44.cultivo de plantas criação de animais2013
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EXPLORAÇÃO DAS
POTENCIALIDADES DA BIOSFERA
Biologia 12º ano
abril 2013
Profª Leonor Vaz Pereira
Cultivo de plantas e
criação de animais
BIOSFERA
A biosfera é a parte da Terra
onde se encontram os seres
vivos.
Ela compreende a superfície
terrestre e a porção inferior
da atmosfera e prolonga-se
até o fundo dos oceanos.
A biosfera contém inúmeros
ecossistemas (conjunto
formado pelos animais e
vegetais em harmonia com os
outros elementos naturais).
Biodiversidade:
Multiplicidade de seres
vivos que se agrupam
em populações que
pertencem a diversas
espécies que
interagem numa
variedade de
comunidades e de
ecossistemas.
ECOSSISTEMA =
FATORES BIÓTICOS + FATORES ABIÓTICOS
Qualquer dos fatores do
meio ambiente respeitantes
a um organismo vivo.
Ex: peixes; pato; plantas…
Qualquer das influências
ambientais que inclui a
matéria não viva.
Ex: luz, água,…
RECICLAGEM DE MATÉRIA NOS ECOSSISTEMAS
Realize a atividade da página 40
A diversidade de elementos e de interações
na biosfera possibilita as transformações de
energia e a circulação de materiais entre o
meio biótico e o abiótico que garante aos
organismos a manutenção das suas funções
vitais.
O crescimento da população humana tem
sido acompanhado por um aumento da
exploração dos recursos da biosfera e pela
introdução de desequilíbrios.
Para fazer face à procura crescente de
recursos alimentares, o Homem desenvolveu
estratégias que permitem aumentar esses
recursos.
EXPLORAÇÃO DA BIOSFERA
Uma necessidade crescente de alimentos ganhou expressão a
partir da segunda metade do século XX, a par de um crescente
desenvolvimento científico e tecnológico.
As plantas, os animais e os produtos que deles derivam
constituem, na sua quase totalidade, os recursos alimentares do
Homem que são obtidos, essencialmente pela agricultura,
pecuária e pesca.
RECURSOS BIOLÓGICOS
Pesca Pecuária
Agricultura Caça
Floresta
desenvolvimento do equipamento agrícola;
utilização de fertilizantes químicos e
pesticidas.
desenvolvimento de técnicas mais eficientes
de irrigação;
intensificação e modernização da pecuária e
da aquacultura;
melhoria das embarcações e das técnicas de
pesca;
aplicação da biotecnologia no melhoramento
de espécies de organismos utilizados na
alimentação humana e no aumento da sua
produtividade.
FATORES DETERMINANTES DO AUMENTO
DA PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
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O arroz, o trigo e o milho fornecem mais de metade do total
de calorias consumidas pelo Homem, sendo a principal fonte
de alimento de dois terços da população mundial.
Quando se pratica a agricultura criam-se condições
ecológicas anormais, formando-se ecossistemas artificiais -
os ecossistemas agrários ou agrossistemas.
Nos países industrializados, o desenvolvimento de novos
equipamentos e produtos de uso agrícola foi acompanhado da
alteração de um modelo de agricultura tradicional, de tipo
familiar, para a agricultura intensiva, assente na
monocultura,
PRÁTICAS AGRÍCOLAS
Cultivo de pequenas áreas, em
regime de policultura.
Utilização de técnicas que
preservam a rentabilidade do
solo:
rotação de culturas;
pousio;
aplicação de adubos
orgânicos;
associação de espécies com
diferentes necessidades em
elementos minerais;
rega manual, muitas vezes
com recurso a desvio de água
dos rios e ou a poços;
trabalho essencialmente
manual ou com a ajuda de
animais.
AGRICULTURA TRADICIONAL
EFEITOS DA AGRICULTURA TRADICIONAL:
Mantém a fertilidade do solo.
Não causa poluição do solo ou de
água.
Preservar os recursos hídricos.
Produção de alimentos em
pequena quantidade, que apenas
satisfaz as necessidades familiares
ou de uma pequena comunidade.
Cultivo de grandes áreas, em
regime de monocultura.
As tecnologias aplicadas
incluem: aplicação de adubos
sintéticos;
utilização de pesticidas;
rega automática;
trabalho executado por
máquinas.
AGRICULTURA INTENSIVA
EFEITOS DA AGRICULTURA INTENSIVA:
Produção de alimentos em grande
quantidade, destinada a comércio.
Rápido esgotamento dos elementos
minerais do solo conduzindo à sua
degradação e à desertificação.
Redução da biodiversidade com
aparecimento de doenças e de pragas.
Excesso de adubos e pesticidas com
poluição de solo e água.
Grandes consumos de água na
irrigação contribuindo para o
esgotamento dos recursos hídricos.
Consumo de grandes quantidades de
energia fóssil.
Degradação dos solos
Erosão Perda de fertilidade
Salinidade Desertificação
Poluição do ar
Emissão de gases de estufa Emissão de gases poluentes
Emissão de pesticidas
Riscos para a saúde
Contaminação da água e comida por pesticidas ou
agentes patogénicos.
Perda de biodiversidade
Perda de habitat Morte de peixes
Morte de predadores
Poluição da água
Gasto excessivo de água Poluição de aquíferos e linhas de
água superficiais.
EXPLORAÇÃO DA BIOSFERA
O aumento da produção de alimentos causa a degradação
ambiental:
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Redução da biodiversidade
Destruição de habitat
Caça e pesca intensiva
Comercialização de seres vivos
com valor comercial Poluição
Introdução de espécies
exóticas
EXPLORAÇÃO DA BIOSFERA
ESPÉCIES AMEAÇADAS DA
FAUNA E FLORA PORTUGUESAS
cabra montês ibérica - Capra pyrenaica
Cegonha preta
Burro
Lobo
Carvalho-alvarinho
Morcego carvernicula Grifo
Lince ibérico Azevinho
CULTURAS EM ESTUFAS
Permitem: adaptar as condições climáticas e
nutricionais às necessidades das plantas.
Alteram o ambiente natural
Elevados custos
Microclimas favorecem aparecimentos
de parasitas
Requer elevada protecção fitossanitária
PRODUÇÃO DE ALIMENTOS OUTRAS ESTRATÉGICAS
Reprodução seletiva;
Propagação vegetativa;
Cultura de tecidos e micropropagação vegetal;
Cultura de protoplastos;
Criação e clonagem de animais;
Organismos transgénicos
REPRODUÇÃO SELETIVA
VANTAGENS DA REPRODUÇÃO SELETIVA
obtenção de produtos de melhor qualidade, como frutos
sementes, carne, leite, ovos ou peles;
melhoria das capacidades de reprodução, o que permite
obter uma descendência mais numerosa.
obtenção de variedades de plantas e animais mais
resistentes a doenças e a parasitas.
É utilizada desde há vários séculos e baseia-se
na seleção artificial para obter variedades de
plantas ou animais com características
vantajosas.
Em cada geração, são promovidos os
cruzamentos entre indivíduos que apresentam
as características desejadas, aumentando a
sua representatividade na geração seguinte.
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REPRODUÇÃO SELETIVA
EM ANIMAIS
Nos animais, a reprodução
seletiva foi facilitada com
o desenvolvimento das
técnicas de inseminação
artificial.
O sémen de um macho
com características
vantajosas pode ser usado
para inseminar uma grande
quantidade de fêmeas.
REPRODUÇÃO SELETIVA
DESVANTAGENS
Lentidão dos processos;
Combinação de características de indivíduos
limitadas à mesma espécie ou a espécies
relacionadas;
Perda de eficácia das variedades obtidas, num curto
período de tempo, devido a pragas e doenças.
PROPAGAÇÃO VEGETATIVA
Estas técnicas permitem a obtenção de clones de plantas
com características desejáveis, por reprodução assexuada.
A propagação por estaca, a mergulhia e a enxertia são
algumas das técnicas tradicionais de propagação
vegetativa.
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MICROPROPAGAÇÃO
A micropropagação é uma extensão dos
métodos tradicionais de propagação
vegetativa.
A clonagem de plantas com características
desejáveis é obtida pela cultura in vitro de
tecidos vegetais, num meio adequado, sólido
ou líquido, em condições assépticas e na
presença de reguladores de crescimento que
induzem a manifestação da totipotência das
células.
As plantas possuem uma grande capacidade de
regeneração porque as células vegetais sofrem
desdiferenciação e manifestam a sua
totipotência com facilidade.
MICROPROPAGAÇÃO
MICROPROPAGAÇÃO
DESINFEÇÃO
LAVAGENS
EM ÁGUA
DESTILADA
MEIO DE CULTURA
COM NUTRIENTES E
HORMONAS
COLOCAÇÃO
EM CULTURA
1º DIA
MICROPROPAGAÇÃO
MICROPOPAGAÇÃO
6 SEMANAS MAIS TARDE
MICROPOPAGAÇÃO
OU ENRAIZAMENTO
4 SEMANAS MAIS TARDE
FRAGMENTAÇÃO
CALO
MEIO DE
ENRAIZAMENTO
PLÂNTULA
MIC
RO
RR
EBEN
TO
S
MICROPROPAGAÇÃO
PLÂNTULAS
ACLIMATIZAÇÃO
15 DIAS MAIS TARDE
MICROPROPAGAÇÃO Um pequeno fragmento de uma planta, o explante é colocado em cultura in vitro em condições que favorecem a perda de especialização celular e a formação do tecido caloso.
Milhões de
rebentos podem
ser obtidos a
partir de um
único fragmento
inicial da planta.
O tecido caloso
pode ser dividido
e subcultivado
por sucessivas
gerações.
O tecido caloso é um tecido muito heterogéneo formado por uma massa de células, predominantemente parenquimatosas em proliferação.
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TÉCNICA DE MICROPROPAGAÇÃO
As células do tecido caloso podem ser induzidas a
regenerar plantas completas através de :
Embriogénese somática – consiste na produção de
estruturas semelhantes a embriões a partir de
células somáticas. Os embriões somáticos sofrem
um desenvolvimento em plântulas semelhante aos
embriões zigóticos.
Organogénese – consiste na formação de
estruturas caulinares ou radiculares a partir do
tecido caloso. Também pode verificar-se
organogénese directamente a partir do explante.
As plântulas regeneradas in vitro são,
posteriormente, aclimatizadas e transferidas
para o solo.
A manipulação dos reguladores de
crescimento adicionados ao meio de
cultura, principalmente auxinas e
citocininas, permite orientar o processo
de regeneração.
De um modo geral, uma razão
auxina/citocinina elevada induz a
formação de tecido caloso e a sua
diferenciação em primórdios radiculares
e uma razão auxina/citocinina baixa
induz a diferenciação das células do
tecido caloso em meristemas caulinares.
TÉCNICA DE MICROPROPAGAÇÃO
MICROPROPAGAÇÃO
VANTAGENS DA CLONAGEM DE PLANTAS
Produção numerosa, rápida, económica e
homogénea;
Recurso a um só indivíduo, selecionado
pelas suas características;
Presença das características desejadas em
todo o clone;
Plantas com maior vigor.
DESVANTAGENS DA CLONAGEM DE PLANTAS
técnica altamente especializada;
grande redução da diversidade das espécies
cultivadas.
maior sensibilidade a doenças dada a
homogeneidade das culturas.
A tecnologia do DNA recombinante tornou possível a manipulação do genoma de plantas e animais utilizados na alimentação humana, com determinados objectivos:
Melhoramento das propriedades nutritivas;
Aumento da produção de carne, leite, sementes, frutos, etc.;
Aumento da resistência a doenças e pragas;
Tolerância a condições ambientais adversas;
Resistência a herbicidas;
Alteração da maturação dos frutos.
ORGANISMOS TRANSGÉNICOS
Transgénicos vs OGM
Transgénico OGM
A cor original das cenouras era branca,
no entanto alguns agricultores
conseguiram torná-las laranja, tal como
as conhecemos.
Introdução do gene LT-B (que codifica a
subunidade B da enterotoxina da bactéria E.
coli) na banana, com o objetivo de obter um
antigénio utilizável como vacina oral contra
a cólera.
Já há vários anos que o Homem tem
vindo a criar novas raças ou a melhorar
determinada raça através de
cruzamentos genéticos.
Transgénicos vs OGM
Transgénico OGM
Milho Bt: introdução de um gene da
bactéria Bacillus thuringiensis que
leva à produção de proteínas tóxicas
para determinados insetos.
O Homem realiza enxertos nas
vinhas para melhorar a sua
resistência aos solos ou condições
atmosféricas.
Suíno produtor de hemoglobina
humana, através da introdução do
gene humano que codifica para
esta proteína.
A transformação genética depende da introdução estável do
transgene no genoma da planta.
Métodos para atingir este objetivo:
a) Transformação genética mediada por Agrobacterium
b) Bombardeamento de partículas (ou biolística)
c) Transferência de DNA para protoplastos
TRANSFORMAÇÃO GENÉTICA MEDIADA POR
AGROBACTERIUM
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Agrobacterium tumefaciens
A. tumefaciens
Plasmídio Ti T-DNA
DNA cromossômico
T-DNA
Célula vegetal transformada
Tumor da galha
Cromossomo
Na transformação genética das plantas é frequente a utilização
como vetor do plasmídeo de Agrobacterium tumefaciens.
Esta espécie de bactéria vive no solo e infeta as plantas causando
tumores.
A capacidade infeciosa reside num gene do
plasmídeo.
O plasmídeo pode ser manipulado de modo
a substituir o oncogene por um gene de
interesse que é transportado para a planta.
As plantas transgénicas são fáceis de obter
porque possuem um ciclo de vida curto,
produzem uma descendência numerosa e
têm uma grande capacidade de
regeneração.
TRANSFORMAÇÃO GENÉTICA MEDIADA POR
AGROBACTERIUM
Co-cultivo de células da planta
com Agrobacterium “desarmada”
Transferência para meio
de cultura com
antibiótico, herbicida
ou outro método de
seleção
Regeneração da planta
transgênica
Testes da planta
transgênica em
laboratório e mais tarde
a campo
PRINCIPAIS ETAPAS DA TRANSFORMAÇÃO VIA
AGROBACTERIUM TUMEFACIENS
BOMBARDEAMENTO DE PARTÍCULAS
OU BIOLÍSTICA/BIOBALÍSTICA
O bombardeamento
de partículas foi
desenvolvido com
o objetivo de
transformar
cereais, como o
trigo, que não
são infetados por
Agrobacterium.
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http://www6.ufrgs.br/plantas/destaques/pistoladegenes.swf -
Esta técnica recorre a um
aparelho, que permite disparar,
sobre as células ou tecidos
vegetais, minúsculas esferas de
metal (de tungsténio ou ouro)
revestidas com DNA do vetor de
expressão.
Desta forma, as micropartículas
atravessam a parede celular,
introduzindo o DNA no núcleo de
algumas células.
BOMBARDEAMENTO DE PARTÍCULAS
OU BIOLÍSTICA/BIOBALÍSTICA
A análise histoquímica dois dias após o bombardeamento
permite determinar o sucesso da transformação.
O número de pontos azuis corresponde aos pontos em que
ocorreu integração do gene e sua expressão.
Após a incorporação do(s) gene(s) no genoma da planta, as células
podem expressá-lo, com a consequente produção da proteína por
ele codificada.
BOMBARDEAMENTO DE PARTÍCULAS
OU BIOLÍSTICA/BIOBALÍSTICA
BOMBARDEAMENTO DE PARTÍCULAS
OU BIOLÍSTICA/BIOBALÍSTICA
GENE DE
INTERESSE MICROPARTÍCULAS
DE OURO
DNA ADERE ÀS
PARTÍCULAS
ACELERAÇÃO
DAS PARTÍCULAS
LIBERTAÇÃO
DO DNA NO
NÚCLEO
REGENERAÇÃO
DAS PLANTAS
TRANSGÊNICAS
SELEÇÃO DAS
CÉLULAS
TRANSFORMADAS
Os protoplastos são células vegetais cujas
paredes celulares foram removidas por
processos mecânicos ou enzimáticos.
TRANSFERÊNCIA DIRETA DE DNA PARA PROTOPLASTOS ELETROPORAÇÃO (DESCARGA ELÉTRICA)
A transformação de protoplastos baseia‐se
na abertura de poros das membranas
celulares através de:
• Tratamento com polietilenoglicol (PEG)
na presença de catiões divalentes (e.g.,
Ca2+)
• O PEG e o Ca2+ destabilizam a
membrana plasmática do protoplasto,
tornando‐a permeável ao DNA.
• Uma vez dentro do protoplasto o DNA
entra no núcleo e integra‐se no genoma.
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TRANSFERÊNCIA DIRETA DE DNA PARA PROTOPLASTOS Podem ser cultivados in vitro e regenerar plantas completas;
São utilizados na obtenção de plantas híbridas, por fusão em cultura.
SOJA
Provavelmente é o alimento transgénico
que existe em maiores quantidades pelo
mundo (como o trigo).
A soja transgénica mais conhecida e
plantada é aquela que recebeu um gene
de uma bactéria que existe no solo
(Agrobacterium tumefaciens) e que lhe
confere resistência a herbicidas.
MILHO
É também conhecido por milho BT, pois
o gene inserido na planta provém de uma
bactéria chamada “Bacillus thuringiensis”.
Esta bactéria produz uma espécie de
“veneno” que mata os insetos após estes
se alimentarem do milho.
ALGODÃO
Produto transgénico comercializado, em que
as enzimas introduzidas oferecem uma maior
resistência contra larvas e contra herbicidas.
O objetivo desta produção é reduzir as
perdas de algodão devido a ataques de
insetos, e redução na utilização de
herbicidas.
ARROZ DOURADO
Possui dois genes retirados de narcisos e
um gene retirado de uma bactéria, estes
codificam uma substância chamada
betacaroteno, que é precursor da vitamina A.
Assim o arroz é fortalecido com vitamina A,
sendo considerado como uma vantagem
específica para os países subdesenvolvidos,
que tem uma fraca alimentação e carenciada
de vitaminas como esta.
CRIAÇÃO DE ANIMAIS
A criação de animais em espaços confinados e densamente
ocupados, como aviários e suiniculturas, permite produzir
grandes quantidades de carne em pouco tempo.
São, geralmente, administradas aos animais substâncias
com efeitos nefastos para a saúde humana (alergias,
resistências, desequilíbrios diversos):
Antibióticos – prevenção de doenças e inibição do
crescimento de bactérias da flora intestinal; os
nutrientes vão exclusivamente, para o crescimento do
animal.
Hormonas – aumento da produção de massa muscular,
conferindo ao animal maior peso.
Farinhas de origem animal – aumento da quantidade de
proteínas na alimentação do animal.
CRIAÇÃO DE ANIMAIS
CLONAGEM DE ANIMAIS
A clonagem de animais, como
ovelhas ou coelhos, pode ser
conseguida através de fecundação
in vitro seguida da divisão e
transferência de embriões.
As primeiras células que resultam da
divisão do zigoto são totipotentes e
podem ser separadas e cultivadas
em meio de cultura apropriado,
dando origem, cada uma delas, a um
embrião que é implantado no útero
de uma fêmea.
Esta técnica permite a seleção de
gâmetas de animais com
características vantajosas que, assim
vão originar numerosos
descendentes, num curto espaço de
tempo.
A generalização da clonagem animal
será acompanhada por uma perda de
variabilidade genética, que se traduz
numa menor capacidade de
adaptação da espécie às alterações
do ambiente.
CLONAGEM DE ANIMAIS
