Velocidad de la fotosíntesis

Pregunta esencial

¿Qué factores aceleran o frenan la fotosíntesis?

A los agricultores y a quienes cultivan en invernaderos les importa qué tan rápido producen azúcar las plantas. En esta lección verás cómo medir la velocidad de la fotosíntesis y luego usarás gráficas para descubrir cómo la cambian la luz, el dióxido de carbono y la temperatura. También aprenderás por qué una velocidad puede nivelarse y qué es un factor limitante.

Medir la velocidad

• Velocidad: cuánto cambia en una unidad de tiempo
• Cuenta las burbujas de O₂ de una planta acuática
• O recoge el gas y mide su volumen
• Cambia un solo factor a la vez

La velocidad de la fotosíntesis indica qué tan rápido ocurre. Una forma común de medirla es poner una planta acuática bajo una lámpara y contar las burbujas de oxígeno que libera cada minuto, o recoger el gas y medir su volumen. Velocidad = cantidad de O₂ ÷ tiempo; por ejemplo, 3.6 mL de O₂ en 12 min es una velocidad de 0.30 mL/min. Para probar un factor, como la luz, cambia solo ese factor y mantén iguales los demás. Si alejas la lámpara, la luz se vuelve más tenue.

Intensidad de la luz

• Más luz, mayor velocidad (al principio)
• La gráfica empieza como una línea ascendente
• La velocidad se nivela en una meseta
• Entonces más luz ya no ayuda

Con luz baja, la fotosíntesis se acelera al aumentar la luz: en los datos de muestra, al duplicar la intensidad de la luz de 10 a 20, la velocidad se duplica de 6 a 12. Por encima de unas 50 a 60 unidades, la línea se aplana en una meseta en 26. Más luz ya no acelera la fotosíntesis, porque ahora el límite es otra cosa. La gráfica muestra la intensidad de la luz en el eje x porque es el factor que cambió quien hizo el experimento.

Dióxido de carbono

• El CO₂ es un reactivo de la fotosíntesis
• Más CO₂: mayor velocidad, al principio
• Con luz tenue, el CO₂ extra no ayuda
• A veces los invernaderos agregan CO₂

El dióxido de carbono es un reactivo de las reacciones independientes de la luz, así que más CO₂ normalmente aumenta la velocidad. Con luz intensa (datos de muestra), la velocidad sube de 26 a 42 cuando el CO₂ del aire se duplica de 0.04% a 0.08%. Con luz tenue, la velocidad se nivela en 12 y no cambia cuando sube el CO₂. Sin suficiente luz, la planta no puede producir el ATP y el NADPH que necesita para usar más CO₂. Algunos productores de invernadero agregan CO₂ al aire para que las plantas crezcan más rápido.

Temperatura

• Más caliente: las reacciones se aceleran
• La velocidad llega a su máximo en una temperatura óptima
• Demasiado calor: las enzimas cambian de forma y dejan de funcionar
• La gráfica sube, llega a un máximo y luego baja

La fotosíntesis depende de enzimas, y las enzimas funcionan mejor en cierto intervalo de temperatura (Unidad 5). En los datos de muestra, la velocidad sube con la temperatura hasta un óptimo cercano a 35 °C, donde llega a su máximo de 38. Por encima de esa temperatura, la velocidad baja rápido, y a 50 °C es casi cero. Las temperaturas altas cambian la forma de las enzimas y hacen que dejen de funcionar. A diferencia de la luz y el CO₂, aumentar la temperatura no produce una meseta. Produce un máximo y luego una caída.

Factores limitantes

• Factor limitante: el factor que hay en menor cantidad
• Fija la velocidad, aunque los demás abunden
• Si aumentas el factor limitante, la velocidad sube
• Entonces otro factor pasa a ser el límite

Un factor limitante es el factor que hay en menor cantidad y que por eso fija la velocidad. En la parte ascendente de la gráfica de la luz, la luz es el factor limitante: al agregar luz, la velocidad sube. En la meseta, la luz ya no es limitante, y otro factor, como el CO₂, la temperatura o la cantidad de clorofila, sí lo es. Para saber cuál es, cambia otro factor y observa si la velocidad sube. Si sube, ese factor era el límite. Los invernaderos están diseñados para ajustar varios factores a la vez.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Velocidades y cambio porcentual

Un estudiante coloca una lámpara a 30 cm de una planta acuática y recoge 3.6 mL de oxígeno en 12 minutos. Después cuenta las burbujas por minuto con la lámpara a 10 cm y a 30 cm de la planta (datos de muestra). (a) Halla la velocidad en mL/min. (b) ¿En qué porcentaje aumenta la velocidad de burbujas cuando la lámpara pasa de 30 cm a 10 cm?

Mostrar la solución

1. (a) Velocidad: 3.6 mL ÷ 12 min = 0.30 mL/min
2. (b) Lee la gráfica: a 10 cm: 48 burbujas/min; a 30 cm: 18 burbujas/min.
3. Cambio porcentual: (48 − 18) ÷ 18 × 100 = 167%
4. Razonamiento: más cerca de la lámpara, la luz es más intensa, así que la planta produce O₂ más rápido.
5. Respuesta: 0.30 mL/min. La velocidad de burbujas aumenta cerca de 167%.

Ejemplo 2: La luz y los factores limitantes

Usa la gráfica de la intensidad de la luz. (a) ¿Cuál es la velocidad con intensidades de luz de 20 y de 40? ¿En qué porcentaje aumenta? (b) ¿Con qué intensidad de luz deja de aumentar la velocidad? (c) Explica la meseta usando el término factor limitante.

Mostrar la solución

1. (a) Lee la gráfica: 12 en 20 y 22 en 40. Aumento = (22 − 12) ÷ 12 × 100 = 83%
2. (b) Meseta: la velocidad es 26 en 60, 70 y 80, así que deja de aumentar cerca de 60.
3. (c) Razonamiento: por debajo de 60, la luz es el factor limitante, así que más luz aumenta la velocidad. En 60 y más, la luz ya no es limitante. Otro factor, como el CO₂ o la temperatura, es ahora el que hay en menor cantidad, así que más luz no tiene efecto.
4. Respuesta: 12 y 22: un aumento de cerca de 83%. La velocidad deja de subir cerca de 60, donde otro factor pasa a ser limitante.

Ejemplo 3: ¿Es limitante el dióxido de carbono?

Un productor sube el CO₂ de un invernadero de 0.04% a 0.08%. Usa la gráfica. (a) Halla el aumento porcentual de la velocidad con luz intensa. (b) Halla el cambio con luz tenue. (c) Explica la diferencia.

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1. (a) Luz intensa: la velocidad pasa de 26 a 42. (42 − 26) ÷ 26 × 100 = 61.5%
2. (b) Luz tenue: la velocidad se mantiene en 12, un cambio de 0%.
3. (c) Razonamiento: con luz intensa, el CO₂ es limitante entre 0.02% y 0.08%, así que al agregarlo la velocidad sube. Con luz tenue, la luz es el factor limitante, así que el CO₂ extra no se puede aprovechar.
4. Respuesta: Un aumento de cerca de 62% con luz intensa y ningún cambio con luz tenue. Con luz tenue, la luz es el factor limitante.

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Práctica

Lee gráficas de la luz, el dióxido de carbono y la temperatura, calcula velocidades y cambios porcentuales, e identifica el factor limitante. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.

• Hoja de práctica: Velocidad de la fotosíntesis (PDF) (en inglés)
• Clave de respuestas: Velocidad de la fotosíntesis (PDF) (en inglés)

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Diapositivas de la lección

• Diapositivas 8.3: Velocidad de la fotosíntesis (PDF) (en inglés)

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Ideas clave

• Velocidad = cantidad de O₂ ÷ tiempo
• Luz y CO₂: la velocidad sube y luego se nivela
• Temperatura: la velocidad sube, llega a un máximo y luego baja
• El factor que hay en menor cantidad es el factor limitante
• Cambia un solo factor a la vez para probarlo

De vuelta a la pregunta esencial: la velocidad de la fotosíntesis se puede medir con el O₂ que libera una planta cada minuto. La luz y el CO₂ aumentan la velocidad hasta que otro factor pasa a ser limitante, y la velocidad llega a su máximo en una temperatura óptima y luego baja cuando las enzimas dejan de funcionar. El factor que hay en menor cantidad es el factor limitante. A continuación verás la otra mitad de la historia de la energía: cómo liberan las células la energía almacenada en la glucosa.

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