¿Qué parte del espectro luminoso se utiliza para la fotosíntesis?

Radiación fotosintéticamente activa (PAR)

Las plantas utilizan la luz visible para realizar la fotosíntesis. La luz visible va del azul intenso al rojo lejano y se describe como longitudes de onda entre 380 nm y 750 nm. El rango entre 400 nm y 700 nm es el que las plantas utilizan principalmente para realizar la fotosíntesis y se conoce como radiación fotosintéticamente activa (RFA). Los biólogos de plantas cuantifican la PAR utilizando el número de fotones en el rango de 400-700 nm recibidos por una superficie durante un periodo de tiempo determinado, o la Densidad de Flujo Fotónico Fotosintético (PPFD) en unidades de μmol/seg.

Fotomorfogénesis

Las distintas longitudes de onda de la luz (incluidas las porciones del espectro UV fuera de la PAR) estimulan diferentes cambios hormonales en las plantas. Este fenómeno se conoce como fotomorfogénesis, que consiste en cambios regulados por la luz en el desarrollo, la morfología, la bioquímica y la estructura y función celulares.

En las plantas terrestres, la luz roja estimula los ciclos de floración y la luz azul suprime el alargamiento del tallo, lo que da lugar a plantas más compactas. Sin embargo, los efectos fotomorfogenéticos de los cambios de espectro en las plantas acuáticas son bastante diferentes de los de las plantas terrestres; aspectos como el alargamiento del tallo están más determinados por el intercambio gaseoso (acceso a O2/CO2) que por el cambio azul de la luz. (Enlace al artículo) Del mismo modo, a efectos prácticos, los ciclos de floración de las plantas acuáticas se desencadenan por el acceso al aire superficial más que por el espectro rojo.El principal efecto del espectro en las plantas acuáticas es una mayor pigmentación en determinadas especies cuando se utiliza más luz roja/azul.

Un mayor espectro rojo/azul también proporciona un mayor contraste y saturación visual del color, por lo que es muy recomendable.

¿Qué longitudes de onda de la luz son realmente importantes?

Curvas del espectro de absorción frente al espectro de acción

El espectro de absorción de la clorofila define las longitudes de onda absorbidas por los pigmentos clorofílicos. Muchas de estas tablas se construyen experimentando con pigmentos de clorofila extraídos en condiciones de laboratorio, lo que puede no reflejar lo que ocurre realmente en una hoja viva.

El espectro de acción define las longitudes de onda que son más eficaces para la fotosíntesis - esto se hace midiendo la producción de oxígeno de hojas reales bajo diferentes iluminaciones espectrales. Los dos son bastante diferentes y es este último, el espectro de acción, el que es importante para determinar la fotosíntesis.

Espectro de absorción

El siguiente diagrama muestra los espectros de absorción de la fotosíntesis; los diagramas como el que aparece a continuación se construyen a partir de datos de laboratorio in vitro (en el tubo de ensayo), principalmente haciendo pasar luz a través de una extracción de clorofila y viendo qué espectro de luz la atraviesa. Los picos de los pigmentos pueden variar en función del disolvente utilizado, y los gráficos no indican la cantidad de un pigmento concreto presente en una hoja real, ni imitan toda la complejidad de la fotosíntesis en una hoja viva, donde la absorción de la luz también depende de proteínas específicas unidas a los pigmentos de clorofila y de la orientación general del pigmento en la hoja. Este tipo de gráficos dan la falsa impresión de que la luz verde/amarilla desempeña un papel secundario en la fotosíntesis.

Si observamos la estructura de toda la hoja, vemos cada vez más absorción en la región verde/amarilla. Por lo tanto, la absorción de luz verde en las plantas es de aproximadamente el 70%, y la luz verde desempeña un papel importante en la fotosíntesis. Curiosamente, desde entonces muchos libros de texto han considerado necesario actualizar sus textos para reflejar la nueva información que conocemos hoy en día. Sin embargo, muchos libros de texto antiguos siguen conteniendo información incorrecta sobre este tema.

Espectro de acción

El espectro de acción de la fotosíntesis (frente a los diagramas de espectros de absorción) describe la eficacia con la que determinadas longitudes de onda producen una reacción fotoquímica. La curva también se conoce como flujo fotónico de rendimiento (YPF). PAR valora todos los fotones de 400 a 700 nm por igual, mientras que YPF valora los fotones de 360 a 760 nm en función de la respuesta fotosintética de la planta, es decir, en el diagrama McCree de la derecha, el rojo es más eficiente para la fotosíntesis que el azul, que es más eficiente que el verde. Algunas fuentes también se refieren a este concepto como PUR (radiación fotosintéticamente utilizable).

El gráfico siguiente da la impresión de que la luz roja es un 20-30% más eficaz para la fotosíntesis que la luz azul/verde. La curva se desarrolló a partir de mediciones a corto plazo en hojas individuales con poca luz. Algunos estudios a más largo plazo con plantas enteras con más luz sugieren que la calidad de la luz puede tener menos efecto en la tasa de crecimiento de la planta que la cantidad de luz. Las hojas absorben principalmente luz roja y azul en la primera capa de células fotosintéticas. Sin embargo, la luz verde penetra más profundamente en la hoja y puede impulsar la fotosíntesis de forma más eficaz que la luz roja a niveles de luz más elevados.

Radiación fotosintéticamente útil ? (PUR)

Los espectros de acción (YPF) no funcionan de forma lineal.  A medida que aumenta la intensidad de la luz, la idea de PUR (radiación fotosintéticamente útil) se vuelve imprecisa, ya que la eficacia de los distintos espectros cambia con los cambios en los niveles totales de luz. Como se describe en el artículo siguiente, a medida que la pigmentación roja/azul se satura de luz, la adición de verde proporciona una mayor ganancia marginal a la fotosíntesis. Este efecto también varía según las especies vegetales. Por lo tanto, las empresas comerciales que comercializan sus lámparas para acuarios como si tuvieran más PUR no tienen ninguna exactitud en sus afirmaciones - es puramente un truco de marketing. El PUR no se puede medir linealmente ni es específico de cada planta, por lo que no es posible dar un valor numérico general sin examinar las circunstancias específicas en las que se mide.

Para más información, lea el artículo "Green light drives photosynthesis more strongly than red light in strong white light: Revisiting the question of why leaves are green" por Ichiro Terashima/Takashi Fujita/Riichi Oguchi.

La PAR sigue siendo la mejor manera de cuantificar la eficacia de una luz para estimular la fotosíntesis.

Existe una fuerte correlación entre los niveles más altos de PAR y el aumento de la fotosíntesis. Como resultado, la medición de la PAR es aceptada actualmente por los principales científicos como la mejor medida de la cantidad de luz que estimula la fotosíntesis.

Leyendo la literatura popular en internet... hay muchos malentendidos sobre qué longitudes de onda utilizan las plantas para la fotosíntesis. A menudo se confunde el espectro de absorción con el espectro de acción. Para los aficionados, las plantas acuáticas utilizan toda la luz visible para la fotosíntesis, incluida la luz verde, que las plantas verdes sólo reflejan parcialmente.

Una buena inmersión en profundidad en el espectro luminoso y la fotosíntesis a cargo de investigadores universitarios. Apogee Instruments es el estándar de la industria para los medidores de luz utilizados en la producción de plantas.

Gráficos del espectro de lectura

La mayoría de los fabricantes de lámparas de buena reputación publican gráficos espectrales para sus lámparas. A continuación se muestra el gráfico de espectro de una unidad de luz LED BML y mi tanque bajo la luz. La cantidad de luz de cada color producida es igual al área bajo la curva. Esta unidad de luz en particular tiene grandes picos en azul y rojo, un bulto más pequeño en verde y produce poca luz amarilla y cian. Este perfil espectral resalta los rojos y azules del acuario.

Lo importante es el área/tamaño relativo de los picos. Para parecer blanca neutra, una lámpara tendrá picos en azul, verde y rojo. Una luz que es todo azul y rojo, con muy poco verde, aparecerá rosa / púrpura y arrojar un tono rojizo sobre el tanque. De este modo, podemos calibrar aproximadamente la reproducción cromática global de la luz leyendo el gráfico del espectro.

¿Qué significa realmente la clasificación K como 6500K? Lea este artículo

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