Profesorado

Juan J. Vergara

Objetivos

Esta asignatura obligatoria de primer ciclo tiene por objeto sentar las bases de
los procesos de producción primaria en ecosistemas marinos. Es una asignatura
introductoria a la dinámica de procesos en el marco de la ecología.
Descriptores: Producción primaria, fotosíntesis, quimiosíntesis, crecimiento,
control de la producción por variables ambientales (luz, nutrientes,
temperatura, salinidad, emersión..), particularidades en sistemas pelágicos y
bentónicos (fitoplancton-macrófitos marinos). Aspectos aplicados.

Programa

Tema 1. Introducción a la producción primaria marina. Concepto de producción
primaria. La producción primaria en el marco de la Ecología. La producción
primaria como base energética de las redes tróficas. Peculiaridades en el medio
marino. Diversidad de productores primarios marinos.

CAPITULO I: La luz y el proceso fotosintético

Tema 2. Introducción al proceso fotosintético. Definición y ecuación fundamental
de la fotosíntesis. La fotosíntesis como sistema de óxido-reducción. Potenciales
redox de moléculas involucradas en la fotosíntesis.
Tema 3. La luz. Naturaleza de la luz. Espectro electromagnético. Longitud de
onda y energía asociada. Medidas de energía radiante. La luz en el medio
acuático. Clasificación óptica de Jerlov de los distintos tipos de agua.
Tema 4. Fotoquímica del proceso fotosintético. Absorción de luz por moléculas.
Mecanismos de transferencia de la energía de excitación. Procesos de disipación
energética. Relación entre espectro de absorción y transiciones electrónicas.
Tema 5. Pigmentos fotosintéticos. Clorofilas, carotenoides y biliproteínas:
tipos, estructuras, espectros de absorción y funciones. Extracción y
cuantificación.
Tema 6. Sistemas recolectores de luz. Antenas fotosintéticas. Absorbancia y
absortancia. Espectros de acción y rendimiento cuántico fotosintético. Efecto
Emerson.
Tema 7. Topología del cloroplasto. Estructura interna en los principales grupos
de algas. Autonomía genética parcial. Modelo topológico del tilacoide.
Tema 8. La cadena de transporte electrónico. El esquema  Z: principales
componentes. Fotólisis del agua. Cinética y energética del transporte
electrónico.
Tema 9. Fotofosforilación. Mecanismos transductores de energía en la
fosforilación fotosintética. Fosforilación acoplada a flujos electrónicos
lineales, cíclicos y pseudocíclicos. El factor de acoplamiento. Desacopladores
de la síntesis de ATP.
Tema 10. Fotosíntesis bacteriana y quimiosíntesis. Tipos de bacterias
fotosintéticas. Pigmentos y aparato fotosintético. Comparación con la
fotosíntesis oxigénica. El modelo de Halobacterium. Quimiosíntesis.
Tema 11. Asimilación fotosintética del carbono. Ciclo reductor de las pentosas
fosfato. La  Rubisco como enzima clave. Control del ciclo. Variaciones de
energía libre. Utilización del poder asimilador, energética y estequiometría.
Valor taxonómico de los polisacáridos de reserva.
Tema 12. Respiración y fotorrespiración. Definición de respiración. Principales
procesos involucrados. Fotorrespiración. La Rubisco como oxigenasa. Vías de
síntesis y metabolismo de glicolato. Posible papel de la fotorrespiración.
Estrategias para reducir la fotorrespiración.

CAPITULO II: Metodología

Tema 13. Métodos de estimación de biomasa. Micrófitos: recuento celular,
contador electrónico de partículas, biovolumen, pigmentos, fluorescencia,
adenilatos, contenido interno de nutrientes. Macrófitos: peso fresco, peso seco,
cenizas, constituyentes celulares. Ventajas e inconvenientes.
Tema 14. Métodos de estimación de producción. Producción bruta y neta. Técnicas
de medida y estimación. Ventajas e inconvenientes de su utilización.

CAPITULO III: Control de la producción primaria

Tema 15. Control de la producción primaria por luz. Propiedades ópticas de
células y tejidos. Efecto empaquetamiento. Relaciones fotosíntesis-flujo
fotónico. Principales parámetros fotosintéticos. Fotoinhibición. Adaptaciones
ontogenéticas y filogenéticas a la luz.
Tema 16. Factores limitantes de la producción. Los nutrientes I. Concepto de
limitación: nutrientes esenciales y limitantes. Su disponibilidad en el agua de
mar. Mecanismos de transporte a través del plasmalema. Cinéticas de
incorporación de nutrientes. Factores que afectan a la incorporación.
Tema 17. Factores limitantes de la producción. Los nutrientes II. Carbono:
especiación en agua de mar dependiente del pH. Mecanismos de concentración de
carbono en algas. Producción de carbono orgánico disuelto.
Tema 18. Factores limitantes de la producción. Los nutrientes III. Nitrógeno.
Cinéticas de incorporación de compuestos nitrogenados. Vías de la asimilación de
nitrógeno: nitrato reductasa y nitrito reductasa. Interacción de la fotosíntesis
con la asimilación de nitrógeno. Fijación de nitrógeno. Asimilación del azufre.
Semejanzas con la asimilación de nitrógeno.
Tema 19. Factores limitantes de la producción. Los nutrientes IV. Fósforo:
Estados de solubilidad. Cinéticas de incorporación.  Actividad fosfatasa
alcalina. Asimilación del azufre. Asimilación de otros micronutrientes.
Tema 20. Nutrientes y crecimiento. Modelos de Monod y de Droop: papel de los
nutrientes. Relaciones de Redfield y desviaciones: estequiometría de la biomasa
producida.
Tema 21. Control físico de la producción primaria. La temperatura: Efectos de la
temperatura a nivel químico-enzimático, celular (metabolismo) y del organismo
(crecimiento y  reproducción). Efectos de la salinidad y la emersión.
Tema 22. Energía auxiliar. Efectos a microescala: flujo viscoso y turbulento.
Numero de Reynolds. Capa limítrofe. Ley de Fick. Efecto de la energía auxiliar
sobre la morfología. Efectos a meso y macroescala: mezcla, mareas, afloramientos.
Tema 23. Otros factores controladores de la producción primaria. Procesos de
pérdida de biomasa producida: Sedimentación. Dispersión. Consumo por herbívoros.

CAPITULO IV: Distribución espacio-temporal de la producción primaria

Tema 24. Producción en el sistema pelágico. Perfiles verticales de biomasa y
producción. Profundidad de compensación y profundidad crítica. Ciclos de
producción. Contribución del picoplancton fotosintético. Producción nueva y
producción regenerada. Las zonas HNLC. Introducción a los modelos de producción.
Tema 25. Producción en el sistema bentónico. Zonación en el intermareal. Valores
de producción en algas bentónicas. Destinos de la producción. Efectos de la
eutrofización y la polución.
Tema 26. La producción primaria en los ecosistemas. Producción primaria de la
biosfera: contribución de la producción primaria marina. Valores de producción
en distintos ecosistemas. Mapa global de producción fitoplanctónica. Producción
primaria bentónica.
Tema 27. Producción primaria y cambio climático. La bomba biológica de carbono.
Desarrollo histórico de la hipótesis. El aumento del dióxido de carbono.
Relación con la producción nueva.

CAPITULO V: Aspectos aplicados de la producción primaria

Tema 28. Aspectos aplicados: Biotecnología de algas. Explotación y cultivo de
algas para la obtención de biomasa de calidad. Ficocoloides. Algas y
acuicultura. Sistemas de depuración de sustancias tóxicas y nutrientes. Fuentes
de alimento. Usos agrícolas. Otras aplicaciones.

PROGRAMA PRÁCTICO

1- Reconocimiento de los principales grupos de productores primarios marinos.
2- Extinción de la luz en el medio acuático.
3- Extracción y cuantificación de pigmentos liposolubles.
4- Extracción y cuantificación de pigmentos hidrosolubles.
5- Estimaciones de tasas de fotosíntesis: caracterización de curvas
fotosintesis-flujo fotónico.
6- Efecto de la temperatura en las tasas de fotosíntesis..
7- Caracterización de las cinéticas de incorporación de nutrientes.
8- Medida de actividades enzimáticas relacionadas con la incorporación de
nutrientes.

Actividades

Clases teóricas.
Clases prácticas de laboratorio.
Seminarios.
Uso de herramientas virtuales de la web CT.
Elaboración de un guión práctico por parte del alumno.

Metodología

Clases teóricas magistrales con apoyo de transparencias y de recursos como Power
Point.
Seminarios de problemas relacionados con los contenidos teóricos.
Prácticas de laboratorio con aprendizaje en el uso de aparatos y técnicas
ususales en la investigación. Introducción al método científico (ver programa
específico).
Suministro de bibliografía específica (artículos) y de material de apoyo (clases
en Power Point, enlaces a páginas web de interés, resúmenes, exámenes..) en la
página web de la asignatura.
Uso de las tutorías presenciales y virtuales.

Criterios y Sistemas de Evaluación

Examen de todos los contenidos teórico-prácticos, con demostración de la
capacidad de relación de conceptos y su aplicación a la resolución de problemas
aplicados.

Recursos Bibliográficos

Básica:

AZCÓN-BIETO J., TALÓN M. (eds). 1993. Fisiología y bioquímica vegetal.
Interamericana, McGraw-Hill.
EDWARDS G., WALKER D. A. 1983. C3, C4 Mechanisms, and cellular and
environmental
regulation of photosynthesis. B.S.P.
FALKOWSKI P. G., RAVEN J. A. 1997. Aquatic photosynthesis. Blackwell.
KIRK, J. T. O. 1983. Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. Cambridge
University Press.
LAWLOR D. W. 2000. Photosynthesis 3rd. Ed. Molecular, physiological and
environmental processes. Springer.
LOBBAN C. S., HARRISON P. J. 1997. Seaweed Ecology and Physiology. Cambridge
University Press.
NOBEL P. S. 1999. Physicochemical and environmental plant physiology. Academic
Press.
RAGHAVENDRA. A.S. 1997. Photosynthesis: A Comprehensive Treatise. Cambridge
University.

Complementaria:

BARNES RSK, MANN KH (Eds).1991. Fundamentals of aquatic ecology. Blackwell.
DE LA ROSA M. A., HERVÁS M., SERRANO A., LOSADA M. 1990. Fotobioquímica.
Síntesis S. A.
GREGORY R. P. F. 1989. Biochemistry of photosynthesis, 3rd ed. John Wiley & Sons.
HADDER D. P., TEVINI M. 1987. General Photobiology. Pergamon Press.
HALL D. O. RAO K. K. 1977. Photosynthesis. Omega.
HARRIS G. P. 1986. Phytoplankton Ecology. Structure, function and fluctuation.
Chapman and Hall.
LAMBERS et al. 1998. Plant physiological ecology. Springer.
LARCHER, W. 1995. Physiological plant ecology. 3rd. Ed.  Springer.
LEE R. E. 1999. Phycology.  3rd. Ed. Cambridge University Press.
LÜNING K. 1990. Seaweeds: Their environment, biogeography, and ecophysiology.
John Wiley & Sons, Inc.
MANN, K. H.  2000. Ecology of coastal waters. Balckwell.
MORRIS I. (ed.) 1980. The physiological ecology of phytoplankton. Studies in
Ecology Vol. 7. B. S. P.
NICHOLLS D. G., FERGUSON S. J. 1992. Bioenergetics 2. Academic Press. London.
NYBAKKEN J. W. 1993. Marine Biology. An ecological approach. 3rd ed.
HarperCollins College Publishers.
PLATT T. (ed). 1981. Physiological bases of phytoplankton ecology. Can. Bull.
Fish. Aquat. Sci., vol. 210.
VALIELA I. 1995. Marine ecological processes. Springer-Verlag.