Cómo la temperatura del aire afecta las plantas

No es sorprendente que se haya realizado una gran cantidad de trabajo de investigación sobre las estrategias de temperatura adecuadas para una producción de invernadero eficiente. sin embargo, el temperatura óptima para una planta depende de una variedad de factores. La reacción de una planta a la temperatura atmosférica que la rodea depende de la etapa de desarrollo de la planta. Las plantas tienen un tipo de reloj biológico que determina su sensibilidad a la temperatura.

Diferencias entre la temperatura del aire y la temperatura de la planta

La mayoría de los procesos biológicos se acelerarán a temperaturas más altas, y esto puede tener efectos tanto positivos como negativos. Por ejemplo, un crecimiento más rápido o la producción de fruta es un beneficio, en la mayoría de los casos. Sin embargo, el exceso respiración lo que ocurre es adverso porque significa que hay menos energía para el desarrollo de la fruta y que los frutos serán más pequeños. Algunos efectos son a corto plazo, mientras que otros son a más largo plazo. El equilibrio de asimilación de la planta, por ejemplo, está influenciado por la temperatura y se ve afectado de inmediato. Inducción de flores, por otro lado, está determinado por el clima durante un período mucho más largo.

Podemos pensar en esto usando la metáfora del tráfico en una carretera. Los estomas son las rutas de salida que permiten que el tráfico fluya fuera de la carretera. Cuando hay muchos autos en la apertura de las carreteras de salida, los autos que salen tienen que disminuir la velocidad y el tráfico se acumula. Cuando hay menos automóviles, el movimiento del tráfico puede acelerarse. Lo mismo sucede con las moléculas de aire y las moléculas de vapor de agua en el aire. Si hay una mayor concentración de estos alrededor de los estomas (las rutas de salida), entonces pueden salir de los estomas con menos rapidez y se les hará una copia de seguridad. Esto es lo que sucede cuando VPD es alto. Esto significa que la planta puede enfriarse menos eficazmente e induce estrés. Además, el agua se condensará formando una película delgada en la superficie de la hoja, y este es un entorno perfecto para los patógenos.

Temperatura de la planta y la temperatura del aire no son iguales porque las plantas pueden enfriarse evaporación y calentar a través de la irradiancia. Las plantas buscan alcanzar su temperatura óptima, y ​​es importante lograr un equilibrio entre la temperatura del aire, la humedad relativa y la luz. Si los niveles de luz son altos, la planta se calentará, dando como resultado una diferencia entre la temperatura de la planta y la del aire. Para enfriar, la tasa de transpiración de la planta debe aumentar. Además de la temperatura, la tasa de transpiración depende de las condiciones ambientales, como la luz, el nivel de CO2 atmosférico y la humedad relativa, pero también de las especies de plantas.

Las plantas constan de diferentes partes que reaccionan de manera diferente a la temperatura. La temperatura de la fruta está en línea con la del aire: cuando la temperatura del aire aumenta, la temperatura de la fruta también aumenta y viceversa. Sin embargo, la temperatura de la fruta fluctuará menos que la del aire y también tomará más tiempo (a veces un par de horas más) subir o bajar que la temperatura del aire. La temperatura de las flores, por el contrario, es más alta que la temperatura del aire o temperatura de la hoja, y los pétalos transpiran a un ritmo mucho más bajo que las hojas. La temperatura de la planta en la parte superior de la cubierta sufrirá fluctuaciones más grandes que las que se producen en la parte inferior de la cubierta. La parte superior también se calentará más fácilmente a través de la radiación y por lo tanto alcanzará temperaturas más altas que el aire cuando los niveles de luz son altos.

Déficit de presión de vapor

La humedad relativa del ambiente depende de la temperatura y la velocidad del viento. Las temperaturas más altas generalmente conducen a una mayor transpiración. Esto se debe en parte a que las moléculas se mueven más rápido, pero el aire caliente también puede acomodar más vapor de agua. Cuando no hay movimiento de aire, el aire alrededor de las hojas se saturará con vapor de agua, ralentizando el proceso de evaporación. Si el aire está saturado de agua, se condensará una película de agua sobre y alrededor de las hojas, proporcionando un buen ambiente para los agentes patógenos, que pueden atacar la planta.

El déficit de presión de vapor (VPD) se puede comparar con un cuentarrevoluciones en un automóvil. A medida que aumenta la velocidad del motor, la aguja en el cuentarrevoluciones gira y entra en la zona roja. Esto no dañará el motor inmediatamente, pero lo hará si el automóvil continúa conduciendo así durante un período prolongado. Lo mismo aplica para las plantas: cuando el VPD es demasiado alto por un período de tiempo más largo, la planta no puede recuperarse la noche posterior y puede ocurrir un daño irreversible a la planta (hojas o pétalos quemados).

La diferencia en el contenido de vapor de agua entre el aire y el punto de saturación se llama déficit de presión de vapor (VPD). Cuanto más alto es el VPD, más agua puede emitir la planta a través de la transpiración. Sin embargo, si el VPD es demasiado grande, la planta puede estresarse porque no puede reemplazar la cantidad de agua que está perdiendo a través de la transpiración. Esto no causa un problema por períodos cortos: la planta absorberá suficiente agua la noche siguiente para recuperarse. Pero cuando el VPD permanece alto durante un período más largo, la planta no puede recuperarse la noche siguiente y pueden ocurrir daños irreversibles a la planta, como hojas quemadas o pétalos.

Las mediciones del grosor de las hojas dan una impresión visual del potencial de recuperación de una planta. Las hojas en realidad se vuelven más delgadas durante el día porque pierden agua por la transpiración, pero cuando una hoja es más delgada en una noche que la noche anterior, esta es una señal de que la planta no se recuperó. Entonces, puede parecer tentador mantener bajos los niveles de VPD para evitar cualquier daño, pero bajo estas condiciones la planta no se estimula para crecer y mantenerse activa, lo que puede tener resultados negativos cuando la planta se enfrenta a situaciones de estrés.

En general, se puede hacer una comparación con el contador de revoluciones de un automóvil. A medida que aumenta la velocidad del motor, la aguja del cuentarrevoluciones aumenta y entra en la zona roja. Esto no dañará el motor inmediatamente, pero lo hará si la aguja permanece en la zona roja por mucho tiempo. Para la mayoría de las plantas, el VPD debe estar entre 0.45 y 1.25 expresado en kilo Pascal (kPa la unidad para la presión) con un óptimo de alrededor de 0.85kPa. El VPD sigue más o menos el mismo patrón que los niveles de irradiancia ambiental: en la mañana se eleva, cuando el sol comienza a brillar, alcanza un pico alrededor del mediodía y luego vuelve a disminuir gradualmente. Para calcular el VPD, primero se debe conocer la temperatura del aire, la temperatura de la planta y la humedad relativa.

La mayor parte del agua de la atmósfera está presente en forma de vapor de agua. El vapor de agua es invisible, pero podemos notar su presencia a través de lo cómodo que nos sentimos (una mayor humedad nos hace sentir pegajosos y menos cómodos). La visibilidad también se ve afectada por la cantidad de vapor de agua que hay en el aire. Las nubes son visibles porque el vapor de agua que contienen se ha enfriado hasta el punto en que las moléculas de agua comienzan a condensarse y forman pequeñas gotas de agua o incluso cristales de hielo en el aire. Podemos ver esto como nubes.

Stomata

Las plantas son capaces de regular el proceso de transpiración y enfriamiento mediante el uso de órganos de plantas especializados llamados estomas. Los estomas son células especializadas en las hojas que pueden abrirse o cerrarse, lo que limita la cantidad de vapor de agua que puede evaporarse. Cuanto más alta sea la temperatura, más se evaporarán los estomas cuando estén abiertos. Es difícil medir la apertura de los estomas, por lo que podemos usar el VPD para estimar esto. A medida que los estomas se abren, más gases pueden entrar y salir de las hojas.

Los factores ambientales influyen en la velocidad a la que se produce este proceso (conductancia estomática); por ejemplo, una mayor humedad relativa conduce a una conductancia más rápida, mientras que niveles más altos de CO2 disminuirán la tasa de conductancia estomática. Pero la conductancia también está influenciada por factores distintos a los ambientales, como las hormonas vegetales y el color de la luz (la longitud de onda) que la planta está recibiendo. El ácido abscísico de la hormona vegetal regulará la concentración de iones en los estomas y hará que los estomas se abran muy rápido, en tan solo unos minutos. La luz en longitudes de onda más cortas (alrededor de 400-500 nanómetros (nm)), que es luz azul, hace que los estomas se abran más que la luz en longitudes de onda más largas (alrededor de 700 nm), que es luz roja.

Esta es una micrografía electrónica de barrido (SEM) coloreada de la superficie de la hoja inferior de un Garden Rose Rosa sp., Que muestra un estoma abierto. Un estoma es un poro minúsculo bordeado por dos células de guardia en forma de riñón. La apertura del poro permite que los gases entren y salgan de los tejidos foliares, lo cual es esencial para la fotosíntesis. Los poros se cierran por la noche o durante los períodos secos para evitar la pérdida de agua.

Temperaturas óptimas durante el día y la noche

Se producen diferentes procesos en la planta durante el día y la noche, y la temperatura óptima para la planta diferirá en consecuencia. El transporte de azúcares se produce principalmente durante la noche y principalmente hacia las partes más cálidas de la planta. Las hojas se enfrían más rápido que las frutas y las flores y, por lo tanto, la mayor parte de la energía disponible se destina a estas partes de la planta, que necesitan energía para crecer y desarrollarse.

Las combinaciones óptimas de temperatura diurna y nocturna fueron investigadas en el primer invernadero con aire acondicionado del mundo, un fitotrón, en el Instituto de Tecnología de California en 1949. Los experimentos demostraron que las plantas de tomate crecieron más altas bajo una combinación de alta temperatura durante el período de luz y una temperatura más baja durante el período oscuro que cuando la temperatura se mantuvo constante. Esta capacidad de las plantas para "distinguir" entre las variaciones de temperatura durante el día y la noche se denomina termoperiodismo, y tiene un efecto sobre la floración, la fructificación y el crecimiento.

La cantidad de azúcar que se transporta al tejido en crecimiento, donde la energía es necesaria para alimentar niveles más altos de respiración, puede restringirse cuando las temperaturas nocturnas son más altas y, por lo tanto, el crecimiento también puede restringirse. También se encontró que elongación del tallo puede ocurrir con una combinación de temperaturas altas durante el día y bajas temperaturas nocturnas. Una baja temperatura nocturna mejora el balance de agua en la planta, que es la razón principal para el aumento del alargamiento del tallo. Entonces, la temperatura puede usarse como una herramienta para regular la altura de la planta, pero las bajas temperaturas nocturnas también pueden ahorrar energía. El término termomorfogénesis se utiliza para describir los efectos termoperiódicos en la morfología de la planta.

La temperatura óptima del aire también depende de la intensidad de la luz y la cantidad de dióxido de carbono en el aire. Las plantas funcionan de manera similar a los animales de sangre fría, ya que su metabolismo y la tasa de fotosíntesis aumentan en línea con la temperatura del aire ambiente. Cuando las temperaturas son muy bajas (qué tan bajo depende de la variedad de la planta), apenas se producirá la fotosíntesis, independientemente de la cantidad de luz que haya. La tasa de fotosíntesis aumenta a medida que aumenta la temperatura del aire. Cuando la luz y la temperatura están en equilibrio, el nivel de CO2 ambiental será el factor limitante. Si hay suficiente CO2 disponible, la tasa de fotosíntesis aumentará a medida que aumente la temperatura, aunque también influyen otros factores, como la enzima. RuBisCo.

RuBisCo es crítico para la fotosíntesis. En algunos casos, se producirá un proceso conocido como fotorrespiración: aquí es cuando el RuBisCo se une con oxígeno en lugar de dióxido de carbono, como ocurriría durante la fotosíntesis normal. El nivel de CO2 y la temperatura óptima serán ambos más bajos a niveles de luz bajos que a niveles de luz altos, y la actividad de la enzima también aumenta a temperaturas más altas.

Integración de caída y temperatura (DIF)

El concepto de DIF se refiere a la relación entre las temperaturas diurnas y nocturnas. Los efectos de alternancia de temperatura diurna sobre el crecimiento longitudinal de tallos de las plantas depende de la diferencia (DIF) entre el día y temperaturas nocturnas (que se calcula restando la temperatura de la noche de la temperatura en tiempo días), en lugar de por separado en y respuestas independientes a las temperaturas diurnas y nocturnas. En otras palabras, es esta diferencia de temperatura lo que es importante, y también cuál es más alta: la temperatura nocturna o la temperatura diurna.

El crecimiento del follaje no se ve muy afectado por DIF, pero el crecimiento de las secciones del tallo internodo se ve afectado. Plantas cultivadas bajo DIF positivo son más altos que las plantas cultivadas en un DIF cero, y las plantas cultivadas bajo cero DIF son más altos y tienen secciones de entrenudos más largos que las plantas cultivadas bajo un DIF negativo. Otras respuestas morfogenéticas importantes al DIF negativo (es decir, cuando la temperatura diurna es inferior a la temperatura nocturna) incluyen pecíolos, tallos de flores, pedúnculos florales y hojas más cortos.

Las diferencias en la elongación de los entrenudos y la expansión de las hojas son el resultado de diferencias en el proceso de elongación celular y / o división celular. Cuando DIF es negativo, ambos procesos se inhiben y esto puede ser el resultado de la actividad reducida de la giberelina en el meristemo subapical (un tejido vegetal responsable del crecimiento). La giberelina es una hormona vegetal que estimula el crecimiento de las plantas. DIF tiene el mayor efecto sobre el alargamiento del tallo durante el período de rápido crecimiento, por lo que las plántulas son más sensibles que las plantas adultas a las diferencias entre las temperaturas diurnas y nocturnas. El DIF negativo en una etapa temprana del alargamiento del tallo es por lo tanto importante para limitar la altura de la planta.

El alargamiento del tallo también puede ser causado por una caída de temperatura corta (de aproximadamente dos horas) durante el ciclo de crecimiento diario de 24 horas, generalmente en o justo antes de la primera luz del día, pero durante el período oscuro. La receptividad a los cambios de temperatura parece ser más fuerte durante las primeras horas del período de luz en las plantas de día largo, las plantas de día corto y las plantas de día neutral. Por lo tanto, una caída de temperatura durante las últimas dos horas de la noche afectará la altura de la planta. Esto es generalmente fácil de lograr en invernaderos durante el otoño de las zonas de clima fresco debido a la baja temperatura natural de la noche.

La variación en la sensibilidad del alargamiento del tallo a la temperatura dentro del período diurno y nocturno puede controlarse mediante un ritmo de crecimiento endógeno. En 1994 se identificó un ritmo de crecimiento circadiano (que duró aproximadamente 24 horas) en Crisantemo. El alargamiento del tallo de la planta no es constante durante un ciclo de luz y oscuridad de 24 horas. Tanto las plantas de día corto como las plantas de día largo cultivadas en condiciones de inducción de flores se alargan más rápidamente durante la noche que en el día. Las orquídeas necesitan un período de baja temperatura nocturna para florecer.

La integración de la temperatura es una estrategia utilizada por los productores. Se determina una temperatura mínima y máxima para el cultivo y se permite que la temperatura varíe siempre que se mantenga la temperatura promedio durante un período más prolongado. Esta estrategia utiliza el calor natural tanto como sea posible.

La temperatura del aire es un factor ambiental primario que afecta el desarrollo de la planta y la tasa de crecimiento. Sin embargo, la temperatura del aire nunca es un problema aislado. Cada factor en el crecimiento de las plantas se interrelaciona con cualquier otro factor y el desafío es encontrar cualquier vínculo débil en la cadena. Este artículo ha explorado muchos de estos factores, pero todavía hay otros que son tan importantes, como el equilibrio hídrico y, por lo tanto, indirectamente, la transpiración. Todo lo que está o va a ocurrir en la planta lo hace bajo el primer punto de control de la temperatura del aire: obtener este derecho es el primer paso en el largo camino hacia la producción exitosa de cultivos.