Dentro del reino vegetal, la adaptación al entorno y a las condiciones ambientales ha marcado una fuerte influencia sobre el desarrollo de las 383,671 plantas vasculares que se estima que existen en el mundo (Ulloa y col. 2017). Una de las principales adaptaciones que podemos encontrar en todas estas especies son las rutas metabólicas C3, C4 y CAM.
Durante la fotosíntesis, las plantas producen energía a partir de agua, luz solar y dióxido de carbono (CO2) gracias a reacciones fotoquímicas y bioquímicas; además, se producen compuestos orgánicos necesarios para la planta y se libera oxigeno (O2) como subproducto. Este proceso se realiza en dos fases: En la primera, se transforma la energía luminosa en energía química, mientras que en la segunda; la fase oscura, se sintetiza la glucosa mediante la fijación de CO2 en combinación con la energía química de la primera fase.
Es en esta segunda etapa, donde las plantas han evolucionado y desarrollado diferentes adaptaciones metabólicas y fisiológicas en respuesta a las condiciones ambientales para lograr hacer un uso eficiente del agua y mejorar la síntesis de carbohidratos. A partir de aquí se derivan las distintas rutas metabólicas.
Plantas C3
Este grupo representa alrededor del 89% de las plantas vasculares del planeta; además, la gran mayoría de los cultivos presentan este mecanismo. El primer paso del ciclo de Calvin es la fijación de dióxido de carbono mediante la enzima RuBisCo, las plantas C3 reciben este nombre debido a que, durante la segunda etapa del ciclo, el primer compuesto formado es el acido fosfoglicérico (3-PGA) que esta formado por 3 carbonos.
Este tipo de plantas tienen un alto índice de fotorrespiración, a este fenómeno se le denomina “derrochador” ya que ocurre cuando la enzima RuBisCo actúa sobre el oxigeno en vez del CO2, lo que significa un desperdicio de energía. Un alto índice de fotorrespiración, favorecido por altas temperaturas, estrés hídrico o estrés salino, puede impactar en la productividad de los cultivos.
Plantas C4
En respuesta al derroche energético provocado por la fotorrespiración, las plantas desarrollaron la ruta metabólica C4, esto les brinda una mayor eficiencia en el uso del agua frente a las plantas C3.
Reciben el nombre de plantas C4 ya que el primer compuesto formado en el proceso es el ácido oxaloacético, compuesto por 4 carbonos producto de la combinación del fosfoenol-piruvato (PEP) con el CO2, que posteriormente es convertido a otro compuesto llamado malato. Estas plantas compensan un mayor gasto energético durante su metabolismo con una mejor eficiencia en el uso del agua, mayor crecimiento y eficiencia de la fotosíntesis a altas temperaturas. Cabe mencionar que si bien esta adaptación esta encaminada al uso eficiente del agua, no brinda tolerancia contra el estrés hídrico.
Plantas CAM
Las plantas CAM son las mejor adaptadas a condiciones de estrés hídrico severo y altas temperaturas, además de ser capaces de inhibir la fotorrespiración. Entre sus principales adaptaciones podemos encontrar la suculencia de tejidos o suculencia celular, disminución de órganos fotosintéticos, cierre estomático diurno que evita la perdida de agua y presencia de sistemas radiculares extensivos. Podemos encontrar este mecanismo en aproximadamente el 7% de las plantas vasculares, destacando aquellas que habitan en zonas cálidas y secas, algunas especies epifitas tropicales y plantas acuáticas.
Su nombre se deriva de las siglas de crassulasean acid metabolism (metabolismo ácido de las crasuláceas), Dicha vía metabólica presenta una fase diurna y una nocturna para el metabolismo del CO2; además, estas plantas mantienen abiertos sus estomas durante la noche y cerrados en el día para evitar pérdidas de agua por transpiración y reducir la fotorrespiración manteniendo el nivel de CO2 al interior de la planta.
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Ing. Fernando Soto
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Bibliografía.
INTAGRI. 2018. Plantas C3, C4 Y CAM. Serie Nutrición Vegetal, Núm. 125. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 5 p.
Ulloa-Ulloa et al. 2017. An integrated assesment of the vascular plant species of the Americas. Science. 358, 1614-1617.
