Plantas C3, C4 y CAM, respuesta fisiológica.

1. Respuesta fisiológica de C3, C4 y plantas CAM
en clima cambiante
Fisiotecnia Vegetal
Profr. Juan Manuel Gómez Sanabria
Aguilar Murguia Yuliana Nallely _ 1587418K
Hernández Contreras Abril Ivonne_ 1824244B
López Jaimes Carlos Eduardo _ 1718988G
Navarro Montoya Jorge Luis _ 1824080H
Pérez Chávez Rubén _ 1587694X
Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo
Facultad de Agrobiología “Presidente Juárez”

2. Introducción
El cambio climático está provocando cambios de
temperaturas y precipitación.
• Crecimiento y desarrollo de las plantas.
• Procesos fisiológicos (fotosíntesis).
• Aclimatación.
Vías fotosintéticas
C3, C4 y CAM
 Identificar la capacidad de las plantas para la
relación de temperatura fotosintética.
 Predecir cómo el cambio climático y las temperaturas
cambiantes afectarán el proceso fotosintético.
 Diferencias en C3, C4 y CAM.
 Tasas de fijación de CO2 por la noche.
 Tasas de transporte de electrones del cloroplasto
durante el día.

3. Cambio Climatico
Los cambios en los parámetros climáticos se están sintiendo
a nivel mundial en forma de cambios en la temperatura y el
patrón de precipitaciones.
Gas de efecto invernadero (GEI) ↑
• Dióxido de carbono 280 ppm a 387 ppm en 2010.
• Metano.
• Óxidos nitrosos.
• Otros GEI.
Calentamiento del sistema climático en 0,74 ° C entre 1906
y 2005

4. (1995-2006) 11 años como los más cálidos en el registro
instrumental de la temperatura global de la superficie (desde
1850).
El nivel del mar promedio mundial aumentó a una tasa
promedio de 1,8 mm por año entre 1961 y 2003, alrededor de
3,1 mm por año 1993 y 2003.
Tendencia mundial de una mayor frecuencia de sequías y
fuertes precipitaciones en muchas regiones.
Los días fríos, las noches
frías y las heladas se han
vuelto menos frecuentes.
Días calurosos, las noches calurosas
y las olas de calor se han vuelto más
frecuentes.

5. El IPCC proyectó un aumento de la temperatura de:
• 0,5 a 1,2 ° C para 2020.
• 0,88 a 3,16 ° C para 2050.
• 1,56 a 5.44 ° C para 2080.
India
Pronóstico de la temperatura de la superficie global a partir de experimentos de modelos de
cambio climático de 16 grupos (11 países) y 23 modelos recopilados en PCMDI.
El aumento promedio de
temperatura es de 0.2 ° C

6. Diferencia en la fotosíntesis de plantas C3,
C4 y CAM
C3 C4
C3
• Constituyen el 85% de todas las
especies de plantas superiores
C4
• Representan aproximadamente
el 5% de las especies de plantas
superiores
• Se originaron en regiones
relativamente áridas
CAM
• Constituyen el 10% restante.
• Las plantas CAM del desierto están adaptadas a la sequía en
las regiones áridas
CAM

7. En las plantas C4 las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin están
separadas físicamente: las reacciones dependientes de la luz se producen en las
células del mesófilo (tejido esponjoso en el centro de la hoja) y el ciclo de Calvin
ocurre en células especiales alrededor de las venas de la hoja. Estas células se
llaman células del haz vascular.
• El CO2 atmosférico se fija en las células del mesófilo para formar un ácido
orgánico simple de 4 carbonos (oxaloacetato).
• Este paso se lleva a cabo mediante una enzima no rubisco, PEP carboxilasa, que
no tiende a unirse al CO2.
• Después el oxaloacetato se convierte en una molécula similar, malato, que
puede transportarse hacia las células del haz vascular.
• Dentro de estas, el malato se descompone y libera una molécula de CO2. Luego,
la rubisco fija el CO2 y lo convierte en azúcares a través del ciclo de Calvin,
exactamente como en la fotosíntesis C3

8. En vez de separar las reacciones dependientes de la luz y el uso de CO2 en
el ciclo de Calvin en el espacio, las plantas CAM separan estos procesos en
el tiempo. Por la noche, abren sus estomas para que el CO2 se difunda en
las hojas. Este CO2 se fija en el oxaloacetato mediante la PEP carboxilasa
(el mismo paso que usan las plantas C4 ), que luego se convierte en malato
o un ácido orgánico de otro tipo.
El ácido orgánico se almacena dentro de vacuolas hasta el día siguiente. Durante el día, las
plantas CAM no abren sus estomas, pero todavía pueden llevar a cabo la fotosíntesis. Eso se
debe a que los ácidos orgánicos se transportan fuera de las vacuolas y se descomponen para
liberar CO2, que entra en el ciclo de Calvin. Esta liberación controlada mantiene una alta
concentración de CO2 alrededor de la Rubisco.
Las especies de plantas que usan la fotosíntesis CAM
no solo evitan la fotorrespiración, sino que también
usan el agua de forma muy eficiente. Sus estomas
solo se abren por la noche, cuando la humedad tiende
a subir y la temperatura a bajar, y ambos factores
reducen la pérdida de agua de las hojas. Las plantas
CAM suelen predominar en zonas muy cálidas y
secas, como los desiertos.

9. El primer paso del ciclo de Calvin es la fijación de
dióxido de carbono mediante la rubisco, y las
plantas que utilizan solo este mecanismo "estándar"
de fijación de carbono se llaman plantas C3 por el
compuesto de tres carbonos (3-PGA) que
produce la reacción.
• El CO2 se difunde a través de los estomas y los espacios de aire intercelulares y finalmente llega
al cloroplasto.
• La anhidrasa carbónica cataliza la hidratación reversible de CO2 a HCO3 - en la fase acuosa (es
decir, cloroplasto, citosol y membrana plasmática) y se cree que mantiene el suministro de CO2 a
Rubisco al acelerar la deshidratación del HCO3.
• En el cloroplasto, Rubisco cataliza la carboxilación de ribulosa-1, 5-bisfosfato (RuBP) por CO2 y
produce ácido 3-fosfoglicérico (PGA). El ATP y el NADPH producidos por el transporte de
electrones fotosintéticos en las membranas tilacoides se utilizan para producir azúcares y almidón,
así como para la regeneración de RuBP a partir de PGA en el ciclo de Calvin-Benson

10. Aclimatación a la temperatura de la fotosíntesis durante mucho
tiempo en plantas a baja y alta temperatura.
La mayoría de las veces, algunas plantas tienen
una mayor capacidad fotosintética a
temperaturas más bajas, pero algunas plantas
tienen una mayor capacidad de fotosíntesis a
temperaturas más altas.

11. La aclimatación fotosintética a bajas
temperaturas implica un aumento en la
capacidad de enzimas fotosintéticas.
La aclimatación a altas temperaturas
implica una mayor estabilidad térmica
del aparato fotosintético.

12. Las plantas crecen a alto nivel
de temperatura necesitan una
mayor tolerancia al calor de las
membranas tilacoides y las
enzimas fotosintéticas, para
permitir mayores tasas de
fotosíntesis a altas temperaturas.

13. Para la aclimatación fotosintética a altas
temperaturas, se involucra una mayor
estabilidad de la integridad de la membrana
y aumentos en la capacidad de transporte de
electrones
Los amantes de las bajas temperaturas
tienen cantidades más altas de enzimas
fotosintéticas, como las enzimas del ciclo
de reducción de carbono fotosintético.

14. La respiración mitocondrial y la tasa
fotosintética neta también se ven
afectadas por la aclimatación térmica.
Los cambios en todos estos factores para la
aclimatación a baja o alta temperatura
podrían resultar en una alteración en la
respuesta a la temperatura de la fotosíntesis.

15. Las plantas exhiben un conjunto de respuestas
características a la temperatura de crecimiento.
“síndrome de
aclimatación a la
temperatura”
Las hojas que se desarrollan a altas temperaturas también suelen tener una
respiración climática debido a que tienen tasas de respiración más bajas que las
hojas que crecen en ambientes más fríos.

16. Respuesta de c3 y C4 plantas en clima cambiante Respuesta de
C4 plantas de cultivo (maíz) y C3 (girasol) al estrés por sequía
y a una mayor concentración de dióxido de carbono
El cultivo respondió de manera significativa y positiva con eCO2bajo tratamientos de estrés por
sequía y bien regado para la relación raíz: brote mientras que C4 El cultivo mostró una mejor
respuesta solo con el entorno de estrés por sequía.
El potencial hídrico de las hojas, la conductancia estomática y la transpiración mostraron una
tendencia decreciente tanto en los cultivos con estrés por sequía como en eCO.2 mostró un efecto de
mejora que conduce a tasas fotosintéticas más altas en cultivos de girasol bajo tratamiento de estrés
por sequía.

17. El estudio confirmó el efecto beneficioso de eCO2 en maíz y girasol al mejorar los efectos
adversos del estrés por sequía. C3 especies producirían más biomasa que C4 especies, cuando
se cultivan individualmente con CO mejorado2Conductancia estomática (gs) de CO ambiental
y elevado2 las plantas de girasol y maíz cultivadas fueron influenciadas por el estrés por
sequía.
La reducción de la conductancia estomática es el principal impacto del aumento
de CO atmosférico2concentración en plantas.
Conductancia estomática considerablemente menor a niveles elevados de CO2se
informó en algunos otros cultivos como la caña de azúcar.

18. Se observó una respuesta altamente significativa para el maíz con la
interacción del CO2y niveles de humedad. La respuesta de la relación
peso raíz: brote fue muy significativa en el maíz con niveles de
humedad.
El peso seco de hojas, tallos y raíces de maíz disminuyó debido al estrés
hídrico en un 58%, 50% y 78% bajo aCO2; sin embargo, eCO2 ayudó a las
plantas a mejorar los efectos adversos mejorándolos en un 26%, 47% y 19%,
respectivamente, sobre aCO2.
La disminución de estos parámetros por estrés hídrico en girasol fue de 53%,
48% y 48% bajo aCO2; sin embargo, eCO2 pesos secos mejorados de hojas,
tallos y raíces hasta un 30%, 21% y 17%, respectivamente.

19. El estrés por sequía provocó una disminución del área foliar en un 71% y un
64% en el maíz y el girasol, respectivamente. CO elevado2podría mejorar
la tolerancia a la sequía de la planta al reducir el potencial osmótico
Al estudiar los efectos combinados de la temperatura (28/18 ° C y 34/24 ° C; día /
noche) y [CO2] (350 y 700 ppm) en la composición de las semillas de frijoles rojos,
también se encontró que la composición de las semillas no se vio afectada por elevado
[CO2], pero las semillas producidas a 34/24 ° C mostraron una disminución de la
concentración de glucosa (44%).
Y concentraciones significativamente mayores de sacarosa (33%) y rafinosa (116%)
en comparación con el tratamiento de 28/18 ° C.

20. Biometría de diferentes plantas de C4 (maíz) y C3 (girasol) bajo concentraciones elevadas de CO2 (eCO2) y CO2 ambiental (aCO2)

21. Respuesta de las plantas CAM en la fotosíntesis en el clima
cambiante durante el día y la noche
1. Las respuestas de las reacciones
fotosintéticas a la diferencia de temperatura
durante el día y la noche no se han visto
en especies CAM.
2. Las tasas de fijación de CO2 a bajas
temperaturas fueron mayores en plantas
cultivadas a 20°C.
3. Las tasas de fijación de CO2 a altas
temperaturas fueron mayores en plantas
cultivadas a 30°C.
4. Las plantas cultivadas a 30°C mostraron
temperaturas óptimas más altas para la
velocidad de transporte de electrones en el
día que las plantas cultivadas a 20 °C.
 Por lo tanto, está claro que no se pudo obtener la
temperatura óptima para la velocidad de transporte
de electrones durante el día.
 Por lo tanto, tanto las tasas de fijación de CO2
durante la noche como las tasas de transporte de
electrones durante el día se aclimataron a los
cambios en las temperaturas de crecimiento.

22. Respuesta de las plantas CAM en la fotosíntesis en el clima
cambiante durante el día y la noche
1. La masa de hojas por unidad de área (LMA) y el contenido de nitrógeno de las hojas fueron
mayores en las plantas CAM cultivadas a 20°C.
2. El aumento del contenido de nitrógeno de las hojas por las bajas temperaturas de
crecimiento es una respuesta compensatoria a la baja temperatura, que disminuye la actividad
enzimática.
3. La tasa de fijación de CO2 por la noche está determinada por la PEPC y la formación de
malato por NAD (P) -MDH, mientras que la luz, está determinada por la tasa de
descarboxilación por NAD (P) -ME, asimilación de CO2 por Rubisco, y transporte de electrones
fotosintéticos en las membranas tilacoides.

23. Conclusiones y perspectiva de futuro
El cambio climático es una
preocupación ambiental global seria
para aumentar la temperatura media
global de la superficie en 1.5-4.5 C
durante los próximos 100 años.
Dentro de las especies de plantas C3,
las plantas leñosas de hoja perenne y
las plantas herbáceas perennes
mostraron una mayor homeostasis de
temperatura de la fotosíntesis que las
plantas leñosas de hoja caduca y las
plantas herbáceas anuales.
Las especies de plantas C3 tendían a
mantener la misma tasa fotosintética
en su condición de crecimiento en un
rango de temperaturas de crecimiento
(tienen una mejor homeostasis) que
las especies de plantas C4.
Las especies de plantas C4 tienen
temperaturas óptimas de fotosíntesis más
altas, pero una capacidad reducida para
aclimatar la temperatura óptima de
fotosíntesis a la temperatura de
crecimiento, que las especies de plantas C3.
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24. Conclusiones y perspectiva de futuro
En las plantas CAM, la respuesta de
temperatura para la fijación de CO2 durante
la noche fue muy diferente a la del
transporte de electrones del cloroplasto
durante el día, y tanto las tasas de fijación
de CO2 como las tasas de transporte de
electrones se aclimataron a los cambios en
las temperaturas de crecimiento.
Se estima que para 2020, las necesidades
de cereales alimentarios serán casi un 30 -
50% más que la demanda actual. Es
necesario comenzar una nueva
‘’Revolución verde”.
Tecnológicamente, sobre expresando genes
que son responsables de la fotosíntesis
aumenta la penetración biomolecular para
mejorar la fotosíntesis de las hojas.
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25. Gracias por
su atencion