Ecofisiologa Vegetal

Por qu esta planta esta establecida aqu?

Mecanismos fisiolgicos que explican las observaciones

ecolgicas

Objetivos del curso:

Comprensin del desempeo de las plantas y de los ecosistemas, a travs de la revisin de los mecanismos fisiolgicos usados por las plantas en respuesta a las condiciones ambientales y recursos existentes.

Entender cuales son las influencias abiticas clave sobre el crecimiento, supervivencia y reproduccin de las plantas.

Objetivos del curso:

Explicar porque el modelamiento de las propiedades funcionales de las plantas es

importante para entender como estas

pueden influir en el ambiente (y

viceversa).

Explicar como la captura de luz, relaciones hdricas, procesos en el suelo e

intercambio de gases, son influenciados

por la variabilidad ambiental y reflejan

como las plantas se distribuyen.

Evaluacin

Promedio de 2 certmenes (60%) + Promedio de 2-3 presentaciones de artculos cientficos (40%).

Discusin de papers: Marco terico.

Hiptesis testeada.

Principales mtodos y anlisis de los datos.

Principales resultados: Los resultados validan o rechazan la hiptesis?

Principales conclusiones.

Preguntas que Ud. o la audiencia pueda formular acerca del paper.

Participacin (individual y acumulativa).

Exposicin: mnimo 20 min, mximo 30 min.

Qu es ecofisiologa (EF)?

La ecofisiologa vegetal es una ciencia experimental que busca describir los mecanismos fisiolgicos que

subyacen a los patrones ecolgicos de las plantas.

Esta pretende responder a preguntas ecolgicas relacionadas con la disponibilidad, captura y uso de los

recursos necesarios para el crecimiento y desarrollo de

las plantas.

Los patrones y mecanismos ecofisiolgicos nos permiten entender el significado funcional de

determinados atributos de las plantas y su importancia

en la evolucin de estas.

Evolutivas

Ecolgicas

Fisiolgicas

Bioqumicas

Biofsicas

Moleculares

Ecofisiologa

Disminucin de

las escalas

temporales y

espaciales de

los procesos

biolgicos

Preguntas:

Herramientas:

Agricultura

Cs. forestales

Cs. ambientales

Geografa

Cambio climtico

(DeLuca et al. 2001)

Enfoque ecolgico y fisiolgico a

escala de organismos: teoras de

intercambios de masa y energa,

asociados a modelos de crecimiento

y optimizacin de recursos.

Examinar la significancia adaptativa

de atributos fisiolgicos y

morfolgicos, a partir de herramientas

filogenticas y moleculares.

Extrapolar los mecanismos

fisiolgicos a escala poblacional y

comunitaria, para entender el rol del

componente bitico en los flujos

ecosistmicos.

Evolucin de las investigaciones en EF

Nicho fundamental:

determinado por la amplitud

fisiolgica

EF y distribucin de los organismos:

Filtros que determinan la

composicin y estructura de la

vegetacin en un determinado sitio.

Nicho realizado: determinado

por la amplitud ecolgica

Las diferencias entre la amplitud fisiolgica y ecolgica determinan que

las spp. no necesariamente vivan en ambientes ptimos para su fisiologa.

(Walter 1973)

Algunos conceptos tiles para entender la

respuesta de las plantas a su medio

Estrs (perturbacin): factor bitico o abitico que reduce (o

cambia) la tasa de los procesos bsicos de la planta.

Respuesta al estrs: respuesta en un tiempo de seg a das que

lleva a disminuir (o cambiar) el performance.

Aclimatacin: un ajuste morfolgico o fisiolgico para compensar

una disminucin en el performance una vez ocurrido el estrs.

Adaptacin: una respuesta evolutiva a una presin de selectiva.

Implica cambios compensatorios morfolgicos y fisiolgicos,

incluyendo cambios genticos en las poblaciones.

Este ultimo se confunde como un mecanismo similar a la

aclimatacin pero este requiere varias generaciones para ocurrir.

La EF busca entender los mecanismos que subyacen principalmente a la

aclimatacin y que puedan ser usados para predecir respuestas al ambiente en

las plantas. Sin embargo, es un enfoque creciente en estudios evolutivos.

individuos poblaciones Estado-estable

potencial

Expresado como la

forma y funcin de la

planta en relacin

tanto con su ambiente

como con su historia.

Escala temporal de las respuestas del

las plantas al ambiente

Las respuestas compensatorias permiten a la

planta mantener relativamente constante la

tasa de sus procesos fisiolgicos.

Si una planta logra tener xito en un ambiente de estrs, podemos decir que

presenta algn grado de resistencia al estrs.

Evitar el estrs Tolerar el estrs

Respuestas a factores ambientales

flexibilidad = plasticidad fenotpica

especializacin = diferenciacin ecotpica

(Fenotipo = Genotipo + Ambiente)

(Fenotipo = Genotipo + Ambiente)

Cules son los principales enfoques

empricos de la ecofisiologa?

Documentar la relacin entre rasgos fisiolgicos/morfolgicos y las condiciones

ambientales donde estn las plantas.

La obtencin de estas correlaciones en terreno proveen la base para diversas hiptesis EF.

Sin embargo dichas hiptesis no pueden ser testeadas sin aproximaciones complementarias:

experimentos factoriales, exp. crecimiento,

anlisis filogenticos, etc.

La disponibilidad de luz y su

variabilidad:

Bases para la distribucin de las

plantas en distintos ambientes

lumnicos.

Heterogeneidad espacial en ambientes lumnicos:

su efecto sobre la respuesta y distribucin de las

plantas

De todos los factores que afectan a las plantas, probablemente la luz sea el mas heterogneo.

(Valladares & Guzmn 2006, Tree Phys)

Curso diario de la densidad de

flujo de fotones en distintas

porciones de la copa, en plantas

de sotobosque y claro

Patrones de distribucin ecolgica asociados a la variacin en disponibilidad de luz.

(Lusk et al. 2006,

Oikos)

Spp. leosas del

bosque templado

chileno

Mp

Az

La

Luz A

bu

nd

an

cia

re

lati

va

Relacin entre la distribucin ecolgica de las especies y su respuesta EF a la disponibilidad de un recurso.

(Saldaa et al. 2005, Oecologia)

Aspectos fotoqumicos de la asimilacin de Carbono:

Rango de absorcin

de luz de los

pigmentos

fotosintticos

Uso fotoqumico de la

luz

Asimilacin de Carbono

Fase clara

Como se componen los fotosistemas y como se disponen en la

membrana del tilacoide

Canopy openness (%)

0 10 20 30 40 50

Tota

l chlo

rophyll

(mg c

m-2

)

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

Canopy openness (%)

0 10 20 30 40 50

Chlo

rophyll a

:b r

atio

3.06

3.08

3.10

3.12

3.14

3.16

3.18

3.20

3.22

R2 = 0.95; P < 0.001

R2 = 0.95; P < 0.001

a b

(Saldaa et al., 2009, Ecol Res)

Qu relacin puede haber con la ecologa de una especie?...

Variacin en el contenido de clorofila con la disponibilidad de luz

Blechnum magellanicum

Curva de respuesta a la luz: refleja la tasa de asimilacin de CO2 en funcin de la disponibilidad de luz

Fotosntesis en funcin de la luz en distintas especies: diferencias entre

aclimatacin y adaptacin a la luz

Fotosntesis en funcin del contenido de clorofila

Diferencias en la asignacin

del Nitrgeno en hojas

aclimatadas a sol y a sombra

Qu mecanismos subyacen a las diferencias en la

respuesta de la curva de asimilacin?...

Diferencias

estructurales,

bioqumicas y

funcionales entre hojas

sombra-aclimatadas y

sol-aclimatadas.

Diferencias interespecficas de especies de distintos grupos funcionales en

la tasa de asimilacin a la variacin en la intensidad lumnica de

crecimiento:

1. Herbceas de tasa de crecimiento rpido (P. lanceolata).

2. Arbrea pionera tasa de crecimiento rpido (B. pendula).

3. Herbcea sombratolerante (A. macrorrhiza).

4. Leosa sombratolerante (H. helix).

Diferencias en la relacin de parmetros de intercambio de gases e

intensidad de luz entre plantas aclimatadas a sol () y a sombra ():

compromisos entre ganancia de C, gasto metablico y perdida de agua.

Alocasia macrorrhiza (Sims & Pearcy 1994)

Maximizacin de la fotosntesis en hojas de

sol o de sombra

Mayor inversin en capacidad de

transporte de

electrones y

carboxilacin.

Alta conductancia de CO2 a travs de los

estomas y en el

cloroplasto.

Optimizar la captura de luz.

Optimizar el rendimiento cuntico

con que la poca luz

es usada en fotoqca.

Minimizar el gasto metablico (i.e.

reducir la respiracin)