LOS SENSORES DE LUZ DE LAS PLANTAS

Artículo escrito por Mr. José

Empezaré resumiendo la información básica sobre la luz, que creo que es necesario conocer para entender el resto. La luz es una parte de la radiación electromagnética a la que le corresponden unas longitudes de onda específicas. La luz visible o radiación visible es la que tiene una longitud de onda dentro del rango de 400 a 750 nanómetros (nm).

Nosotros, los humanos, percibimos este rango con nuestros ojos. Las plantas perciben y responden activamente a la radiación electrómagnética en el rango entre 300 y 800 nm, pero, en general, se considera que las plantas usan para la fotosíntesis la radiación que hay en el rango entre 400 y 700 nm. La radiación dentro de este rango se denomina, cuando se habla de ella en conexión con las plantas, como radiación fotosintéticamente activa (PAR por sus siglas en inglés). El rango 300-800 nm se suele denominar como radiación fotobiológicamente activa (PBAR por sus siglas en inglés). Algunas fuentes indican que el rango de la PBAR comienza en 280 nm.

FOTOMORFOGÉNESIS

La fotomorfogénesis de las plantas es la suma de los procesos y respuestas de las plantas que dependen de las condiciones de luz en un ambiente determinado, es decir, de la calidad, cantidad, duración y dirección de la radiación. La fotomorfogénesis, al contrario de la fotosíntesis, no crea energía, sino que la utiliza.

Ambos procesos dependen de las condiciones de luz y están estrechamente ligados. Las condiciones de luz afectan a todo el ciclo de vida de todas las plantas: germinación, alargamiento del tallo y su morfología general, su anatomía interna y metabolismo, producción de metabolitos e, incluso, su movimiento (por ejemplo la rotación que realiza la planta siguiendo al sol, el llamado fototropismo). Para llevar a cabo todos estos procesos en su beneficio, la planta necesita sensores adecuados que le ayuden a reconocer las condiciones de luz y a responder a ellas de forma correcta.

FOTORECEPTORES

Los fotoreceptores son los sensores de las plantas para monitorizar la radiación. Hay tres grupos básicos que se dividen en función de la luz que pueden percibir. Los sensores para la radiación roja e infrarroja son los fitocromos, los sensores para la radiación azul y ultravioleta A (UV-A) se llaman criptocromos, fototropinas y proteínas ZTL/FKF1/LKP2 y, finalmente, el sensor para la radiación ultravioleta B (UV-B) es la proteína UVR8.

Los científicos asumen que existen más fotoreceptores aún sin descubrir, y la investigación en este área está en pleno desarrollo. Mientras que la existencia del fitocromo fue descubierta a mediados del pasado siglo, el descubrimiento de la proteína UVR8 no sucedió hasta 2011, lo que da una idea de lo largo y tortuoso que puede ser el camino hacia los nuevos descubrimientos. La recepción de una señal luminosa acontece cuando un fotoreceptor absorbe un fotón de la longitud de onda adecuada. La señal luminosa se convierte entonces en una señal biológica, a lo que sigue una respuesta a la señal recibida. El objetivo de la respuesta debe ser la adaptación a las condiciones de luz.

Por ejemplo, cuando el fitocromo absorbe fotones y detecta una reducción en la proporción entre radiación de onda corta y radiación de onda larga en el espectro rojo (R:FR), significa que parte de la planta está a la sombra. La respuesta será acelerar el crecimiento de la zona sombreada de la planta hasta que los fotoreceptores detecten de nuevo un incremento en la proporción R:FR. Los fotoreceptores individuales actúan individualmente o en grupo en términos de desarrollo de la planta. Las posibilidades y capacidades de desarrollo de una planta están codificadas en sus genes. La respuesta frente a la recepción de una señal luminosa es, por tanto, un cambio en la expresión de los genes. Por ejemplo, la planta cambia su forma o desarrolla más elementos de protección, lo que es un factor muy interesante en el caso del cultivo de cannabis.

Imaginemos que el sensor UVR8 detecta una mayor intensidad de UV-B, y por tanto un riesgo mayor de daños para la planta. La reacción puede ser un incremento en la densidad de todo tipo de tricomas y, por tanto, una mayor producción de resina y, en consecuencia, de metabolitos secundarios como los cannabinoides y los terpenos. De todos modos, la capacidad de producir una mayor cantidad de tricomas y resinas debe estar ya incorporada en los genes. La fotomorfogénesis, como otros procesos, está limitada por la información genética que hay en la planta. Por tanto, una planta sólo puede responder a las señales luminosas en la medida que le permite su ADN.

FITOCROMOS

Los fitocromos son sensores que detectan la radiación roja (R=rojo) en el rango de 640 a 700 nm y radiación de onda larga o rojo lejano (FR=rojo lejano) en el rango de 700 a 740 nm. Regulan el crecimiento y el desarrollo de la planta de diferentes formas, transmitiendo información sobre su intensidad. Las fuentes disponibles sugieren que el fitocromo es el único receptor que puede registrar y absorber radiación R/FR exclusivamente para reacciones fotosensoriales.

Los fitocromos fueron los primeros fotoreceptores identificados, aunque inicialmente no se sabía que no había sólo uno, sino todo un grupo de fitocromos (a los que nos referimos hoy en día con las letras A-E). Los fitocromos se diferencian entre sí por la composición de proteínas. El fotoreceptor más importante es fitocromo A, que es el único que puede absorber la radiación FR. Por otra parte, fitocromo B ofrece información sobre la radiación R.

En las células de las plantas, los fitocromos se encuentran en dos formas. O bien están en el citoplasma en la forma PR en la que son biológicamente inactivos y responden a la radiación R hasta una longitud de onda de 660 nm. Una vez absorben la radiación, cambian a la forma biológicamente activa PFR y se desplazan al núcleo de la célula. Esta transformación es muy rápida y sucede en una fracción de segundo. Inversamente, si el fitocromo PFR recibe radiación FR con una longitud de onda de 730 nm o menos, se transforma de nuevo en la forma biológicamente inactiva PR. Por lo general, los fitocromos juegan un papel significativo en el desarrollo de la planta desde la germinación hasta el envejecimiento. Ya he hablado de su capacidad de producir una aceleración en el crecimiento cuando la planta está a la sombra. También son vitales e indispensables para determinar la duración del día y, en consecuencia, el comienzo de la floración.

CRIPTOCROMOS

Mientras que las plantas están equipadas con un tipo de fotosensor para la radiación del extremo rojo del espectro lumínico, también tienen otros tipos de sensores para la radiación azul del espectro. Los primeros sensores son los criptocromos que responden al espectro en el rango de 320 a 500 nm. Absorben radiación azul y UV-A.

Según las fuentes disponibles existen tres criptocromos. El criptocromo 1 esta localizado en el núcleo de la célula en la oscuridad, de donde se mueve al citoplasma cuando es activado por la radiación. El criptocromo 2 está siempre localizado en el núcleo y el criptocromo 3 es parte del cloroplasto y la mitocondria.

La activación de los criptocromos influye en el crecimiento y el desarrollo de la planta durante la germinación de las semillas y el crecimiento de las plántulas. Muchas reacciones son iniciadas por los criptocromos en solitario, aunque trabajan mayoritariamente en cooperación con los fitocromos. Un ejemplo es el ambiente natural de exterior.

Durante el día, el espectro lumínico que llega a la superficie cambia en función de la posición del sol. Mientras que por la mañana y al anochecer hay una mayor proporción de luz azul, cuando el sol se eleva por encima del horizonte la luz roja predomina. Debido a esto, los fotoreceptores necesitan actuar simultáneamente y sus influencias se complementan y regulan unas a otras. Es interesante destacar que los criptocromos inducen la producción de antocianinas, los pigmentos azules responsables de la coloración púrpura de algunas variedades de cannabis.

FOTOTROPINAS

Hay dos tipos conocidos: fototropina 1 y fototropina 2. También absorben luz azul, preferiblemente en el rango de 450 nm y son directamente responsables de que las plantas sigan al sol, el llamado heliotropismo. También están involucradas en el proceso de cambiar la turgencia de los esfínteres de los estomas, inhibir el crecimiento del tallo, el movimiento de la hoja y el transporte de cloroplastos dentro de las células.

Los cloropastos son orgánulos fotosintéticos responsables de la conversión de la energía solar en energía química. Pueden moverse dentro de la célula para absorber tanta luz como sea posible o para regular la cantidad de luz absorbida. Durante la oscuridad, los cloroplastos pueden encontrarse distribuidos uniformemente a lo largo de las paredes de la célula.

Cuando hay una iluminación débil, se acumulan en las paredes de la célula que están perpendicularmente expuestas a la radiación incidente. Por el contrario, si la radiación es demasiado fuerte se mueven a las paredes de la célula que están paralelas a la dirección de la radiación, de este modo se cubren unas a otras y se protegen de la radiación excesiva y del posible daño que les podría producir. Este daño puede ser, por ejemplo, la fotooxidación de los cloroplastos lo que probablemente causa que las puntas de los cogollos se decoloren bajo una radiación excesiva. Este fenómeno sólo puede observarse cuando se usa iluminación LED y está relacionado no sólo con la alta intensidad, sino también con el color del espectro emitido.

PROTEÍNAS ZTL/FKF1/LKP2

Este es otro grupo de receptores que absorbe luz azul. Son responsables de la degradación de las proteínas a través de un proceso llamado ubiquitinación. Lo que sucede es que una pequeña proteína llamada ubiquitina se enlaza a las proteínas dañadas o que hay en exceso. Este proceso degrada, por ejemplo, los antes citados fitocromos PFR cuando ya no son capaces de transformarse de vuelta a fitocromos PR.

Estos receptores también están involucrados en procesos relacionados con el reconocimiento del ciclo lumínico y el fotoperiodismo de la floración. Han sido descubiertos bastante recientemente y no he podido encontrar más información sobre ellos en la literatura actual.

UVR8

El único fotoreceptor conocido hasta la fecha que reacciona a la radiación UV-B. La abreviación UVR8 deriva del ingles "UV resistant locus". Cuando es estimulado por la radiación UV-B en el rango 280-315 nm activa el sistema de defensa frente al estrés de la planta. Causa, entre otras cosas, la supresión del crecimiento celular y de laelongación del tallo. Las plantas resultan más pequeñas al igual que su canopia. Se sabe que una mayor producción
de resina es también parte de esta particular respuesta frente al estrés del cannabis.

Por ejemplo, en cogollos iluminados en exceso, donde se produce fotooxidación de los cloroplastos, uno puede encontrar una mayor densidad de tricomas. Esto también puede llevar a una mayor producción de resina. Las técnicas como Screen of Green, Low Stress Training o High Stress training no funcionarían si no fuera por el fototropismo de la planta. De todos modos, la utilización de la radiación UV-B para lograr un mayor rendimiento de resina tiene sus inconvenientes.

Esta radiación puede dañar severamente la planta, lo que es lógico cuando tenemos en cuenta que ha desarrollado un receptor exclusivamente para este tipo de radiación. Otra desventaja es que la radiación UV-B no es buena para los humanos. En realidad, la cuestión principal es la intensidad y la duración de la exposición a una radiación potencialmente dañina, tanto para las plantas como para las personas. Y esto es todo por ahora.

Espero que os haya gustado leer este artículo. Intentaré escoger un tema igualmente interesante para el próximo número de Soft Secrets. Hasta entonces, cuidaos y vivid en paz.