La mayoría de las plantas y cultivos son plantas C3, lo que hace referencia a que el primer compuesto de carbono producido durante la fotosíntesis contiene tres átomos de carbono. Sin embargo, bajo altas temperaturas y luz, el oxígeno tiene una gran afinidad por la enzima fotosintética Rubisco. El oxígeno puede unirse a la Rubisco en lugar del dióxido de carbono y, a través de un proceso llamado fotorrespiración, el oxígeno reduce la eficiencia fotosintética de las plantas C3 y la eficiencia en el uso del agua. En entornos con alta temperatura y luz, que suelen tener limitaciones de humedad en el suelo, algunas plantas desarrollaron la fotosíntesis C4. Una anatomía y bioquímica de la hoja única permite a las plantas C4 fijar el dióxido de carbono cuando entra en la hoja y produce un compuesto de 4 carbonos que transfiere y concentra el dióxido de carbono en células específicas alrededor de la enzima Rubisco, mejorando significativamente la eficiencia fotosintética y de uso del agua de la planta. Como resultado, en entornos con mucha luz y temperatura, las plantas C4 tienden a ser más productivas que las C3. Algunos ejemplos de plantas C4 son el maíz, el sorgo, la caña de azúcar, el mijo y el pasto varilla. Sin embargo, las adaptaciones anatómicas y bioquímicas de las C4 requieren más energía y recursos para las plantas que la fotosíntesis de las C3, por lo que, en entornos más fríos, las plantas C3 suelen ser más eficientes y productivas desde el punto de vista fotosintético.
Dado que el dióxido de carbono es el gas que las plantas necesitan para la fotosíntesis, los investigadores han estudiado cómo las elevadas concentraciones de CO2 afectan al crecimiento de las plantas C4 y C3 y al rendimiento de los cultivos. Aunque las plantas C3 no están tan adaptadas a las temperaturas cálidas como las C4, la fotosíntesis de las plantas C3 está limitada por el dióxido de carbono; y como cabría esperar, las investigaciones han demostrado que las plantas C3 se han beneficiado del aumento de las concentraciones de dióxido de carbono con un mayor crecimiento y rendimiento (Taub, 2010). Por el contrario, con sus adaptaciones, las plantas C4 no están tan limitadas por el dióxido de carbono, y bajo niveles elevados de dióxido de carbono, el crecimiento de las plantas C4 no aumentó tanto como el de las plantas C3. En estudios de campo con niveles elevados de dióxido de carbono, el rendimiento de las plantas C4 tampoco fue mayor (Taub, 2010). Además, si el nitrógeno del suelo era limitado, la respuesta de las plantas C3 a la elevada concentración de CO2 se redujo o el contenido de nitrógeno o proteínas de las plantas cultivadas se redujo en comparación con las plantas cultivadas en condiciones de alto nivel de N en el suelo (Taub, 2010). Estos resultados sugieren que los cultivos probablemente requerirán una mayor disponibilidad de nutrientes en el suelo para beneficiarse de las elevadas concentraciones de dióxido de carbono atmosférico. Para obtener más información de lectura opcional sobre la respuesta de las plantas C3 y C4 a las elevadas concentraciones de dióxido de carbono, consulte el siguiente resumen de la investigación que también aparece en la lista de lecturas adicionales, Efectos del aumento de las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono en las plantas.
Otros rasgos vegetales de los cultivos tolerantes a la sequía
Algunos rasgos vegetales adicionales que ayudan a las plantas a tolerar la sequía y el estrés térmico incluyen sistemas de raíces profundas (típicas de las plantas perennes) y/o hojas gruesas con ceras que reducen la pérdida de agua y la tasa de transpiración. Además, algunas plantas enrollan sus hojas para reducir la superficie de recepción de la radiación solar y el calentamiento, y algunas reducen más que otras su conductancia estomática (pérdida de agua).
Temperatura
El aumento de las temperaturas previsto con el cambio climático puede tener múltiples impactos en las condiciones de crecimiento de las plantas. El cambio climático puede alargar las estaciones de crecimiento en algunas regiones, aunque la duración del día no cambiará. Como las fechas de plantación se alteran con temporadas de crecimiento más largas, los cultivos también pueden estar expuestos a altas temperaturas, estrés por humedad y riesgo de heladas. Las temperaturas elevadas también pueden aumentar la evaporación del agua del suelo, reduciendo su disponibilidad. Las temperaturas elevadas no son necesariamente ideales para el rendimiento, incluso si las temperaturas están por debajo de la temperatura óptima de las plantas. A temperaturas elevadas, las plantas crecen más rápido, lo que tiende, por un lado, a reducir el tiempo de fotosíntesis y crecimiento, dando lugar a plantas más pequeñas, y por otro, a reducir el tiempo de llenado del grano, reduciendo el rendimiento, especialmente si las temperaturas nocturnas son altas (Hattfield et al., 2009). Las altas temperaturas también pueden reducir la viabilidad del polen, siendo letales para el mismo. Los múltiples efectos de las altas temperaturas en el proceso fisiológico de la planta y la humedad del suelo probablemente explican por qué las investigaciones han encontrado que el desarrollo del grano y el rendimiento se reducen a menudo cuando las temperaturas son elevadas (Hattfield et al., 2009).
Muchos factores que se prevé que cambien con el cambio climático podrían influir en el crecimiento de las plantas. Entre ellos se encuentran la concentración de dióxido de carbono, la temperatura, las precipitaciones y la humedad del suelo, y las concentraciones de ozono en la atmósfera inferior.
Lea la Introducción y el Mensaje clave 1 (Aumento de los impactos en la agricultura) de la Evaluación Nacional del Clima.
Comprueba tu comprensión
¿Cómo influirán en el crecimiento y rendimiento de las plantas de cultivo los múltiples factores del cambio climático que se prevé que cambien juntos (como la temperatura, la concentración de dióxido de carbono y la disponibilidad de humedad del suelo)? Aunque un aumento del dióxido de carbono tiene el potencial de aumentar la productividad de algunas plantas, como las plantas C3, en muchos casos la combinación de una temperatura y un ozono elevados, y la reducción de la disponibilidad de humedad del suelo probablemente superen la mayor disponibilidad de C02 y den lugar a una reducción del rendimiento de los cultivos.