botânica estrutural - raízes e nutrição vegetal

RaízesBotânica Estrutural

Prof. Juliano van Melis

Conteúdo

• Definição• Funções• Sistemas radiculares• Origem e Crescimento

Definição

Função!

• Fixação• Absorção• Condução• Armazenamento• Síntese de componentes do metabolismo

primário e secundário

Funções

É rizoma....

I. Sistemas Radiculares

A. PivotanteB. FasciculadoC. Biomassa epígea e hipógea

I. Sistemas Radiculares

A. PivotanteB. FasciculadoC. Biomassa epígea e hipógea

Raiz PrimáriaPivotante

Raiz lateral

Prosopis juliflora

I. Sistemas Radiculares

A. PivotanteB. FasciculadoC. Biomassa epígea e hipógea

I. Sistemas Radiculares

A. PivotanteB. FasciculadoC. Biomassa epígea e hipógea

Área de 4-7 vezes maior que a copa

A profundidade e área é dependente de:Umidade, temperatura e composição do solo

Sistemas Radicular x

Sistemas Caulinar

II. Origem e Crescimento

A. CoifaB. MucigelC. ColumelaD. Organização do ápice:

1. Aberto2. Fechado

E. Regiões da Raiz 1. Divisão Celular2. Alongamento celular3. Maturação

II. Origem e Crescimento

A. CoifaB. MucigelC. ColumelaD. Organização do ápice:

1. Aberto2. Fechado

E. Regiões da Raíz 1. Divisão Celular2. Alongamento celular3. Maturação

A. Coifa

A. CoifaB. Mucigel

CoifaMeristema

Apical

células

Protoderme

CórtexCórtex

Endoderme Endoderme

C.C.

C.C.: Cilindro Central

II. Origem e Crescimento

A. CoifaB. MucigelC. ColumelaD. Organização do ápice:

1. Aberto2. Fechado

E. Regiões da Raiz 1. Divisão Celular2. Alongamento celular3. Maturação

CoifaMeristema

Apical

células

Protoderme

CórtexCórtex

Endoderme Endoderme

C.C.

II. Origem e Crescimento

A. CoifaB. MucigelC. ColumelaD. Organização do ápice:

1. Aberto2. Fechado

E. Regiões da Raiz 1. Divisão Celular2. Alongamento celular3. Maturação

II. Origem e Crescimento

A. CoifaB. MucigelC. ColumelaD. Organização do ápice:

1. Aberto2. Fechado

E. Regiões da Raiz 1. Divisão Celular2. Alongamento celular3. Maturação

III. Estrutura Primária

Epiderme

Córtex

Endoderme

CILINDRO VASCULAR

III. Estrutura Primária

Endoderme

FloemaPrimário

periciclo

protoxilema

metaxilema

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pelos radiculares2. Micorrizas3. Raízes proteoides4. Nódulos (fixação de N)

B. Córtex1. Comunicação via plasmodesmos2. Comunicação via apoplastos/simplastos

C. Cilindro vascular1.Periciclo2. Xilema3. Floema

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pelos radiculares

Rizosferapelos radiculares + mucigel

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pêlos radiculares2. Micorrizas

A. Micorrizas ArbuscularesB. Ectomicorrizas

2. Micorrizas

Rizóbios = as hifas penetram na planta

2. Micorrizas

Ectomicorrizas

2. Micorrizas

Micorriza Arbuscular EctomicorrizaFungos Glomeromycota Basidiomicota

AscomicotaZygomicota

Ocorrência 85% das famílias de plantas vasculares

BetulaceaeDipterocarpaceaeMyrtaceaeFagaceaePinaceaeRosaceaeOrchidaceae

+ “micorrizas ericóides”

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pêlos radiculares2. Micorrizas3. Raízes proteoides

“cluster roots”

3. Raízes proteóides

Shane & Lambers. 2005. Plant Soil

↓ [P]

4. Nódulos

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pêlos radiculares2. Micorrizas3. Raízes proteóides

B. Córtex1. Comunicação via plasmodesmos2. Comunicação via apoplastos/simplastos

B. Córtex1. Comunicação via plasmodesmos

B. Córtex1. Comunicação via plasmodesmos2. Comunicação via apoplastos/simplastos

B. Córtex

B. Córtex

Floema

Xilema

Estrias de Caspary: Faixa integral da parede primária e da lamela mediana com suberina e lignina

Sem movimento apoplástico

B. Córtex

Endoderme + Exoderme (mais células com estrias de Caspary)

Algumas angiospermas

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pêlos radiculares2. Micorrizas3. Raízes proteóides

B. Córtex1. Comunicação via plasmodesmos2. Comunicação via apoplastos

C. Cilindro vascular1.Periciclo2. Xilema3. Floema

C. Cilindro Vascular

epiderme

córtex

Floema primário

xilema primário

endoderme

Câmbio vascular

periciclo

Local em que o felogênio diferenciará

1. Periciclo

• Composto por células parenquimáticas• Dá origem ao câmbio da casca ou felogênio

medula

protoxilema

metaxilema

Córtex

endoderme

periciclo

Floema primário

Epiderme

a – Diarca

b – Triarca

c – Tetrarca

d – Pentarca

e – Poliarca

IV. Crescimento Secundário

A. Felogênio1. Súber2. Feloderme

B. Câmbio vascular1. Floema secundário2. Xilema secundário

IV. Crescimento Secundário

Floema primário

Câmbio vascular

Xilema Primário

IV. Crescimento Secundário

Xilema Primário

Câmbio vascular

Floema Secundário

Floema primário

Floema primário

Floema primário

Floema Secundário

IV. Crescimento Secundário

Floema primário

Câmbio vascular

Floema Secundário

Xilema primário

Xilema Secundário

“fora”

“dentro”

FLOEMAXILEMA

IV. Crescimento Secundário

Periderme“fora”

“dentro”

SÚBERFELODERME

Câmbio da casca (Felogênio)

IV. Crescimento Secundário

V. Outros tipos de raízes

A. Raízes lateraisB. Raízes aéreasC. Raízes tuberosasD. HaustóriosE. Pneumatóforos

A. Raízes laterais

Lee et al. 2005PNAS

*potencial hídrico

Ω = -0.5

Ω = -10

Ω = -1.5

Ω = -3.5

Ω = -5

A. Raízes laterais

Lee et al. 2005PNAS

A. Raízes laterais

Lee et al. 2005PNAS

B. Raízes aéreas São produzidas por estruturas acima do solo

B. Raízes aéreas

Hemiepífita primária

Aróide

Bromélia-tanque

B. Raízes aéreas

C. Raízes tuberosas

D. Haustórios

TrifoliumCuscuta

D. Haustórios

E. Pneumatóforos

≠ Raízes aéreas. São raízes de aeração!

NUTRIÇÃO VEGETAL E SOLOS

Botânica Estrutural II

Conteúdo• Solo• Elementos essenciais• Funções dos elementos essenciais• Doenças de deficiência mineral• Disponibilidade Mineral e Solos• Metabolismo do Nitrogênio

Greda escura (matéria orgânica)

Solo - Horizontes

Greda clara

Greda argilosa

Rocha-mãe

K+ turgor e relações hídricasMg, Fe Citocromos e ClorofilaN, C reduzidos (C6H1206, NO3)

SoloMetabolismo vegetal: luz solar + elementos químicos (encontrados na água, solo e ar)• Nutrição mineral: proveniente da matriz de cristais do solo

• SOLO: rocha intemperizada + ar + água + biosfera

Insetos 670,000,000 /haArtropoda 1,880,000,000 /haBacteria 1,000,000,000 /haAlgae 100,000 – 800,000 /g de soloMinhocas 1,800,00,000 /ha

(990 kg)

Número de organismos no Solo

Elementos essenciais

Cultivo hidropônico

Se no cultivo um elemento X é deixado de fora e a planta não cresce, elemento X é essencial

SOLUÇÕES• Sachs: Nitrato de Cálcio Ca(NO3)2, Nitrato de Potássio KNO3,

Fosfato de Potássio KPO3 e Sulfato de Magnésio MgSO4:7H2O• Hoagland’s; Evan’s; etc

Elementos essenciaisMacronutrientes: Planta precisa de grandes quantidades

Carbono Compostos orgânicosOxigênio Compostos orgânicosHidrogênio Compostos orgânicosNitrogênio Aminoácidos, ác. Nucleicos, clorofilaPotássio Aminoácidos, balanço osmótico, enzima, movimento das

cél. Guarda e MóveisCálcio Enzimas (controle), componente da lamela média,

propriedades da membranaFósforo ATP, açúcares fosforilados, ác. Nucleicos, fosfolipídeos,

coenzimasMagnésio Clorofila, enzimasEnxofre CoA, alguns aminoácidos

0.1 %– 3%da massa seca

Elementos essenciaisMicronutrientes: Planta precisa de pequenas quantidades

Ferro Citocromos, nitrogenase, síntese da clorofilaCloro Desconhecido, possivelmente em reações que envolvem

liberação de oxigênioCobre PlastocianinaManganês Síntese da clorofila, atividade enzimáticaZinco Atividade enzimáticaMolibdênio Redução do NitrogênioBoro Desconhecido

Elementos essenciais

1. Deve ser necessário para a planta completar o seu ciclo de vida (flores e frutos);

2. Nenhum substituto pode ser efetivo;

3. O elemento deve agir dentro da planta

Deficiência mineralAvicena: glândulas de sal

Deficiência mineralsintomas

CLOROSE: perda de clorofila; amarelada; folhas ficam papiráceasNECROSE: morte de algumas partes teciduais

Clorosesintomas

↓N↓P

Necrosesintomas

↓K

Necrosesintomas

↓Mg

Deficiência mineral

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Disponibilidade Mineral e Solos• Tamanho da partículaAreia Grossa>Areia Fina>Silte>Argila• Capacidade de Campo [água retida]Areia Grossa<Areia Fina<Silte<Argila

Disponibilidade Mineral e Solos

Disponibilidade Mineral e Solos

Carga negativa da superfície das partículas do solo

Disponibilidade Mineral e SolosSolos (alguns) de regiões tropicais solos extremamente ácidos

Disponibilidade Mineral e Solos

Disponibilidade Mineral e Solos

CEC: Capacidade de Troca Catiônica

Disponibilidade Mineral e Solos

Endoderme das raízes previne difusão descontrolada de minerais para dentro do xilema

Disponibilidade Mineral e Solos Micorrizas e a absorção de Fósforo

Sem micorriza Com micorrizas

Metabolismo do Nitrogênio

N2 : atmosfera

1. Fixação do Nitrogênio;2. Redução do Nitrogênio;3. Assimilação do Nitrogênio.

É o segundo elemento mais importante para plantas (1° Carbono)Em condições naturais, o Nitrogênio é um composto limitante

Metabolismo do Nitrogênio

1. Fixação do Nitrogênio Descargas elétricas3-4%

Metabolismo do Nitrogênio

1. Fixação do Nitrogênio Fertilização antrópica50 Tg N /ano

Metabolismo do Nitrogênio

1. Fixação do Nitrogênio Fixação biológica211 Tg N /ano

NITROGENASE: N2 (Oxidação = 0) Oxidação = -3 100,000-300,000 daltons, 15-20 Fe + 1-2 Mo. Ambiente anóxio

Nitrato NO3- N = + 5

Nitrito NO2- N = + 3

Amônia NH3N = - 3

Amônio NH4+ N = - 3

Amino (grupo dos aminoácidos) NH2N = - 3

Estado de Oxidação de Compostos Nitrogenados

água

Metabolismo do NitrogênioProcarionte PlantaCyanobacteria Anabaena Nostoc

AzollaCycas

Actinomycetes Frankia

BetulaceaeCasuarianaceaeEleagnaceaeMyriaceaeRhamnaceaeRosaceae

Eubacteria Rhizobium

FabaceaeUlmaceae

Colonização de bactérias fixadoras de N2

Nódulo radiculares

Metabolismo do Nitrogênio

2. Redução do NitrogênioEstado de oxidação +5 (NO3

-) para -3 (NH4+)

- - - - --

--

-

--

--

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-- -

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- - - - - --

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- -- -

NH4+

NH4+

NH4+

- - - - --

--

-

--

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-- -

--

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--

--

--

- - - - - --

---

- -- -

NH4+

NH4+

NH4+

NO3-

NO3-

NH4+

Metabolismo do Nitrogênio

2. Redução do NitrogênioEstado de oxidação +5 (NO3

-) para -3 (NH4+)

NO3-

NO2-

Nitrato-redutase

Nitrito (+3)

Nitrato (+5)

1° Passo

respiração NADH+ H+

respiração NAD+

FAD

FADH2

Mo5+

Mo6+

NO3-

NO2-

2H+

H2O

Metabolismo do Nitrogênio

2. Redução do NitrogênioEstado de oxidação +5 (NO3

-) para -3 (NH4+)

NO2-

NH4+

Nitrito-redutase

Amônio (+3)

Nitrito (+3)

2° Passo

Metabolismo do Nitrogênio

3. Assimilação do NitrogênioIncorporação do Amônio nas moléculas orgânicas

Metabolismo do Nitrogênio

Raiz

Ramo

sacarose

Metabolismo do Nitrogênio

1. AA2. Amônio3. Nitrato

Metabolismo do Nitrogênio

Metabolismo do Nitrogênio

Dionaea

Nepenthes

Drosera

Utricularia

Metabolismo do Nitrogênio

As plantas podem utilizar obter Nitrogênio através:

A. Aminoácidos: Utilização de Proteases (Comum em florestas boreais)

B. Amônio: Capilar radicular e micorrizas (importante em solos ácidos)

C. Nitrato: Pode ser armazenado em vacúolos

Utilização de Isótopos estáveis e razão C/N

Referências bibliográficas e Imagens

• Raven, PH. Biologia Vegetal (biblioteca)• Glimm-Lacy & Kaufman. Botany Illustrated (pdf)• McGraw-Hill. 2003. Stern- Introductory Plant

Biology 9th Ed. (djv)• Beck, C.B. An Introduction to Plant structure

and development (pdf)• Rudall, P. Anatomy of Flowering Plants (pdf)• internet