¿Cómo aumentan las plantas la eficiencia fotosintética?

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Imagen 1. Hoja de una planta. autor de la imagen: Noah Elhardt. En Wikimedia Commons.

Hola steemados amigos. Deseo estén bien saludables y muy activos.

Vamos a darle continuación al tema de la fotosíntesis.

Esta vez vamos a enfocarnos en las estructuras y sustancias que permiten el desarrollo de la fotosíntesis así como las características que ayudan a su mayor eficacia.

Aclaremos un poco. Las plantas, a través del tiempo, se han ido adaptando en función de tener mayor eficacia en la realización del proceso fotosintético y así obtener más alimento. Para obtener esa eficacia debe captar lo mejor posible los elementos que necesita para realizarla.

Estos elementos son: agua, minerales, CO2 y luz solar.

El agua y los minerales, como vimos en el post anterior, los obtiene, principalmente, a través de las raíces.

Pero el CO2 y la luz solar debe adquirirlos a través de otras estructuras que estén diseñadas para efectuar esa tarea lo más eficientemente posible. Por ello, las plantas, han adaptado las partes fotosintéticas para cumplir esta labor. La adaptación ha llevado incluso a incorporar partes (hacerlas fotosintéticas) que muchas veces no realizan fotosíntesis.

Estas estructuras y sustancias fotosintéticas están localizadas principalmente en las hojas. Mejor dicho, las hojas y sus partes internas conforman lo que vamos a llamar aparato fotosintético.

Vamos, entonces, a señalar las partes y subpartes que integran el aparato fotosintético para luego desarrollarlas:

• La hoja: características generales y su estructura Interna.

• Pigmentos fotosintéticos.

• Plastidios.

• Cloroplastos.

• Tilacoides.

LA HOJA: características generales y su estructura interna.

A. Características generales:

La hoja es el órgano más utilizado para llevar a cabo la fotosíntesis. Su eficiencia es muchísimo mayor que las demás partes verdes de las plantas.

Ésta eficiencia se apoya en varios aspectos que le permiten captar mejor la luz solar y el CO2 que son elementos indispensables para realizar la fotosíntesis.

Veamos cuales son estos aspectos. Para ello vamos a dividirlos en dos grupos: Para una mejor eficacia en la captación de luz solar y para una mejor eficacia en la captación de CO2.

Para una mejor eficacia en la captación de luz solar:

Primero. Generalmente las hojas son planas y delgadas (imagen 2).

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Imagen 2. Plantación de tabaco. Obsérvese lo plano y delgado de las hojas. Autor de la Imagen: Derek Ramsey (Ram-Man). En Wikimedia Commons.

Lo plano les permite tener mayor área expuesta para la captación de la luz solar. Lo delgado facilita el pase de luz a través de ella por lo que las estructuras internas tienen mayor posibilidad de entrar en contacto con la luz.

Debemos señalar que no todas las hojas son totalmente planas y delgadas. Hay sus excepciones. Por ejemplo, las hojas en forma de aguja llamadas aciculares (imagen 3) de algunas plantas como las Gimnospermas y las hojas de los cactus que se han transformado en espinas (imagen 4). Sin embargo, estas adaptaciones permiten ahorrar agua, otro elemento necesario para la fotosíntesis. Veamos.

Hojas aciculares:

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Imagen 3. Planta de Picea mariana una Gimnosperma. Las hojas son en forma de aguja (aciculares). En Wikimedia Commons.

Hojas transformadas en espinas:

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Imagen 4. Cactus. Las espinas que se observan son las hojas transformadas. Autor de la imagen: Dinkum. En Wikimedia Commons.

En las plantas de hojas gruesas como las del Género Aloe, entre ellas la sábila (Aloe vera), las estructuras fotosintéticas (el mesófilo) se localizan en las partes más externas quedando en el centro el gel característico de este tipo de hoja (imagen 5). Esta ubicación de las partes fotosintéticas aumenta la eficacia en la captación de la luz.

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Imagen 5. Dibujo de hoja cortada de Aloe vera. 1 - cutícula. 2 - parénquima de cloroplastos. 3 - tejido interno. 4 - paquetes vasculares. El parénquima de cloroplastos es el mesófilo y el tejido interno es el gel. autor de la imagen: Vojtěch Zavadil. En Wikimedia Commons.

Segundo. El número de hojas en las plantas, en la mayoría de los casos, es muy elevado. Por ejemplo en el samán, el mango (Imagen 6), aguacate, etc. Esto influye en el área disponible para la captación de la luz aumentándola en forma considerable.

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Imagen 6. Árbol de mango (Mangifera indica). Obsérvese la gran cantidad de hojas que favorecen la captación de luz y por ende al proceso de fotosíntesis. Autor de la imagen: Usuario Vmenkov. En Wikimedia Commons.

Tercero. La disposición de las hojas en el tallo; filotaxis (Imagen 7), se realiza de tal manera que se logra una mayor exposición a la luz y disminuye la interferencia de las hojas de arriba con las que están por debajo de ellas.

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Imagen 7. Filotaxis. Leyenda: a. alternas, b. opuestas (90°) c. opuestas - dísticas (no rotadas), d. verticiladas. La disposición de las hojas permite que las hojas inferiores reciban luz. En el caso de las opuestas dísticas (c) las hojas de arriba son más pequeñas que las de abajo lo que disminuye la interferencia. Autor de la imagen: Nova. En Wikipedia Commons.

A esto se añade el hecho de que las hojas en formación siempre son más pequeñas que las hojas ya formadas lo que coopera con la disminución de la interferencia.

Cuarto. En la estructura interna de la hoja, como veremos más adelante, el área que tiene mayor número de células aglomeradas y que a su vez son las células que contienen mayor número de cloroplastos se ubican cerca del haz que es la cara superior del limbo de la hoja. El haz es quién recibe directamente los rayos solares.

O sea, la estructura interna de la hoja ésta diseñada para aumentar la eficacia en la captación de luz solar por las células más fotosintéticas. Esto se verá con más detalle en la parte que corresponde a la estructura interna de la hoja.

Para una mejor eficacia en la captación de CO2:

Con respecto a la captación del CO2 el envés ésta diseñado para esta labor. En él hay, en un número muy elevado, estructuras que permiten la entrada y pase del CO2 a las células y a la vez la salida de agua y oxígeno a la atmósfera. Cada una de estas estructuras recibe el nombre estoma. Cada estoma consta de dos células estomáticas llamadas también oclusivas y un poro central llamado ostiolo (Imagen 8).

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Imagen 8. Estoma. Permite la entrada y pase del CO2 a las células así como la salida de agua y oxígeno al exterior a través del ostiolo. Autor de la imagen: Alex Costa. En Wikimedia Commons. Modificada en Paint por @josedelacruz.

B. Estructura interna de la hoja:

La estructura interna de la hoja ésta diseñada para aumentar la eficacia del proceso fotosintético como veremos a continuación.

Echemos primero una ojeada a la morfología externa. La hoja ésta formada por el peciolo (parte en forma de tallito que la une al tallo) y por el limbo. Y es al limbo al que nos vamos a referir.

Externamente, el limbo tiene dos caras. La superior o de arriba llamada HAZ y la inferior llamada ENVÉS.

Debido a ésta posición el haz recibe la luz directamente lo que no ocurre con el envés.

Esto determina que las células internas más cercanas al haz tienen mayor posibilidad de captar la luz solar.

Revisemos la estructura interna del limbo para visualizar cuáles son esas células.

El limbo en un corte transversal presenta tres capas o zonas: dos epidermis y un mesófilo.

Epidermis.

La epidermis de las hojas son tejidos protectores formados por células que generalmente carecen de cloroplastos. Pero algunos grupos de plantas tienen cloroplastos en las células epidérmicas de la hoja lo que aumenta las áreas fotosintéticas. Ejemplos de ellos son las plantas higrófitas (imagen 9) y las hidrófitas tipo sumergidas (imagen 10).

Las plantas higrófilas son aquellas que viven en un ambiente muy húmedo y donde la luz tiende a estar limitada por lo que frecuentemente presentan cloroplastos en la epidermis de la hoja.

Las plantas hidrófitas o acuáticas son las que viven en el agua o a orillas de lagunas, lagos o ríos. Hay de varios tipos. Entre ellas están las que siempre están sumergidas dentro del agua ya sea flotando o fijadas en el suelo acuático. Este hecho hace que la luz llegue en forma difusa a sus hojas influyendo en la captación de la luz. Por ello, generalmente, la epidermis de sus hojas presenta cloroplastos lo que mejora la captación de la luz.

Planta higrófita:

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Imagen 9. Calathea lancifolia. Ésta planta higrófita necesita de un ambiente húmedo y luz difusa por lo presenta cloroplasto en las células epidérmicas de la hoja. Autor de la imagen: Dinkum. En Wikimedia Commons.

Planta hidrófita tipo sumergida:

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Imagen 10. Elodea (Egeria densa) planta hidrófita tipo sumergida. Las células de la epidermis de la hoja tienen cloroplastos. Autor de la imagen. Ernst Schütte. En Wikimedia Commons.

Ya señalamos que son dos capas epidérmicas. Ellas son: la superior o adaxial y la inferior o abaxial.

Ambas, generalmente, están recubiertas por una cutícula. Sin embargo, entre ambas capas existen algunas diferencias.

La epidermis adaxial presenta una cutícula más gruesa que la epidermis abaxial. Habitualmente no tiene estomas y cuando los hay no son tan numerosos como en la capa abaxial.

Algunas plantas no presentan estomas como las acuáticas sumergidas y las holoparásitas.

Las dos epidermis limitan, por encima y por debajo, a la otra capa del limbo: el mesófilo.

Mesófilo:

El mesófilo es la zona fotosintética de la hoja por excelencia. Está formado por células llamadas parenquimatosas, que forman el parénquima clorofiliano, y por los vasos conductores (xilema y floema).

Hay dos tipos de mesófilos. El homogéneo y el heterogéneo.

El mesófilo homogéneo ésta constituido por una sola capa de células compactas que pueden ser redondeadas en algunas especies o alargadas en otras.

El heterogéneo se diferencia en mesófilo en empalizada y mesófilo esponjoso.

Cada tipo de mesófilo cumple más eficientemente con una labor.

El de empalizada se especializa en realizar la fotosíntesis. Por ello, es la zona donde se agrupa mayor cantidad de células fotosintéticas las cuales son alargadas.

Debido a eso se aglomeran apretadamente formando un grupo compacto en forma de empalizada. En algunas especies, el mesófilo en empalizada puede estar formado por más de una capa.

Además, las células del mesófilo en empalizada, por lo general, tienen más cloroplastos que las demás partes de la hoja.

Por otro lado, hay que agregar a lo anterior, que este mesófilo está ubicado inmediatamente por debajo de la epidermis adaxial. O sea, hacia la cara superior de la hoja, el haz, que es quién recibe directamente los rayos solares aumentando así su capacidad fotosintética.

Entonces, las células del mesófilo en empalizada son las más cercanas al haz de la hoja, por lo tanto, con mayor posibilidad de captar la luz solar.

A veces, hay doble mesófilo en empalizada. Uno ubicado hacia la cara adaxial y el otro hacia la cara abaxial quedando el mesófilo esponjoso en el centro. Esto sucede en plantas que tienen hojas erguidas o colgantes por lo que tienden a recibir luz por ambas caras. Esto aumenta la eficiencia fotosintética.

Lo anterior deja claro que el mesófilo en empalizada es la zona más fotosintética de la hoja incluso de la planta.

En cuanto al mesófilo esponjoso se puede señalar que se especializa en la transpiración y en el intercambio de gases.

Para ello cuenta con la estructura necesaria.

Por un lado, está ubicado hacia el lado inferior de la hoja (el envés). O sea está en contacto directo con la epidermis abaxial que es la que generalmente tiene más estomas.

Por otro lado, el número de células en él es menor, lo que deja espacios libres o lagunas. Por lo tanto, estos espacios también quedan en comunicación directa con los estomas.

Esta estructura permite los siguientes procesos:

El agua en exceso que llega a las células del mesófilo pasa con facilidad a los espacios libres y de allí sale por los estomas. Igual sucede con el oxígeno que se libera de la fotosíntesis.

A su vez, el CO2 atmosférico, necesario para el proceso fotosintético, entra por los estomas a los espacios libres y de allí pasa a las células del mesófilo.

O sea, el mesófilo y la epidermis abaxial a través de los estomas, permiten eficientemente la salida de agua y oxígeno y la entrada de CO2.

Veamos una representación de la estructura interna de la hoja para visualizar mejor los procesos ya explicados.

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Imagen 11. Estructura interna de la hoja. El mesófilo en empalizada se ubica hacia el haz por donde llega la luz solar. El mesófilo esponjoso y los estomas permiten la salida de agua y oxígeno y la entrada de CO2. Autor de la imagen: H McKenna. En Wikimedia Commons.

Hemos visto como las plantas, especialmente en las hojas, se han adaptado para ser más eficientes en la realización de la fotosíntesis.

Esto conduce a mayor producción de alimentos y de oxígeno que sirve de sustento para los organismos heterótrofos.

Hasta aquí este post. En el próximo seguiremos desarrollando las partes que forman el aparato fotosintético.

Espero haya sido de su agrado y de utilidad. Agradecido por su lectura.

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