fisiologia vegetal e ecofisiologia: fotossíntese

TEMA: FOTOSSÍNTESEENGENHEIRO AGRÔNOMO: JOSÉ LEANDRO SILVA DE ARAÚJO.Fone: (091) 98036-3885E-mail: agro_leandro17@hotmail.com

Índice INTRODUÇÃO CÉLULA VEGETAL ESTRUTURAS ENVOLVIDAS NA FOTOSSÍNTESE ESPECTRO DE ABSORÇÃO DE LUZ UNIDADES FOTOSSINTÉTICAS PIGMENTOS FOTOSSINTÉTICOS ETEPAS E PROCESSOS DA FOTOSSINTÉTICOS (FOTOQUÍMICO, DIFUSIVO E

BIOQUÍMICO) ECOFISIOLOGIA DA FOTOSSÍNTESE FATORES LIMITANTE EXTERNOS, INTERNOS E OUTROS FATORES

INTRODUÇÃOCONCEITO:

Fisiologia vegetal é ramo da botânica que trata dos fenômenos vitais que ocorrem nas plantas, ou seja, como funciona os vegetais (AMABIS, 2004).

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BOTÂNICA

CITOLOGIA

Fisiologia vegetal

HISTOLGIA BIOLOGIA

NUTRIÇÃO MINERAL DE PLANTAS

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CONCEITO:Fotossíntese (do grego PHOTOS: LUZ; SYNTIHANAY: PRODUÇÃO) é o processo celular pelo qual os seres autróficos produzem substâncias orgânicas, através de substâncias inorgânicas. (AMABIS, 2004)

INTRODUÇÃO

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INTRODUÇÃOSíntese de compostos orgânicos, a partir de compostos inorgânicos simples (CO2 e H2O) na presença da luz.

Fonte de energia de todos os seres vivos (direta ou indiretamente), onde a fonte primária de energia é o sol.

Responsável pela manutenção da vida na terra: O2

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CÉLULA VEGETAL

FIGURA-1: Esquema de uma célula vegetal.Fonte: Infoescola.

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ESTRUTURAS ENVOLVIDOS NA FOTOSSÍNTESE

Célula clorofilada

Membrana do tilacóide

Esquema da molécula de

clorofila

Folha

Granum

Parede celular

Cloroplasto

Membrana externa

Membrana interna

Tilacóide

GranumEstroma

DNA

Núcleo

VacúoloCloroplasto

Tilacóide

Complexo antena

FIGURA-2: Esquema das estruturas das fotossíntese.

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Espectro de absorção de luz

Luz visível

Violeta azul verde amarelo laranja vermelho

Ultravioleta

Raios X

Raios Gama Ondas de rádio

e TVMicroondas

Infravermelhos

Comprimentode Onda

Freqüência (Hz)

1021 1018 1016 7. 1014 4 . 1014 1012 1010 104

0,1nm 10nm 100nm 400------740nm 10mm 50mm 100mm

Unidades:mm: 10-6 mnm: 10-9 mA: 10-10 m

FIGURA-3: Espectro de luz branca

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Espectro de absorção de luz

Para ocorre a fotossíntese precisa-se de estimulo luminoso para transferências de elétrons no complexo da antena.

FIGURA-3: absorção de luz pelos pigmentos fotossíntetico

ClorofilaB

ClorofilaAClorofila

B

ClorofilaA

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UNIDADES FOTOSSINTÉTICAS

AS UNIDADES FOTOSSINTÉTICAS SÃO GRUPOS DE PIGMENTOS QUE UTILIZAM A TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA DE EXCITAÇÃO.

Estrutura: ANTENA, CENTRO DE REAÇÃO, APRISIONADOR e CLOROFILA.

EXISTEM DUAS UNIDADES FOTOSSINTÉTICAS: FOTOSSISTEMA I E FOTOSSISTEMA II.ELES FUNCIONAM EM SÉRIE, ABSORVEM LUZ E TRANSFEREM ELÉTRONS UM PARA O OUTRO, ATRAVÉS DE REAÇÕES QUÍMICAS (REAÇÕES DE ÓXIDO-REDUÇÃO)

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Centro de reação

Aceptorde elétrons

Doador de elétrons

Fóton

clorofila

FOTOSSISTEMA I – P700 700nmFOTOSSISTEMA II – P680 680nm

Membrana do tilacóide

Complexo antena

FIGURA-4: Do complexo antera

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PIGMENTOS FOTOSSÍNTETICOS

Clorofila a: Responsável pelo transporte de elétrons, e por fazer a conversão de energia luminosa em energia química.

Clorofila b: Não é capaz de transformar energia luminosa em energia química, atua como pigmento acessório da fotossíntese.

A sua função é captar as energias dos elétrons, e passar para clorofila a, é também a aumentar a absorção espectral da luz utilizado na fotossíntese (luz azul)

Carotenoides: São pigmentos de cor amarelo, laranja e vermelho, sendo a sua principal função é o fator de proteção, dissipando o excesso de energia luminosas que poderiam danificar as moléculas de clorofilas

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ETAPA E PROCESSOS DA FOTOSSINTÉTICOS

A FOTOSSÍNTESE OCORRE EM DUAS ETAPA: ETAPA ESCURA. ETAPA CLARA.

EM 3 PROCESSO: PROCESSO FOTOQUÍMICO (ETAPA

CLARA) PROCESSO DIFUSIVO (ETAPA CLARA) PROCESSO BIOQUÍMICO (ETAPA

ESCURA)

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ETAPA CLARA, PROCESSOS FOTOQUÍMICO

ESSE PROCESSO OCORRE NA MEMBRANAS DOS TILACÓIDES.

Moléculas de clorofila absorvem luz

FOTÓLISE DA ÁGUA

TRANSPORTE DE ELÉTRONS = NADPH2

PRODUÇÃO DE ATP - (Fotofosforilação cíclica e acíclica).

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ETAPA CLARA, PROCESSOS FOTOQUÍMICO

FIGURA-5: Esquema Z da fotossíntese.

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ETAPA CLARA, PROCESSOS FOTOQUÍMICO

FIGURA-6: Esquema Z da fotossíntese.

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VERMELHA

VERMELHA

FIGURA-7: Esquema Z da fotossíntese.

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ETAPA CLARA, PROCESSOS DIFUSIVO

É a etapa de difusão do co2 do ar para o interior dos cloroplastos das folhas. [ CO2 ] CLOROPLASTO

[ CO2 ] AR

FIGURA-8: Esquema Z da fotossíntese.

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ETAPA ESCURA, PROCESSOS BIOQUÍMICO É o processo onde a energia química produzida pelo

processo fotoquímico (ATPs e NADPH) é utilizada para incorporar o co2 atmosférico.

Local= estroma Fixação o carbono ( Co2 ). Só dos H2 conduzidos pelo NADPH e do ATPS PRODUÇÃO DE triose-fosfato (carboidrato). Ciclo C3, C4 e CAM.

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feijão

Soja

ETAPA ESCURA, PROCESSOS BIOQUÍMICO (C3)

O ciclo de Calvin opera em três fase:(1) Carboxilação, (2) Redução,(3) Regeneração.

A principal enzima: RUBP-carboxilase (RUBISCO)

A RUBISCO TEM AFINIDADE COM GÁSCARBONICO E GÁS OXIGÊNIO

FIGURA-:Ciclo De Calvin-Benson (Ciclo C3).

Ciclo C3

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CICLO DE CALVIN

Fonte:http://www.netxplica.com/figuras_netxplica/exanac/ciclo.calvin.completo.1.png

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ETAPA ESCURA, PROCESSOS BIOQUÍMICO As plantas C4 são adaptadas:a) A grandes extremos de intensidade de luz. b) Grandes temperaturas.c) Secas.d) O CO2 apresenta maior afinidade pela enzima PEP-carboxilase (PEP-case) que a enzima RUBP-carboxilase (RUBISCO) do ciclo de Calvin.E) A enzima PEP-case não tem afinidade com oxigênio.

FIGURA-5: Plantas C4:

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Milho

Cana-de-açúcar

FIGURA-:Ciclo de Hartc & Slack (Ciclo C4).

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Plantas C4 apresentam uma grande vantagem em relação às plantas C3 porque o CO2, fixado pela via C4, é essencialmente “bombeado” das células do mesófilo para as células da bainha vascular.

+ PEP carboxilase, - rubisco

- PEP carboxilase, + rubisco

Ciclo C4

21As plantas C4 apresenta 2 tipos distintos de células fotossintetizantes, as células da bainha perivascular e as células do mesófilo

As células do mesófilo, mais externas e adjacentes à epiderme da folha, contêm a enzima fosfoenolpiruvato carboxilase (PEP carboxilase), sendo, entretanto, desprovidas de rubisco.

As da bainha perivascular, mais internas e adjacentes ao tecido vascular, são, ao contrário das anteriores, dotadas de rubisco e desprovidas de PEP carboxilase.

ETAPA ESCURA, PROCESSOS BIOQUÍMICO

CICLO DAS CRASSULÁCEAS (CICLO CAM OU MAC)As crassuláceas apresentam as seguintes características: Absorvem CO2 no escuro, com os estômatos abertos durante a noite (Fotossíntese

Noturna) Apresentam uma produção diária de ácidos orgânicos (ácido málico) Suas folhas apresentam poucos espaços intercelulares; Cutículas e paredes celulares espessas; Estômatos especializados e relação superfície/volume muito baixa. São plantas característico de lugares secos (caatinga) Não perdem Co2 para atmosfera.

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FIGURA: plantas xerófitas

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Ecofisiologia

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PRINCÍPIO DO FATOR LIMITANTE

Quando um processo é influenciado por DIVERSOS FATORES que agem isoladamente, a velocidade do processo fica limitada pelo fator que está em MENOR ou MAIOR intensidade.

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FATORES QUE INFLUÊNCIAM NA FOTOSSÍNTESE

FATORES EXTERNOS:

LUZ

CO2

TEMPERATURA

ÁGUA

OXIGÊNIO

FATORES INTERNOS:

IDADE DA FOLHA

ESTRUTURA DA FOLHA

DISTRIBUIÇÃO DE ESTÔMATOS

ARQUITETURA FOLIAR

OUTROS:

FERTILIDADE DO SOLO

DOENÇAS E PRAGAS

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Fatores externos

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LuzO efeito de radiação é o determinante básico do crescimento das plantas através dos seus efeitos sobre a fotossíntese e outros processos fisiológicos, como a transpiração..

A absorção e a utilização fotossintética da energia radiante pela comunidade vegetal estão relacionadas com a quantidade de energia recebida pelas folhas de forma individual, e pelas plantas como um todo.

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Luz PONTO DE COMPENSAÇÃO LUMINOSO

É a intensidade de luz onde a velocidade de fotossíntese é igual velocidade de respiração. A planta produz e gasta a mesma quantidade de carboidratos, não realiza trocas gasosas com o meio, isto é, todo o O2 é gasto e todo CO2 é gasto.

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Para ocorre a fotossíntese precisa-se de estimulo luminoso para transferências de elétrons no complexo da antena.

ClorofilaB

ClorofilaAClorofila

B

ClorofilaA

TemperaturaAs vias metabólicas são catalisadas por enzimas, que tem sua ação afetada pela temperatura.

Com isso taxas de crescimento e acúmulo de matéria seca, além de diversos outros processos irão variar com a variação da temperatura durante o dia.

Altas temperaturas causam a fotorrespiração.

TEMPERATURA FOTOSSÍNTESE RESPIRAÇÃO 20 ºC 100% 12% 48 ºC 0% 100%

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Concentração de Co2 Sem vento: A fotossíntese decresce (camada limitrofe).

Com vento: A fotossíntese aumenta em torno de 20% (maior concentração de CO2 ao redor das folhas).

Fertilização artificial com CO2 em estufas ocorreu o aumento da produção, acima disso provoca efeito tóxico.

Desvantagens do efeito tóxico: diminui a fotossíntese por causa do fechamento dos estômatos (acidificação do mesófilo).

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Água Falta de água provoca diminuição da fotossíntese, principalmente

pelo fechamentos dos estômatos, onde a entrada de CO2 fica impedida. Estas deduções são acentuadas, e a fotossíntese cessa no P.M.P

Em condições de campo, muitas plantas cessam a fotossíntese nas horas mais quentes do dia, devido ao fechamento estomático, provocado pelo aumento muito grande da perda de água por transpiração, não compensado pela taxa de absorção da água, fenômeno este chamado de MURCHA TEMPORÁRIA.

Hidrolise da água dentro da planta.

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Figura. Variação diária da fotossíntese em batateira, mostrando a redução da fotossíntese ao redor das 12 horas (MURCHA TEMPORÁRIA OU DÉFICIT DO MEIO DIA).

FOTOSSÍNTESE

6 12 18HORAS DO DIA

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OxigênioEm muitas plantas o aumento de concentração de oxigênio diminui a taxa de fotossíntese líquida, provavelmente pelo aumento na atividade fotorrespiratória (C3).

Outras espécies de plantas terrestres, como o milho, a cana de açúcar e o sorgo, não apresentam este efeito (Plantas C4).

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Fatores internos

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Idades das folhas

A fotossíntese aumenta até a maturidade das folhas ou um pouco depois, a partir daí declina fortemente com a idade, tanto em plantas perenes quanto as de ciclo curto.

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Figura. Variação da fotossíntese em folhas em função de sua idade fisiológica.

JOVEM MADURA SENIL

FOTOSSÍNTESE

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Estruturas das folhas Tamanho, posição e eficiência dos estômatos. Espessura da cutícula. Distribuição e eficiência do sistema vascular. Folhas de sol e folhas de sombra. Translocação dos fotoassimilados.

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Estruturas das folhas

Por arquitetura foliar entende-se a sua disposição e ângulo de inclinação que fazem com o solo.

Arquitetura que permita uma maior penetração de luz na cultura, de modo a evitar o autossombreamento, aumenta a produção.

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Outros fatores

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Fertilidade do soloA falta de qualquer elemento essencial no solo alterará indiretamente a atividade fotossintética.

Deficiências de certos elementos específicos, tais como N e Mg, constituintes das clorofilas, e de Fe, essencial à sua síntese, provocarão uma maior diminuição na fotossíntese.

Deficiência de N, Mg, Fe e S produzem diminuições na fotossíntese antes mesmo do aparecimento dos sintomas visuais.

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Pragas e doenças O ataque de pragas e doenças diminui

a área foliar. Insetos picadores e lagartas.

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Pela atenção de todos, muito obrigado!