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Punto de compensación

El punto de compensación de la luz ( I c ) es la intensidad de la luz en la curva de luz donde la tasa de fotosíntesis coincide exactamente con la tasa de respiración celular . En este punto, la absorción de CO 2 a través de las vías fotosintéticas es igual a la liberación respiratoria de dióxido de carbono, y la absorción de O 2 por la respiración es igual a la liberación fotosintética de oxígeno. El concepto de puntos de compensación en general se puede aplicar a otras variables fotosintéticas, siendo la más importante la de la concentración de CO 2 - punto de compensación de CO 2 (Γ). El intervalo de tiempo en el día cuando la intensidad de la luz es baja debido al cual el intercambio gaseoso neto es cero se llama punto de compensación.

En términos de asimilación, en el punto de compensación, la asimilación neta de dióxido de carbono es cero. Las hojas liberan CO 2 por fotorrespiración y respiración celular, pero el CO 2 también se convierte en carbohidratos por fotosíntesis. La asimilación es, por lo tanto, la diferencia en la tasa de estos procesos. A una presión parcial dada de CO 2 (0,343 hPa en la atmósfera de 1980 [1] ), hay una irradiación en la que la asimilación neta de CO 2 es cero. Por ejemplo, en las primeras horas de la mañana y a última hora de la tarde, el punto de compensación de luz I c puede alcanzarse a medida que la actividad fotosintética disminuye y la respiración aumenta. La concentración de CO 2 también afecta a las tasas de fotosíntesis y fotorrespiración. Las concentraciones más altas de CO 2 favorecen la fotosíntesis, mientras que las concentraciones bajas de CO 2 favorecen la fotorrespiración, produciendo un punto de compensación de CO 2 Γ para una irradiación dada. [2]

Punto de compensación de luz

Como se definió anteriormente, el punto de compensación de luz I c es cuando no se produce asimilación neta de carbono. En este punto, el organismo no consume ni genera biomasa . El intercambio gaseoso neto también es cero en este punto.

I c es un valor práctico que se puede alcanzar durante las primeras horas de la mañana y las primeras de la tarde. La respiración es relativamente constante con respecto a la luz, mientras que la fotosíntesis depende de la intensidad de la luz solar .

Profundidad

Para las plantas acuáticas donde el nivel de luz a una profundidad determinada es aproximadamente constante durante la mayor parte del día, el punto de compensación es la profundidad a la que la luz que penetra en el agua crea el mismo efecto equilibrado.

CO2punto de compensación

El punto de compensación de CO 2 (Γ) es la concentración de CO 2 en la que la tasa de fotosíntesis coincide exactamente con la tasa de respiración. Existe una diferencia significativa en Γ entre las plantas C 3 y las plantas C 4 : en la tierra, el valor típico de Γ en una planta C 3 varía de 40 a 100 μmol/mol, mientras que en las plantas C 4 los valores son más bajos, de 3 a 10 μmol/mol. Las plantas con un CCM más débil , como la fotosíntesis C2 , pueden mostrar un valor intermedio de 25 μmol/mol. [3] : 463 

La unidad μmol/mol puede expresarse alternativamente como la presión parcial de CO 2 en pascales ; para condiciones atmosféricas, 1 μmol/mol = 1 ppm ≈ 0,1 Pa. Para modelar la fotosíntesis, la variable más importante es el punto de compensación de CO 2 en ausencia de respiración mitocondrial , también conocido como el punto de fotocompensación de CO 2 (Γ*), el punto de compensación bioquímica de CO 2 de Rubisco . Puede medirse por intercambio de gases isotópicos de hoja entera, o estimarse en el método Laisk utilizando un valor "aparente" intermedio de C* con corrección. [4] C* se aproxima a Γ* en ausencia de refijación de carbono, es decir, fijación de carbono de los productos de la fotorrespiración. En plantas C 4 , ambos valores son inferiores a sus contrapartes C 3. En plantas C2 que funcionan por refijación, solo C* es significativamente inferior. [5]

Como todavía no es común cambiar rutinariamente la concentración de CO 2 del aire, los puntos de concentración son en gran parte teóricos derivados de modelos y extrapolaciones, aunque se mantienen bien en estas aplicaciones. Tanto Γ como Γ* están relacionados linealmente con la presión parcial de oxígeno ( p (O 2 )) debido a la reacción secundaria de Rubisco. Γ también está relacionado con la temperatura debido a la dependencia de la temperatura de las tasas de respiración. También está relacionado con la irradiación, ya que se requiere luz para producir RuBP (ribulosa-1,5-bisfosfato), el aceptor de electrones para Rubisco. Con una irradiación normal, casi siempre habría suficiente RuBP; pero con baja irradiación, la falta de RuBP disminuye la actividad fotosintética y, por lo tanto, afecta a Γ. [2]

El medio marino

La respiración se produce tanto en plantas como en animales a lo largo de la columna de agua, lo que da como resultado la destrucción o el uso de materia orgánica, pero la fotosíntesis solo puede tener lugar a través de algas fotosintéticas en presencia de luz, nutrientes y CO 2 . [6] En columnas de agua bien mezcladas , el plancton se distribuye uniformemente, pero solo se produce una producción neta por encima de la profundidad de compensación. Por debajo de la profundidad de compensación hay una pérdida neta de materia orgánica. La población total de organismos fotosintéticos no puede aumentar si la pérdida excede la producción neta. [6] [7]

La profundidad de compensación entre la fotosíntesis y la respiración del fitoplancton en el océano debe depender de algunos factores: la iluminación en la superficie, la transparencia del agua, el carácter biológico del plancton presente y la temperatura. [7] El punto de compensación se encontró más cerca de la superficie a medida que se acerca a la costa. [7] También es más bajo en las estaciones invernales en el mar Báltico según un estudio que examinó el punto de compensación de múltiples especies fotosintéticas. [8] La porción azul del espectro visible, entre 455 y 495 nanómetros, domina la luz en la profundidad de compensación.

Una preocupación con respecto al concepto del punto de compensación es que supone que el fitoplancton permanece a una profundidad fija durante un período de 24 horas (marco de tiempo en el que se mide la profundidad de compensación), pero el fitoplancton experimenta desplazamiento debido a que las isopicnas lo mueven decenas de metros. [9]

Véase también

Referencias

  1. ^ Datos medios anuales de CO 2 de ESRL / Mauna Loa , [1], [2]
  2. ^ ab Farquhar, GD; et al. (1982). "Modelado de la respuesta fotosintética a las condiciones ambientales". En Lange, OL; et al. (eds.). Ecología fisiológica de las plantas II. Relaciones hídricas y asimilación de carbono . Nueva York: Springer-Verlag. págs. 556–558.
  3. ^ Nobel, Park S. (2020). "8 hojas y flujos". Fisiología vegetal fisicoquímica y ambiental . págs. 409–488. doi :10.1016/B978-0-12-819146-0.00008-0. ISBN 9780128191460.S2CID243028576  .​
  4. ^ Walker, BJ; Cousins, AB (abril de 2013). "Influencia de la temperatura en las mediciones del punto de compensación de CO2: diferencias entre los métodos de intercambio de O2 y Laisk". Journal of Experimental Botany . 64 (7): 1893–905. doi : 10.1093/jxb/ert058 . PMC 3638825 . PMID  23630324. 
  5. ^ Peixoto, Murilo M.; Sabio, Tammy L.; Busch, Florián A.; Pacheco, Haryel DN; Moraes, Moemy G.; Portes, Tomás A.; Almeida, Rogerio A.; Graciano-Ribeiro, Dalva; Sage, Rowan F. (junio de 2021). "Elevada eficiencia de la fotosíntesis de C 3 en pastos de bambú: una posible consecuencia de una mayor refijación del CO 2 fotorrespirado". Bioenergía GCB . 13 (6): 941–954. doi : 10.1111/gcbb.12819 .
  6. ^ ab Sverdrup, HU (1953). "Sobre las condiciones de la floración primaveral del fitoplancton". Journal du Conseil . 18 (3): 287–295. doi :10.1093/icesjms/18.3.287.
  7. ^ abc Gran, HH y Braarud, T. (1935). "Un estudio cuantitativo del fitoplancton en la bahía de Fundy y el golfo de Maine (incluyendo observaciones sobre hidrografía, química y turbidez)". Revista del Consejo Biológico de Canadá . 1 (5): 279–467. doi :10.1139/f35-012.
  8. ^ King, RJ y Schramm, W. (1976). "Tasas fotosintéticas de algas marinas bentónicas en relación con la intensidad de la luz y las variaciones estacionales". Biología marina . 37 (3): 215–222. doi :10.1007/bf00387606. S2CID  85197994.
  9. ^ Laws, EA; Letelier, RM y Karl, DM (2014). "Estimación de la irradiancia de compensación en el océano: la importancia de tener en cuenta la absorción no fotosintética de carbono inorgánico". Investigación en aguas profundas, parte I: Documentos de investigación oceanográfica . 93 : 35–40. Bibcode :2014DSRI...93...35L. doi :10.1016/j.dsr.2014.07.011.