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Plantas C3, C4 y CAM
Octubre de 2018 Autor: Equipo Editorial INTAGRI
Fotosíntesis Las plantas son seres vivos que tienen la capacidad de generar energía utilizando agua, luz solar y dióxido de carbono (CO 2 ) mediante reacciones fotoquímicas y bioquímicas; este proceso se conoce como fotosíntesis y en ella se producen compuestos orgánicos necesarios para la planta y se libera oxígeno (O 2 ) a la atmósfera como subproducto. La fotosíntesis es un proceso complejo que tiene una fase luminosa y una fase oscura. En la primera la energía luminosa es trasformada en energía química (ATP y NADPH), mientras que en la fase oscura consiste en la síntesis de glucosa mediante la fijación de CO 2 en combinación con la energía química generada en la primera fase.
Para la fase oscura de la fotosíntesis, es importante entender que debido a las diferentes condiciones ambientales, las plantas han evolucionado y desarrollado adaptaciones metabólicas y anatómicas para hacer un uso eficiente del agua (EUA) y optimizar la velocidad de asimilación de CO 2 para mejorar la síntesis de carbohidratos (eficiencia fotosintética). Existen tres tipos de plantas de acuerdo con los mecanismos de asimilación del CO 2 en la fotosíntesis, donde el grupo más antiguo es el de plantas de metabolismo fotosintético C 3 , seguida de las plantas C 4 y, finalmente las plantas CAM.
Plantas C 3 Los vegetales con ruta metabólica C 3 representan alrededor del 89 % de las plantas vasculares del planeta y la mayoría de los cultivos tienen este tipo de mecanismo. Algunos ejemplos de cultivos con mecanismo C 3 son: arroz, trigo, cebada, soya, pimiento y tomate.
Figura 1. La fotosíntesis es un proceso complejo donde las plantas producen compuestos orgánicos necesarios para su desarrollo. Fuente: Intagri
Figura 2. Ejemplos de plantas C 3 : papa, trigo y tomate. Fuente: Intagri
Reciben el nombre de plantas C 3 debido a que durante la segunda etapa del proceso de la fotosíntesis, en las reacciones de carboxilación del ciclo de Calvin, el primer compuesto formado es el ácido fosfoglicérico (3-PGA), que está formado por 3 carbonos, producto de la combinación entre la ribulosa difosfato (5C) con el CO 2. La enzima responsable de esta reacción es la ribulosa-bifosfato, mejor conocido como Rubisco. Aunque la principal función de esta enzima es fungir como catalizador para la carboxilación, también puede actuar como oxigenasa; esto significa que en presencia de luz, el oxígeno compite con el dióxido de carbono por los sitios activos de la enzima, provocando una pérdida de CO 2 (fotorespiración), lo cual reduce la capacidad fotosintética de la planta.
La fotorespiración es un fenómeno relacionado con el cierre estomático parcial o total de la planta y es un proceso que impacta en la productividad de los cultivos debido a que la enzima que fija el carbono en el ciclo de Calvin (Rubisco), fija O 2 en lugar del CO 2 , lo que significa un desperdicio de energía (ATP). La fotorespiración se ve favorecida cuando la planta está sometida a estrés por alta temperatura, estrés hídrico o estrés salino.
Plantas C 4 La ruta metabólica C 4 forma parte de la evolución de las plantas para evitar la fotorespiración. Esta ruta metabólica es una adaptación de las plantas para tener una eficiencia en el uso del agua mayor que las plantas C 3. Aunque el porcentaje de plantas C 4 es menor, algunos cultivos de importancia económica tienen este tipo de metabolismo, por ejemplo: maíz, caña de azúcar, sorgo y amaranto.
Reciben el nombre de plantas C 4 ya que el primer compuesto formado en el proceso es el ácido oxaloacético (compuesto de 4 carbonos producto de la combinación entre el fosfoenol-piruvato (PEP) con el CO 2 ) que rápidamente es convertido a otro compuesto llamado malato. La enzima responsable de la reacción de carboxilación es la fosfoenol-piruvato carboxilasa (PEPc).
Figura 3. Ejemplos de plantas C 4 : maíz, caña de azúcar y sorgo. Fuente: Intagri.
- Durante el día: Las plantas CAM no abren sus estomas, pero al interior de las células se da la liberación del malato de la vacuola hacia el citosol, inmediatamente se da paso a la descomposición (descarboxilación) del malato en el citosol para liberar el CO 2 y permitir la formación de compuestos de tres carbonos (piruvato o PEP) y finalmente el CO 2 entra al ciclo de Calvin.
Los estomas de las plantas CAM permanecen abiertos durante la noche y cerrados en el día para evitar pérdidas de agua por transpiración y reducir la fotorespiración manteniendo el nivel de CO 2 en el interior de la planta; son adaptaciones principalmente a condiciones ambientes desérticas por lo cual son alrededor de 5 veces más eficientes en el uso de agua. Sin embargo, las plantas CAM se comportan como plantas C 3 si el suministro de agua y las condiciones ambientales son adecuados. Dos ejemplos típicos son la piña ( Ananas comosus ) y el nopal ( Opuntia ficus-indica ), los cuales son cultivos altamente productivos en las regiones donde actualmente se cultivan.
En la figura 5, se puede observar un esquema donde se representan los diferentes mecanismos de las fotosíntesis de las plantas C 3 , C 4 y CAM.
Como se mencionó en párrafos anteriores, cada tipo de planta está adaptada a ciertas condiciones ambientales. Además, la mayoría de los cultivos de importancia económica son plantas C 3 , y en menor medida C 4 , mientras que cultivos con mecanismo CAM solamente destaca la piña, nopal, pitahaya y las orquídeas.
Alrededor del 85 al 90 % de la materia seca acumulada en un cultivo se deriva de la fotosíntesis. En este sentido, es importante tener un cultivo sano, con una nutrición mineral balanceada y un suministro óptimo y continuo de agua. Además, se debe tomar acciones para minimizar cualquier tipo de estrés hídrico, estrés por altas o bajas temperaturas, estrés por salinidad, etc., debido a que estás condiciones perjudican la capacidad de la planta para fijar CO 2 y llevar a cabo el proceso de la fotosíntesis.
Figura 5. Las diferencias entre los tipos de plantas es la manera en que asimilan el CO 2 para realizar la fotosíntesis. Fuente: Adaptado por Intagri de Yamori et al., 2014.
Un claro ejemplo de que controlando los factores climáticos (temperatura, radiación, humedad relativa, concentración de CO 2 , entre otros), tener una nutrición adecuada y control del riego, así como un manejo de las plagas y enfermedades, son los cultivos establecidos bajo ambientes protegidos; donde se realiza una producción intensiva, principalmente en hortalizas, y los rendimientos son altos.
Cita correcta de este artículo INTAGRI. 2018. Plantas C 3 , C 4 y CAM. Serie Nutrición Vegetal, Núm. 125. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 5 p.
Fuentes consultadas
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