Mejora del proceso de carboxilación y adaptación al cambio climático

Transcripción

1 Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca Mejora del proceso de carboxilación y adaptación al cambio climático Rafael Martínez Carrasco

2 Investigaciones en el IRNASA y su finca experimental Muñovela

3 Cultivos en el campo con las concentraciones de CO 2 y temperaturas futuras

4 Proceso de carboxilación Enzima (catalizador) = 5 C 1 C 3 C + 3 C Ribulosa bisfosfato CO 2 (dióxido de carbono) Fosfoglicerato Asimilación de carbono en la fotosíntesis de las plantas

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7 Qué efectos tienen los aumentos de CO 2 y temperatura (cambio climático) sobre las plantas?

8 El C es un componente mayoritario de la materia vegetal

9 El C se toma del aire mediante la fotosíntesis Allen DJ, Ort DR (21) Trends in Plant Science 6: 36 42

10 El aumento de la concentración de CO 2 en la atmósfera puede tener un efecto fertilizante Allen DJ, Ort DR (21) Trends in Plant Science 6: 36 42

11 Hay más carboxilación (fotosíntesis) cuando aumenta el CO 2?

12 Hay más asimilación fotosintética cuando aumenta el CO 2? 5 4 A, µmol m -2 s Ci, Pa La fotosíntesis responde positivamente al aumento de CO 2

13 Qué efectos tienen los aumentos de temperatura sobre la fotosíntesis? 5 4 Ca µmol mol A, µmol m -2 s Temperatura, ºC La fotosíntesis responde más positivamente a la temperatura a medida que aumenta el CO 2

14 Los aumentos de CO 2 y temperatura (cambio climático) pueden favorecer la asimilación de carbono en la fotosíntesis (carboxilación)

15 A, µmol m -2 s CO2 Amb CO2 Elev a b CO2 Amb 4 7 T T+4 CO2 Elev La fotosíntesis es mayor con CO 2 elevado que ambiente. Con la misma concentración de CO 2, es mayor en las plantas que crecen en CO 2 ambiente (AC) que en elevado (EC): Disminución de la capacidad fotosintética (aclimatación de la fotosíntesis) El aumento de temperatura en 4 o C tiene efecto más positivo en plantas que crecen en CO 2 elevado El aumento de la carboxilación con el crecimiento en CO 2 elevado es menor de lo esperado

16 Por qué disminuye la capacidad fotosintética con los aumentos de CO 2? Rubisco La enzima que fija el CO 2 atmosférico dentro de las hojas se llama abreviadamente Rubisco Allen DJ, Ort DR (21) Trends in Plant Science 6: 36 42

17 6 CO 2 ambiente 6 CO 2 elevado initial activity, µmol m -2 s -1 protein, µmol m a b a b c protein, nmol m a b c a b c time, h time, h Con CO 2 elevado disminuye la actividad y el contenido de proteína Rubisco en las hojas Esta disminución es la responsable de la aclimatación de la fotosíntesis T. amb. N bajo T. + 4 o C N bajo T. amb. N alto T. + 4 o CN alto

18 CO 2 ambiente CO 2 elevado Sacarosa, mmol m -2 Almidón, mmol m -2 Fructanos, mmol m tiempo, h tiempo, h La planta no utiliza todo el suplemento de carbohidratos producidos con el aumento de la fotosíntesis en CO 2 elevado Los carbohidratos se acumulan en las hojas La acumulación de carbohidratos podría disminuir la actividad Rubisco T. amb. N bajo T. + 4 o C N bajo T. amb. N alto T. + 4 o CN alto

19 8. 6. CO2 ambiente CO2 elevado hoja bandera g m % 2.. N Prot. Sol. Rubisco Rubisco (% Prot. Sol.) 2 1 La disminución de Rubisco en CO 2 elevado puede reflejar una disminución general de proteína y nitrógeno en las hojas

20 6 parte aérea N, mg tallo Amb Elev En CO 2 elevado puede ser menor la absorción de nitrógeno desde el suelo

21 Estomas El CO 2 elevado cierra los estomas, poros por los que entra en las hojas el CO 2 y sale el vapor de agua 1 mm

22 4 µmol mol 1 7 µmol mol 1 CO 2 ambiente N bajo CO 2 ambiente N alto CO 2 elevado N bajo CO 2 elevado N alto Las plantas que crecen con CO 2 elevado consumen menos agua El cierre de los estomas en CO 2 elevado disminuye el agua liberada a la atmósfera en la transpiración Y disminuye también la absorción de agua del suelo

23 H 2 O CO 2 Como resultado, con CO 2 elevado hay en el suelo menos movimiento de agua arrastrando nitrógeno hasta la vecindad de las raíces Así, con menos transpiración disminuye la absorción de nitrógeno

24 1.4 Absorción NO 3, mmol g PS raiz CO2 amb CO2 elev CO2 amb CO2 elev N bajo N alto Las plantas que crecen en suelo y con CO 2 elevado son más pobres en nitrógeno y proteína Cultivo hidropónico: El CO 2 elevado no disminuye la absorción del N libremente accesible en una solución acuosa Las raíces no pierden capacidad de absorción

25 Aclimatación de la fotosíntesis Ambiente (T) T + 4 Año 1 Año 2 Año 1 Año 2 La aclimatación de la fotosíntesis al CO 2 elevado disminuye con más nitrógeno y con la temperatura alta cuando el suministro de N es abundante N bajo N alto

26 % Cambio * * año 1 Emerg AreaTotal Emerg PS Total Final PS Total CO2 T4 * año 2 * Qué efectos tienen los aumentos de CO 2 y temperatura sobre el crecimiento? El CO 2 elevado aumenta ligeramente la superficie verde y el peso seco de las plantas. El aumento es menor que el esperado. % Cambio CO2 Factor T4 La temperatura alta tiene poco efecto o un efecto negativo en la superficie verde y el peso seco

27 Rubisco Cebada mutante G CO2 amb. WT CO2 elev WT CO2 amb. G132 CO2 elev G132 D1 LHCII cyt b6 Identificación de la variación genética en atributos que confieren adaptación al cambio climático Puede mejorarse la carboxilación y adaptación de las plantas al cambio climático? El mutante G132 de cebada responde al aumento de CO 2 no disminuyendo el contenido de Rubisco e incrementando el contenido de proteínas implicadas en la captura de la luz y el transporte fotosintético de electrones

28 Peso Genotipo Grano, g líneas de trigo del CIMMYT (México) CO 2 y temperatura elevados 7 µmol mol 1 CO Temperatura ºC Hora Abr May Jun Fase1 Fase2 Fase3 Pueden obtenerse líneas de trigo mejor adaptadas a los aumentos de CO 2 y temperatura

29 La fotosíntesis y la biomasa responden positivamente al aumento de CO 2, pero menos de lo esperado El incremento de temperatura en 4 o C tiene efecto más positivo en la fotosíntesis en plantas que crecen en CO 2 elevado, pero no aumenta la biomasa La aclimatación de la fotosíntesis al CO 2 elevado disminuye con temperatura alta y se mitiga con N abundante El CO 2 elevado reduce el consumo de agua por la planta El crecimiento en CO 2 elevado disminuye el contenido de proteína en la planta La identificación de atributos fisiológicos puede guiar la mejora genética para la adaptación a los aumentos de CO 2 y temperatura

30 Pilar Pérez Rosa Morcuende Ángel Luís Verdejo Mª Ángeles Boyero Rubén Vicente Javier Córdoba Fátima Valero

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