beson, aquí empieza el proceso que hace que una planta obtenga su energía para vivir mediante la elaboración de azúcares y otras síntesis de interés.
La mayor parte de la plantas de la tierra son C3, pero existen otros dos tipos como pueden ser las C4 y CAM, todas con características definidas y adaptadas evolutivamente a condiciones diferentes. Como hemos mencionado el Cannabis es una planta C3, se trata de plantas propias de climas templados, no adaptadas a intensa luz solar, de climas de temperaturas moderadas, buena disponibilidad de agua y concentraciones de CO2 atmosférico de entorno a los 200-300 ppm.
Así os apuntamos algunos cosas interesantes de este tipo de plantas C3 y que son de aplicación por tanto al Cannabis sp.
- Estas plantas transpiran el 97% del agua que han obtenido de sus raíces, por lo que son plantas realmente muy poco eficientes en cuanto a la eficiencia en cuanto al consumo de agua. Son plantas con gran poder evaporativo, en situaciones de alta temperatura e iluminación, y todo es debido a mecanismos de protección, puesto que son plantas que tienen serias dificultades para regular su temperatura óptima.
- En plantas C3 la eficiencia de la fotosíntesis disminuye al aumentar la temperatura, se asume que por encima de los 30 ºC las plantas C3 ven su mecanismo de fotosíntesis alterado. Del mismo modo la actividad fotosintética se frena por debajo de los 6ºC.
- Las plantas C3 cuando se ven sometidas a temperaturas elevadas e iluminación elevada emiten una especie de neblina de un compuesto denominado isopreno, que actúa como un refrigerante. Este compuesto está conformado por carbono, por lo que la planta cuando está sometida a estrés pierde carbonos, que utiliza en la síntesis de este compuesto, y por tanto su capacidad de producción se ve alterada.
- Las plantas C3 sometidas a altas iluminaciones están sometidas al proceso denominado como fotoxidación de los pigmentos fotosintéticos y destrucción de los mismos. Del mismo modo en situaciones de ambientes de temperaturas elevadas y sequedad la plantas C3 cierran los estomas, para evitar la pérdida de agua, esto hace que acumulen O2 en la hoja, cuando esto ocurre la concentración de CO2 se reduce. En este proceso la planta consume los azucares que había producido, pierde agua y CO2 además pierde energía al no generar ATP ni NADH, puesto que el cierre estomático determina la no absorción de CO2 y por tanto la producción de estas moléculas energéticas, es lo que denominamos como fotorrespiración, y es negativo para la planta. Sin luz no hay fotorrespiración, esto hay que tenerlo en cuenta.En condiciones naturales (y dependiendo de qué ambientes) no se observa generalmente este fenómeno de saturación de la fotosíntesis debido a que las plantas se dan sombra unas a otras.
- En plantas C4 el óptimo fisiológico se encuentra un valor de temperatura más alto que en las C3 y además no se observa el aspecto negativo de la oxigenación con el aumento de la temperatura. Del mismo modo a concentraciones bajas de CO2 son mucho más eficientes en la tasa de conversión de biomasa las especies C4.
- Al comparar pantas C3 y pantas C4 se observa que las C3 se saturan a irradiancias de luz de entorno a los 1000-1500 µmol y las C4 a valores mucho más altos. La explicación a esto se encuentra en los requerimientos energéticos que tienen las C4, los cuales son mayores. Cuanto más aumente la irradancia más aumenta la fotosíntesis hasta alcanzar un punto de saturación consecuencia de la limitación impuesta por la velocidad de las reacciones del carbono, a partir de ese punto la fotosíntesis no aumenta con la intensidad lumínica. Es lo que denominamos como punto de saturación de luz. Así cada planta tiene un nivel de irradiancia específico de trabajo óptimo.
Se ha comprobado en un reciente estudio que:
- Cannabis sativa aumenta su tasa fotosintética y la eficiencia en el uso del agua con el incremento de la densidad de flujo de fotones (irradancia) a temperaturas bajas (20-25ºC).
- A partir de 30º el aprovechamiento de agua, y la tasa fotosintética alcanza su máximo en los 1500 μmol m-2s-1, estos parámetros se reducen con el aumento de la temperatura. Así se ha podido comprobar como el exceso de iluminación tiene un efecto adverso superior al de las temperaturas elevadas.
- Así la tasa fotosintética máxima fue observada a 30ºC y con irradiancias por debajo de los 1500 μmol m-2s-1, en general se observan como altas temperaturas y altas irradiancias muestran efectos adversos sobre la fotosíntesis neta y el aprovechamiento del agua.
- El estudio científico concluye que la temperatura optima de cultivo es 25-30ºC y que la irradiancia óptima de cultivo es de aproximadamente 1500 μmol m-2s-1.
- Se observa que la fotosíntesis neta aumenta, la transpiración disminuye, la eficiencia en el uso del agua aumenta en ambientes enriquecidos con el aporte de CO2 de entorno a los 750 μmolmol-1. Lo que viene a ser el doble de la concentración atmosférica media. El incremento medio fotosintético aumento del orden del 33% doblando el aporte de CO2.
Para que tengamos un poco claro de que estamos hablanco, 1 µmol son 6.0221415 × 1017 fotones, así cuando decimos el valor de 1000 μmol m-2s-1, deberíamos multiplicar por 1000 este valor, que no es más que la constante del número de Avogrado, para conocer cuántos fotones cada segundo llegan a un m2 de superficie de nuestro cultivo . Una bombilla de 600 W HPS proporciona alrededor en valor de PPF (Flujo de fotones fotosintéticos) 1100 µmol.s-1, que determinaría una irradiancia sobre un metro cuadrado de cultivo de PPFD (Densidad de Flujo de fotones fotosintéticos) 1100 µmol.s-1m-2, en el caso de una bombilla de 400W HPS la aportación seria de 725 µmol.s-1m-2. Si asumimos la relación del cuadrado de la distancia, si acercamos la lámpara e iluminamos 0,5 m2 proporcionaremos una PPFD de 2200 µmol.s-1m-2. Así que sencillamente si dividimos el valor de PPF de nuestras bombillas, por la superficie en metros nos proporcionara la PPFD (irradiancia) que tenemos disponible en nuestro cultivo. Esto sin tener en cuenta las pérdidas que se producen por la calidad del reflector y la absorción de las paredes. No obstante hay que tener en cuenta que las HPS como las MH proporcionan fracciones del espectro PAR ( rojizo las primeras y azulado las segundas), o todo el espectro fotosintético, y aquí el que suscribe defiende que para un crecimiento correcto del Cannabis es preciso la irradiancia óptima del PAR completo, incluyendo las fracciones UV.
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Conociendo el nivel óptimo de irradiancia que necesita el Cannabis para optimizar su crecimiento sin efectos negativos, podemos calcular para una superficie determinada el número y tipo de lámparas que necesitamos. A la altura que define un m2 de superficie iluminada obtenemos el valor de PPFD que proporciona la bombilla. Es una forma distinta de entender la iluminación. La irradiancia fotosintética (PAR fotosintético) se suele analizar mediante un medidor quantum de luz (Quantum Light Meter). La luz PAR es más valiosa que los Lux o las candelas ya que solo mide la luz que las plantas pueden usar para la fotosíntesis.
Hasta aquí tenemos la primer parte de esta entrega, que dada su relativa complejidad merece ser expuesta de forma gradual. En la próxima entrega analizaremos el concepto de irradiancia, de densidad de flujo de fotones y veremos algunas cosas interesante y novedosa sobre el espectro óptimo de cultivo. En breve tendréis la próxima entrega.
