Equipo 1 Grupo: 710

Conformado por:
Bonilla Salcido Melissa.
Calderón Martín Marleth.
Canales Lozano Ana Valeria.
Santiago Cruz Thelma Pamela.

Las Plantas en Luz y Oscuridad. 

En el presente trabajo experimental, se analizará el factor de la luz y el CO2 que influyen en el proceso fotosintético de una planta crasulácea, centrándonos en la intervención e importancia de la fotosíntesis y la respiración en el ciclo del carbono, pues mediante la variación de la concentración de dióxido de carbono se podrá verificar las características de estos. 

La fotosíntesis es el proceso en el cual la energía de la luz se convierte en energía química en forma de azúcares. En un proceso impulsado por la energía de la luz, donde se crean moléculas de glucosa (y otros azúcares) a partir de agua y dióxido de carbono, mientras que se libera oxígeno como subproducto. Las moléculas de glucosa proporcionan a los organismos dos recursos cruciales: energía y carbono fijo (orgánico).

La respiración es un proceso vital que consiste en la entrada de oxígeno al cuerpo de un ser vivo y la salida de dióxido de carbono de este. Nosotros los humanos, al igual que el resto de los animales mamíferos, lo conseguimos gracias a los pulmones. Sin embargo, las plantas respiran de una manera diferente. Las plantas toman el oxígeno del aire y, a partir de la utilización de las reservas de hidratos de carbono, expulsan al exterior dióxido de carbono y vapor de agua, la planta toma oxígeno y desprende dióxido de carbono.

Las plantas, en presencia de la luz natural realizan la fotosíntesis en la que utilizan el dióxido de carbono y el agua para convertirlos en oxígeno y glucosa. En cambio, en la oscuridad ocurre lo contrario, ya que en esta etapa, en la respiración se obtiene dióxido de carbono producido mediante el uso de la glucosa. 

Hay que hacer unos dos observaciones: 

1. La fase luminosa, o fase dependiente de la luz, es aquella en donde se necesita luz para producir moléculas de energía orgánica (ATP Y NADPH), capturando la luz del sol a través de una serie de reacciones que involucran la clorofila química. En esta fase de la fotosíntesis se da el resultado de la síntesis de los compuestos químicos de alta energía: ATP Y NADPH. Posteriormente el ATP Y NADPH se utilizan para producir glucosa a partir del CO2 en la siguiente fase de la fotosíntesis: la fase oscura.
2. La fase oscura es en donde se utilizan las moléculas de ATP Y NADPH, el ATP proporciona energía mientras que el NADPH proporciona los electrones necesarios para fijar el CO2 en los carbohidratos. Este proceso mencionado se le conoce como el Ciclo de Calvin Benison y ocurre en el estroma. Esta fase no podría continuar si las plantas son privadas de la luz mucho tiempo, ya que las reacciones iniciales del proceso dependen directamente de la absorción de luz por parte de la planta.

Por otro lado, en nuestro experimento analizaremos una planta del género Crasulácea, perteneciente a la familia de Saxifragales. Esta planta conforma una familia de plantas herbáceas por lo general suculentas. En la actualidad tiene su lugar en los “jardines de piedra” a pleno sol. Por medio de cruces e hibridación, se han ido produciendo especies con tallos florales más cortos y que sobrepasa en belleza a todas las especies silvestres. De igual manera las encontramos en México, Centroamérica, Suramérica y África meridional.  

En cuanto a las plantas, existen tres tipos de plantas de acuerdo con los mecanismos de asimilación del CO2 en la fotosíntesis: 

1. Las plantas C3.  
2. Las plantas C4. 
3. Las plantas CAM.

En el metabolismo de las plantas C3, las plantas sólo utilizan el ciclo de Calvin para la fijación de CO2 del aire. En el primer paso del ciclo, el CO2 reacciona con la RuBP (Ribulosa-1, 5-bifosfato) para producir dos moléculas del ácido de 3 carbonos, 3-fosfoglicéricos (3-PGA), por lo que se les denominan plantas C3. Algunos ejemplos de estas plantas son: las jacarandas, los pinos, lapachos, etc. En general, las plantas que tienen grandes hojas.

En el metabolismo de las plantas C4, el CO2 se incorpora indirectamente a través de un compuesto de cuatro carbonos. En las C4 hay dos clases de cloroplastos: unos se hallan en las células internas, contiguos a los vasos conductores de las hojas, y los otros están en las células parénquimas clorofílico perférico: el mesófilo. En este último tipo de cloroplasto se produce la fijación del CO2. Las plantas C3 solo tienen un cloroplasto, siendo esta la diferencia con las C4, para lograr los dos cloroplastos en la planta, hay que introducir un gen en el lugar apropiado del genoma.   

El metabolismo CAM (MAC/ Metabolismo ácido de las crasuláceas), ayuda a las plantas a que florezcan en un ambiente seco como las cactáceas y piñas, reduciendo hasta el mínimo la fotorespiración. Estas en vez de separar las reacciones dependientes de la luz y el uso de CO2 en el ciclo de Calvin, abren sus estómagos por la noche para que el CO2 se pueda disiparse por las hojas. A este tipo de plantas se les conoce como metabolismo ácido de las crasuláceas, debido al almacenamiento de dióxido por la noche como un ácido.

Las diferencias metabólicas y de gasto energético entre plantas C3, C4 Y MAC son debidas a una respuesta ambiental, cada uno de estos tipos de plantas se desarrollan en diferentes climas y cada uno representa una adaptación a ese clima. Esto hace que el mayor gasto energético para la fijación de CO2 que existe en estos tres tipos de plantas se haga visible.

Las plantas C3 para fijar una molécula de CO2 gastan 3 moléculas de ATP y dos moléculas de NADPH, mientras que las plantas C4 y MAC gastan para lo mismo 5 o 6 moléculas, 5 moléculas de ATP y 2 de NADPH, respectivamente. La conversión diurna de málico para formar almidón requiere ATP y justifica la diferencia en consumo energético.

Las MAC Y C4 son tipos de plantas adaptadas a vivir en ambientes cálidos y áridos, aunque en las C4 también se presentan en climas húmedos. En estos ambientes la apertura de estomas para dejar circular el aire y así poder fijar el CO2  les supondría pérdidas de agua, de ahí que las C4 y MAC utilicen mecanismos de acumulación de CO2 que les permitan evitar esa pérdida de agua.   

Nuestro objetivo es analizar de qué manera varía el CO2 y O en los procesos de respiración y fotosíntesis en la planta crasulácea. Además, determinar los factores que influyen en el proceso fotosintético para que este se realice de buena manera y por último aumentar nuestro conocimiento respecto al tema de la fotosíntesis y la respiración. 

Las hipótesis planteadas: 

1. Los factores de la temperatura y la intensidad de la luz influyen en el proceso fotosintético de la planta.
2. El CO2 es fundamental para la fotosíntesis y es el producto del proceso de respiración. 
   
   
                          Diseño Experimental. 

Se analizará una planta del género Crasulácea perteneciente a la familia de Saxifragales, ya mencionada anteriormente. 

Por otro lado, mediante un sensor de CO2 se analizará la muestra, para así conocer y comparar su oxígeno y la cantidad de dióxido de carbono que se presente durante el proceso de la fotosíntesis, tanto en la fase luminosa como en la oscura. 

Tiempo establecido: 4 horas
Se analizará cada fase por 2 horas, primeramente, la lumínica y posteriormente la oscura.

Recursos (materiales):

1.      Sensor de CO2

2.      Sensor de O

3.      Interfaz

4.      Tela negra y caja. 

5.      Planta Crasulácea 

6.   Cámara

                             Procedimiento:

Fase luminosa: 

1. Colocaremos la muestra (planta) dentro del contenedor con los dos orificios para colocar los respectivos sensores. 
2. Se requiere conectar el sensor de CO2 y O para calibrarlos de modo que tome los datos requeridos por el lapso de 2 horas por cada fase. 
3. Una vez calibrados los sensores, los colocaremos en los orificios correspondientes de la cámara. 
4. Colocaremos la planta debajo de una lámpara, para conseguir las condiciones adecuadas para el experimento.
5.  Compilaremos los datos durante el lapso establecido para analizarlos más tarde. 

 

Fase oscura:

1. Retiraremos el sensor y guardaremos los datos de la fase lumínica, posteriormente calibraremos nuevamente los sensores para tomar los datos requeridos por dos horas.
2. Luego, procuraremos cubrir en su totalidad la cámara con la caja y por encima tela negra, de modo que ninguna luz entre, para así simular la fase oscura lo mejor posible. 
3. Colocaremos los sensores en los espacios correspondientes y una vez de asegurarnos de que la muestra esté cubierta totalmente, comenzaremos a compilar los datos. 

Resultados:

Los datos que se obtuvieron al tener a la planta a la luz y en la oscuridad fueron los siguientes: 

FASE LUMINOSA.

FASE OSCURA.

Análisis de Resultados:

Verde: Fase Luminosa.
Rojo: Fase Oscura.

Amarillo: Fase Luminosa.
Azul: Fase Oscura.

Observamos que, en la fase luminosa, el Oxígeno se mantiene alto, entre los números 8.8 y 9, mientras que, en la fase oscura, el Oxígeno tiende a ser menor de 8.8, llegando como mínimo al 8.2, esto implica que, para la obtención de energía de las plantas tenga un buen desarrollo, esta debe de necesitar de luz y los factores de la intensidad de la luz sí influyen en el proceso fotosintético de nuestra planta. En este caso, la producción de Oxígeno fue alta cuando tenía luz, sin embargo, al tapar a la planta completamente, su producción de Oxígeno fue baja, por lo que confirmamos que se necesita luz y así el Oxígeno cumple su función para la supervivencia de las demás formas de vida del planeta.

En cuanto al CO2, observamos que la producción en ambas fases se mantiene igual, sin embargo, a los primeros minutos, el CO2 en la fase luminosa alcanzó 100350, la cual bajó hasta 100100, manteniéndose entre 100150 y 100250, por otra parte, el CO2 de la fase oscura se mantuvo entre 100100 y 100250, al igual que en la fase luminosa, sin embargo, este se elevó a los últimos minutos, alcanzando 100300.

Conclusiones:

Con nuestro experimento, podemos concluir que en la fase oscura se produce CO2, por lo que su concentración se mantuvo conforme al paso del tiempo. Por otro lado, en la fotosíntesis intervienen diversos factores, en este caso analizamos el de la luz, en dado caso de que esta planta hubiera estado cuatro horas en oscuridad, su producción de Oxígeno hubiera sido baja, y con ello la producción de CO2 también, por lo que asimilamos que las plantas necesitan y son dependientes de la luz para realizar todo el proceso de fotosíntesis de la manera apropiada. 

Por otra parte, el CO2 es el producto de desecho en este proceso fotosintético, y este al igual que la luz, es un factor que influye en la fotosíntesis, la concentración de CO2 ayuda a que la actividad fotosintética aumente conforme va creciendo la concentración de CO2, hasta alcanzar un límite en el que se estabiliza. 

Aportando a nuestros conocimientos gracias al experimento, observamos y analizamos que las plantas C3 son las que más producen biomasa (Cantidad de productos obtenidos por fotosíntesis, convertidas en combustibles útiles para el hombre y expresada en unidades de superficie y de volumen) neta,y esto es debido a que gastan menos energía que las plantas CAM/MAC y C4, las cuales como mencionamos, hacen un mayor gasto de ATP y poder reductor para acumular CO2. 

¿Por qué esto es importante de mencionar? Pues, si lográramos como comunidad poder plantar plantas tipo C3, las condiciones ambientales cambiarían positivamente. Las plantas C4 Y MAC servirían totalmente en las condiciones ambientales extremas, en las zonas cálidas y si el cambio climático fuera a deparar a un clima árido y seco, estas plantas ayudarían bastante. 

Bibliografía.

·  Christopher R. Somerville, Shauna C. Somerville. La fotosíntesis de las plantas    

·  Fernández, N. O. Fotosíntesis. 2014 uaeh.edu  (Consultado el 6 de noviembre de 2019) en https://www.uaeh.edu.mx/docencia/VI_Lectura/bachillerato/documentos/2014/LECT110.pdf

·  jardinbotanico.uma. Especies pertenecientes a: Crassulaceae  (Consultado el 6 de noviembre de 2019) en http://www.jardinbotanico.uma.es/bbdd/index.php/category/crassulaceae/   

·  Khanacademy.org Introducción a la fotosíntesis 2019 (Consultado el 6 de noviembre de 2019) en https://es.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/introduction-to-stages-of-photosynthesis/a/intro-to-photosynthesis

·  MundodeSuculentas.com Crassulaceae. 2019  (Consultado el 6 de noviembre de 2019) en  https://mundodesuculentas.com/crassulaceae/    

·  Raffino, M. E. Concepto de fotosíntesis. 2019  (Consultado el 6 de noviembre de 2019) en https://concepto.de/fotosintesis/