En las plantas ocurre principalmente en las hojas, dentro de unos organelos llamados cloroplastos que contienen la clorofila, un pigmento verde ayuda a capturar la luz solar. (Azcón y Talón, 2000)

2)      Captura de Energía Solar.

La fotosíntesis utiliza la luz solar como fuente de energía y la clorofila, capturan esta energía. (Barceló et al., 2001)

3)      Producción de Glucosa:

La principal finalidad es producir glucosa (C₆H₁₂O₆), un tipo de azúcar que sirve como fuente de energía y materia prima para el crecimiento y desarrollo de las plantas. (Buchanan et al., 2000)

4)      Liberación de Oxígeno:

Se libera oxígeno (O₂ a partir de la división del agua (H₂O). Este oxígeno es esencial para la respiración de la mayoría de los organismos. (Buchanan et al., 2000)

5)      Conversión de Dióxido de Carbono:

El dióxido de carbono (CO₂) del aire se fija y se convierte en glucosa durante el ciclo de Calvin, una serie de reacciones enzimáticas. (Buchanan et al., 2000)

6)      Dependencia de la Luz:

La fase luminosa requiere luz solar directa, mientras que la fase oscura puede ocurrir en la ausencia de luz, pero siempre depende de la energía almacenada durante la fase luminosa. (Salisbury y Ross, 2000)

7)      Rol Ecológico:

1. La fotosíntesis es la base de la cadena alimentaria, proporcionando energía a todos los organismos que dependen de plantas y algas para su nutrición, ayudando a regular los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera y contribuyendo a la regulación del clima global.( Taiz y Zeiger, 2006).

La fotosíntesis C3 es la forma más común de fotosíntesis en las plantas, donde el CO₂ se fija en un compuesto de tres carbonos (ácido 3-fosfoglicerato) en el ciclo de Calvin. (Cañal,1999)

Mecanismos de Adaptación:

• Climas Frescos y Humedos: La fotosíntesis C3 es eficiente en climas frescos y húmedos, donde la tasa de fotorespiración es baja.

• Riesgo de Fotorespiración: En condiciones de alta temperatura y baja concentración de CO₂, la fotorespiración aumenta, reduciendo la eficiencia fotosintética. Las plantas C3 están menos adaptadas a condiciones cálidas y secas debido a este problema. (Cañal,1999)

  
  

Estrategias:

• Eficiencia en Captación de Luz Baja: Las plantas C3 suelen tener una alta eficiencia en condiciones de baja luz, lo que las hace adecuadas para bosques y ambientes con luz difusa. (Cañal,1999)

  
  

2) Fotosíntesis C4

En la fotosíntesis C4, el CO₂ se fija en un compuesto de cuatro carbonos (ácido oxalacético) en una ruta metabólica separada antes de entrar al ciclo de Calvin.

Mecanismos de Adaptación:

• Ambientes Cálidos y Soleados: Las plantas C4 están adaptadas a climas cálidos y soleados. La ruta C4 permite una captación más eficiente de CO₂ y minimiza la fotorespiración, ya que CO₂ se concentra en células especializadas (células de la vaina de los haces).

• Eficiencia Hídrica: Los mecanismos C4 reducen la necesidad de abrir los estomas para la captación de CO₂, lo que disminuye la pérdida de agua por transpiración. (Eisen  y  Stavy, 1993)

Estrategias:

• Células de la Vaina de los Haces: En las plantas C4, se diferencian dos tipos de células en las hojas: las células de la vaina de los haces y las células mesófilas. Las primeras concentran CO₂, reduciendo la fotorespiración.

• Eficiencia en Climas Calientes: La fotosíntesis C4 es particularmente eficiente en climas calurosos y soleados, como en campos de maíz o caña de azúcar. (Eisen  y  Stavy, 1993)

  
  

3) Fotosíntesis CAM (Metabolismo Ácido de Crasulación)

Adaptación: En la fotosíntesis CAM, las plantas fijan CO₂ durante la noche y lo almacenan en forma de ácidos orgánicos. Durante el día, cuando los estomas están cerrados para conservar agua, el CO₂ se libera de los ácidos orgánicos y se utiliza en el ciclo de Calvin.

Mecanismos de Adaptación:

• Ambientes Áridos y Desérticos: CAM es una adaptación a condiciones extremadamente secas, donde la conservación del agua es crucial. La fijación nocturna de CO₂ permite que las plantas reduzcan la pérdida de agua durante el día.

• Almacenamiento de CO₂: El CO₂ se convierte en ácidos orgánicos (como ácido málico) durante la noche y se almacena en vacuolas, permitiendo su uso durante el día. (Roth, 1983).

Estrategias:

• Estomas Cerrados Durante el Día: Las plantas CAM mantienen los estomas cerrados durante el día para minimizar la pérdida de agua y abren solo por la noche para capturar CO₂.

• Eficiencia en Condiciones Secas: Este mecanismo permite a las plantas CAM sobrevivir y prosperar en ambientes desérticos y semiáridos, como los cactus y algunas bromelias. (Carlsson, 2002)

• Fase Luminosa: Ocurre en las membranas de los tilacoides dentro de los cloroplastos. La luz solar es absorbida por pigmentos como la clorofila y otros pigmentos accesorios. Esta energía se convierte en energía química en forma de ATP y NADPH. (Demmig  y  Adams, 1992)

  
  

  2) Fotólisis del Agua:

• Durante la fase luminosa, el agua (H₂O) se divide en oxígeno (O₂), protones (H⁺) y electrones (e⁻) en un proceso conocido como fotólisis. El oxígeno se libera como subproducto.(Kramer, 1983)

  
  

  3) Cadena de Transporte de Electrones:

  • Los electrones liberados por la fotólisis del agua son transportados a través de una serie de proteínas en la membrana del tilacoide. Durante este transporte, se produce un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP mediante la ATP sintasa. (Kyparisis y Drilias,1997)

    
    

  4) Síntesis de ATP y NADPH:

  • La energía liberada en la cadena de transporte de electrones se utiliza para sintetizar ATP (adenosín trifosfato) y NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) a partir de ADP (adenosín difosfato) y NADP⁺, respectivamente. (Kyparisis y Drilias,1997)

    
    

  5) Fase Oscura (Ciclo de Calvin):

  • Fase Independiente de la Luz: Ocurre en el estroma de los cloroplastos. En esta fase, el ATP y el NADPH producidos en la fase luminosa se utilizan para fijar el dióxido de carbono (CO₂) en una serie de reacciones enzimáticas. El CO₂ se convierte en glucosa (C₆H₁₂O₆) a través de un ciclo de reacciones que implica la enzima RuBisCO y otros compuestos intermedios.(Larcher,1992)

  6) Producción de Glucosa:

  • La glucosa formada en el Ciclo de Calvin puede ser utilizada por la planta para obtener energía a través de la respiración celular, o puede ser almacenada en forma de almidón para uso futuro.(Jones,1990)

  7) Liberación de Oxígeno:

  • El oxígeno generado durante la fotólisis del agua es liberado a la atmósfera como un subproducto esencial para la respiración de la mayoría de los organismos vivos.(Lawlor, 1991)

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 Aprovechamiento de la diversidad biológica: La biotecnología aprovecha la vasta diversidad de organismos vivos y sus componentes, como enzimas, proteínas, ácidos nucleicos y metabolitos secundarios, para desarrollar soluciones innovadoras. Los microorganismos, por ejemplo, son utilizados en la producción de antibióticos, enzimas industriales y biocombustibles, mientras que las plantas son fuente de compuestos bioactivos con aplicaciones terapéuticas y agrícolas (Clark & Pazdernik, 2016).

Manipulación genética: La ingeniería genética es una herramienta central en la biotecnología moderna, que permite la modificación precisa del material genético de los organismos. Esta tecnología ha revolucionado campos como la medicina, la agricultura y la industria, al permitir la producción de proteínas recombinantes, la creación de cultivos transgénicos y el desarrollo de terapias génicas (Clark & Pazdernik, 2016).

Amplio rango de aplicaciones: La biotecnología tiene un impacto transversal en diversos sectores, ofreciendo soluciones a desafíos globales. En el ámbito de la salud, la biotecnología ha permitido el desarrollo de fármacos más eficaces, terapias génicas para enfermedades raras y diagnósticos más precisos. En la agricultura, ha contribuido a la creación de cultivos más resistentes a plagas y enfermedades, así como a la producción de alimentos más nutritivos y sostenibles. La industria se beneficia de la biotecnología a través de la producción de biocombustibles, biomateriales y enzimas industriales, mientras que el medio ambiente se ve favorecido por la biorremediación de suelos y aguas contaminadas (Thieman & Palladino, 2019).

Innovación y desarrollo continuo: La biotecnología es un campo dinámico y en constante evolución, impulsado por avances científicos y tecnológicos que amplían continuamente sus posibilidades y aplicaciones. La investigación en áreas como la biología sintética, la edición genética y la bioinformática está abriendo nuevas fronteras para la biotecnología. (Thieman & Palladino, 2019)

Cultivo de Tejidos vegetales: El cultivo de tejidos vegetales es una técnica que permite cultivar una porción de planta (explante) en condiciones artificiales para regenerar una planta completa. Este proceso puede ocurrir a través de organogénesis (formación de brotes y raíces) o embriogénesis somática (formación de estructuras similares a embriones). En algunos casos, el cultivo de tejidos vegetales puede resultar en la formación de callo, un tejido amorfo no diferenciado que puede ser utilizado para establecer cultivos de células en suspensión (Roca & Ramírez, 2000)

Cultivo In Vitro: es una técnica biotecnológica que permite el crecimiento y desarrollo de plantas en condiciones controladas y libres de microorganismos, utilizando medios de cultivo artificiales (George, Hall, & De Klerk, 2008). Esta metodología se basa en la totipotencia celular, la capacidad inherente de las células vegetales para regenerar una planta completa a partir de un fragmento de tejido, órgano o incluso una sola célula (Pierik, 1997). El proceso implica el aislamiento de un explante, que puede ser cualquier parte de la planta, y su cultivo en un medio nutritivo estéril que contiene los nutrientes y reguladores de crecimiento necesarios para inducir la formación de nuevas plantas. El cultivo in vitro ofrece numerosas ventajas, como la producción rápida y masiva de plantas genéticamente idénticas, la conservación de germoplasma y la propagación de especies difíciles de reproducir por métodos convencionales (George et al., 2008).

Terapia Génica y Celular: La biotecnología ofrece herramientas para corregir defectos genéticos y tratar enfermedades mediante la introducción de genes funcionales o células modificadas en el paciente. La terapia génica ha demostrado potencial en el tratamiento de enfermedades hereditarias y algunos tipos de cáncer (Clark & Pazdernik, 2016).

Diagnóstico Molecular: Las técnicas biotecnológicas, como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y la secuenciación de ADN, permiten la detección rápida y precisa de enfermedades infecciosas, genéticas y cáncer. Estas herramientas son esenciales para el diagnóstico temprano y el seguimiento de enfermedades, así como para la identificación de patógenos y la vigilancia epidemiológica (Clark & Pazdernik, 2016).

Bioinformática: La bioinformática es una disciplina que combina la biología, la informática y la estadística para analizar y gestionar grandes cantidades de datos biológicos, como secuencias de ADN y proteínas. Esta herramienta es esencial para la investigación en biotecnología, ya que permite identificar genes, predecir la función de proteínas y diseñar nuevos fármacos y terapias (Thieman & Palladino, 2019)

La biotecnología también permite aprovechar la diversidad genética de variedades locales y especies silvestres, que a menudo poseen genes que les confieren resistencia a enfermedades, tolerancia a la sequía u otras características ventajosas para la adaptación a condiciones ambientales específicas. La identificación y utilización de estos genes mediante técnicas biotecnológicas, como la secuenciación del genoma y el análisis de datos masivos, puede acelerar significativamente el proceso de mejora genética y contribuir al desarrollo de cultivos más resilientes. (Molina, 2019)

Por ejemplo, la edición genética podría utilizarse para introducir genes de resistencia a enfermedades en variedades de cultivos susceptibles, reduciendo la necesidad de utilizar pesticidas y mejorando la productividad. Asimismo, la identificación de genes que confieren tolerancia a la sequía en especies silvestres podría permitir la transferencia de esta característica a cultivos comerciales, haciéndolos más adaptables a las condiciones de escasez de agua que se prevén en el futuro. (Molina, 2019)

La identificación y manipulación de genes clave involucrados en la respuesta al estrés, como aquellos que regulan la producción de osmoprotectores, antioxidantes o proteínas de choque térmico, es un enfoque prometedor. Por ejemplo, la sobreexpresión de genes que codifican enzimas antioxidantes puede mejorar la tolerancia de las plantas al estrés oxidativo causado por condiciones ambientales adversas.

Además, la biotecnología permite aprovechar la diversidad genética de especies silvestres y variedades locales, que a menudo poseen mecanismos de supervivencia únicos desarrollados a lo largo de su evolución. La transferencia de estos genes a cultivos comerciales mediante técnicas como la transgénesis o la edición genética puede conferirles una mayor resistencia y adaptabilidad a condiciones ambientales desafiantes. (Molina,2019)

Un ejemplo notable es el desarrollo de cultivos tolerantes a la sequía mediante la introducción de genes que regulan la apertura y cierre de los estomas, los poros en las hojas que controlan la pérdida de agua. Esto permite a las plantas optimizar el uso del agua y sobrevivir en condiciones de escasez hídrica. (Molina, 2019)

A pesar de su escaso número (menor a diez), se encuentran, sin embargo, en todas las plantas terrestres y acuáticas de aguas dulces, de diferentes formas, hábitats, ciclos y formas de vida, ya sea en plantas geófitas, arbustivas como igualmente en árboles de gran altura y en todas las especies distribuidas en las más diferentes familias botánicas. (Jordán, M., & Casaretto, J. 2006).

No se caracterizan por generar un efecto específico; es decir, su acción puede derivar en varios efectos diferentes a corto y/o a largo plazo. (Jordán, M., & Casaretto, J. 2006).

Transporte a larga distancia: Las hormonas vegetales pueden ser transportadas a través del floema o del xilema, alcanzando tejidos distantes. (Aloni, R. 1987).

Efectos pleiotrópicos: Una misma hormona puede tener diferentes efectos dependiendo del tejido, el estadio de desarrollo de la planta y la presencia de otras hormonas. (Davies, 2010).

Interacción con otras hormonas: Las hormonas vegetales suelen actuar de forma sinérgica o antagónica, modulando así la respuesta de la planta. (Davies, 2010).

Respuestas a estímulos ambientales: Las plantas responden a la luz, la gravedad, el tacto y otros estímulos externos gracias a las hormonas. (Raven, Evert, & Eichhorn, 2005).

Desarrollo reproductivo: Las hormonas controlan la transición de la fase vegetativa a la reproductiva, la floración, la formación de frutos y semillas. (Abeles, 1992).

Senescencia y abscisión: Las hormonas regulan la caída de hojas, flores y frutos.(Finkelstein, Gampala, & Rock, 2002). 

Adaptación al entorno: Las hormonas permiten a las plantas adaptarse a cambios en las condiciones ambientales. (Davies, 2010).

Reproducción: Las hormonas son esenciales para la reproducción de las plantas.  (Abeles, 1992).

Defensa contra patógenos: Algunas hormonas participan en las respuestas de defensa de las plantas contra patógenos. (Durrant & Dong, 2004).

Gravitropismo: Las raíces crecen hacia abajo y los tallos hacia arriba debido a la acción de las auxinas. (Finkelstein, R. R., Gampala, S. S., & Rock, C. D. (2002).

Tigmotropismo: Las plantas trepadoras se enrollan alrededor de soportes gracias a respuestas hormonales. (Finkelstein, R. R., Gampala, S. S., & Rock, C. D. (2002).

Respuesta a estrés hídrico: El ácido abscísico (ABA) induce el cierre de los estomas para reducir la pérdida de agua. (Finkelstein, Gampala, & Rock, 2002).

Defensa contra herbívoros y patógenos: Las hormonas inducen respuestas de defensa que protegen a la planta de daños.  (Davies, 2010).

Dispersión de semillas: Las hormonas regulan la maduración de frutos y la dispersión de semillas.  (Davies, 2010).

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La Biotecnología surge como disciplina en el año 1970, cuando se desarrollan las primeras técnicas de manipulación del ADN, dando origen también a la ingeniería genética. Sus antecedentes se basan en la fermentación de bebidas, alimentos y combustibles de manera empírica y el uso rudimentario de conocimiento científico y ara la obtención de procesos a escala industrial. Estos procesos estaban basados en la aplicación integrada de la microbiología, ingeniería química y bioquímica, producción de fármacos, combustibles, alimentos y procesamiento de desechos. (Roca & Ramírez, 2000)

La Biotecnología vegetal es una rama de la biotecnología que nace como respuesta a las diferentes problemáticas que conlleva la agricultura moderna, ya sea la falta de espacio de cultivo, el surgimiento de nuevos fitopatógenos, la contaminación causada por el uso de diferentes fertilizantes, pesticidas u otros químicos de carácter agroindustrial y sus efectos en las mismas cosechas o simplemente para mejorar el valor nutricional de los alimentos producidos u obtener características de mayor valor comercial como mejor sabor, olor o tamaño. (Roca & Ramírez, 2000)