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La fotosíntesis II: Fotosíntesis y Biotecnología

La población mundial crece a gran velocidad. Uno de los problemas que surge en este escenario es: ¿cómo se responde a la demanda alimentaria creciente?
Para que la demanda de comida en el mundo sea satisfecha será necesario un incremento en el rendimiento de los cultivos. Se cree que el maíz, arroz, trigo, soja, cebada y sorgo serán las másimportantes fuentes nutricionales del futuro.
En el caso del arroz, por ejemplo, se estima que se necesitará un incremento del rendimiento del 50% para el año 2030. Dado que el índice de cosecha para muchos cultivos ha alcanzado el máximo valor, es decir que no se puede aumentar la superficie de cultivo, el aumento en el rendimiento se logrará a través de un incremento en la biomasa del cultivo y enla fotosíntesis neta. Para esto es necesario aumentar el área de las hojas, o la fotosíntesis neta por área de hoja. Es decir, habrá que lograr un aumento en la fotosíntesis por hoja.
La pregunta es: ¿qué parte del proceso fotosintético puede ser modificado para aumentar la cantidad de CO2 fijado?
El mejoramiento genético, el uso de fertilizantes, y la optimización del manejo de los diferentescultivos desde mediados de los ‘50 han generado un importante incremento mundial en el rendimiento potencial y real de la inmensa mayoría de los cultivos. Esta tendencia deberá mantenerse, pero aún con mayores tasas de aumento en los rendimientos.

Factores que modulan la fotosíntesis
Aumentar la tasa de fotosíntesis resulta la estrategia más lógica y promisoria para incrementar el rendimientode los diferentes cultivos. Esta idea se basa en que toda la materia seca producida depende del proceso de fotosíntesis. Sin embargo, su puesta en práctica no es tan simple. La fotosíntesis es un proceso que no ocurre aislado de su entorno. El medioambiente tiene un efecto muy marcado en la eficiencia fotosintética de las distintas plantas. ¿Como hacer para regular un proceso en el que estánimplicadas 50 reacciones enzimáticas? ¿Como regular un proceso en el cual todas las reacciones involucradas se ven alteradas por el medioambiente?
Existen factores internos y externos que pueden regular en mayor o menor medida a la fotosíntesis, como muestra la ilustración:


Factores internos y externos que influyen en el proceso fotosintético

Cada uno de los factores ambientales citados afecta latasa de fotosíntesis de diferente manera:
La concentración del CO2 es uno de los factores ambientales con mayor influencia sobre la fotosíntesis y sobre el crecimiento de las plantas. Este gas estimula la fotosíntesis por su función de sustrato.
En cambio, altas concentraciones de O2 inhiben el proceso de fotosíntesis.
Los altos niveles de luz (energía lumínica) permiten que se exprese lamáxima capacidad de fotosíntesis, mientras no haya restricción de agua y nutrientes. Aumentar la penetración de radiación dentro del área de cultivo es una forma de inducir mayores tasas fotosintéticas.
En cuanto a la temperatura, las plantas viven y fotosintetizan en una gran variedad de hábitats con grandes diferencias en sus condiciones térmicas. Como en cualquier otro proceso bioquímico, lacapacidad fotosintética de cada especie tiene un óptimo de temperatura. La mayor eficiencia de fotosíntesis ocurre a la temperatura óptima para ese cultivo. Por encima de ese valor, la fotosíntesis disminuye por la desnaturalización (pérdida de la estructura espacial) de las enzimas.
Los factores internos que aumentan la tasa de fotosíntesis son el contenido de clorofila en cloroplastos, la duracióndel pigmento en las hojas, la apertura de los estomas (que intercambian gases con el entorno), y la actividad de la enzima denominada rubisco).

Una enzima clave: la rubisco
La enzima RuBisCO (ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa-oxigenasa) cataliza una reacción clave en la fotosíntesis: la asimilación y fijación del CO2 en la vía de síntesis de materia orgánica (ver cuaderno 106). La actividad...