botânica estrutural - raízes e nutrição vegetal

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Raízes Botânica Estrutural Prof. Juliano van Melis

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Aula sobre Sistema radicular e nutrição mineral em plantas.

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Page 1: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

RaízesBotânica Estrutural

Prof. Juliano van Melis

Page 2: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Conteúdo

• Definição• Funções• Sistemas radiculares• Origem e Crescimento

Page 3: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Definição

Função!

Page 4: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

primário e secundário

Funções

Page 5: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

É rizoma....

Page 6: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

I. Sistemas Radiculares

A. PivotanteB. FasciculadoC. Biomassa epígea e hipógea

Page 7: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

I. Sistemas Radiculares

A. PivotanteB. FasciculadoC. Biomassa epígea e hipógea

Raiz PrimáriaPivotante

Raiz lateral

Page 8: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Prosopis juliflora

Page 9: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

I. Sistemas Radiculares

A. PivotanteB. FasciculadoC. Biomassa epígea e hipógea

Page 10: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 11: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal
Page 12: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Sistemas Radicular x

Sistemas Caulinar

Page 13: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

II. Origem e Crescimento

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

1. Aberto2. Fechado

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

Page 14: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

II. Origem e Crescimento

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

1. Aberto2. Fechado

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

Page 15: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

A. Coifa

Page 16: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

A. CoifaB. Mucigel

CoifaMeristema

Apical

células

Protoderme

CórtexCórtex

Endoderme Endoderme

C.C.

C.C.: Cilindro Central

Page 17: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal
Page 18: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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.

Page 19: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

II. Origem e Crescimento

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

1. Aberto2. Fechado

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

Page 20: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

II. Origem e Crescimento

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

1. Aberto2. Fechado

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

Page 21: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

III. Estrutura Primária

Epiderme

Córtex

Endoderme

CILINDRO VASCULAR

Page 22: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

III. Estrutura Primária

Endoderme

FloemaPrimário

periciclo

protoxilema

metaxilema

Page 23: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 24: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pelos radiculares

Rizosferapelos radiculares + mucigel

Page 25: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pêlos radiculares2. Micorrizas

A. Micorrizas ArbuscularesB. Ectomicorrizas

Page 26: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

2. Micorrizas

Rizóbios = as hifas penetram na planta

Page 27: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

2. Micorrizas

Ectomicorrizas

Page 28: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

2. Micorrizas

Micorriza Arbuscular EctomicorrizaFungos Glomeromycota Basidiomicota

AscomicotaZygomicota

Ocorrência 85% das famílias de plantas vasculares

BetulaceaeDipterocarpaceaeMyrtaceaeFagaceaePinaceaeRosaceaeOrchidaceae

+ “micorrizas ericóides”

Page 29: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pêlos radiculares2. Micorrizas3. Raízes proteoides

“cluster roots”

Page 30: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

3. Raízes proteóides

Shane & Lambers. 2005. Plant Soil

↓ [P]

Page 31: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

4. Nódulos

Page 32: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pêlos radiculares2. Micorrizas3. Raízes proteóides

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

Page 33: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

B. Córtex1. Comunicação via plasmodesmos

Page 34: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 35: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

B. Córtex

Page 36: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

B. Córtex

Floema

Xilema

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

Sem movimento apoplástico

Page 37: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

B. Córtex

Endoderme + Exoderme (mais células com estrias de Caspary)

Algumas angiospermas

Page 38: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

III. Estrutura Primária

A. Epiderme1. Pêlos radiculares2. Micorrizas3. Raízes proteóides

B. Córtex1. Comunicação via plasmodesmos2. Comunicação via apoplastos

C. Cilindro vascular1.Periciclo2. Xilema3. Floema

Page 39: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

C. Cilindro Vascular

epiderme

córtex

Floema primário

xilema primário

endoderme

Câmbio vascular

periciclo

Local em que o felogênio diferenciará

Page 40: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 41: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

IV. Crescimento Secundário

A. Felogênio1. Súber2. Feloderme

B. Câmbio vascular1. Floema secundário2. Xilema secundário

Page 42: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

IV. Crescimento Secundário

Floema primário

Câmbio vascular

Xilema Primário

Page 43: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

IV. Crescimento Secundário

Xilema Primário

Câmbio vascular

Floema Secundário

Floema primário

Floema primário

Floema primário

Floema Secundário

Page 44: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

IV. Crescimento Secundário

Floema primário

Câmbio vascular

Floema Secundário

Xilema primário

Xilema Secundário

“fora”

“dentro”

FLOEMAXILEMA

Page 45: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

IV. Crescimento Secundário

Periderme“fora”

“dentro”

SÚBERFELODERME

Câmbio da casca (Felogênio)

Page 46: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

IV. Crescimento Secundário

Page 47: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

V. Outros tipos de raízes

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

Page 48: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

A. Raízes laterais

Lee et al. 2005PNAS

Page 49: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

*potencial hídrico

Ω = -0.5

Ω = -10

Ω = -1.5

Ω = -3.5

Ω = -5

Page 50: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

A. Raízes laterais

Lee et al. 2005PNAS

Page 51: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

A. Raízes laterais

Lee et al. 2005PNAS

Page 52: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

B. Raízes aéreas São produzidas por estruturas acima do solo

Page 53: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

B. Raízes aéreas

Hemiepífita primária

Page 54: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Aróide

Bromélia-tanque

Page 55: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal
Page 56: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

B. Raízes aéreas

Page 57: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

C. Raízes tuberosas

Page 58: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

D. Haustórios

TrifoliumCuscuta

Page 59: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

D. Haustórios

Page 60: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal
Page 61: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

E. Pneumatóforos

≠ Raízes aéreas. São raízes de aeração!

Page 62: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

NUTRIÇÃO VEGETAL E SOLOS

Botânica Estrutural II

Page 63: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 64: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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)

Page 65: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 66: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 67: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 68: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 69: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 70: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralAvicena: glândulas de sal

Page 71: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralsintomas

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

Page 72: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Clorosesintomas

↓N↓P

Page 73: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Necrosesintomas

↓K

Page 74: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Necrosesintomas

↓Mg

Page 75: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineral

Page 76: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Page 77: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Page 78: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Page 79: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Page 80: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Page 81: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Page 82: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Page 83: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Deficiência mineralElementos móveis e imóveis

Imóveis: Boro, Cálcio e Ferro

Móveis: Cl, Mg, N, P, K e S

Page 84: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 85: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Disponibilidade Mineral e Solos

Page 86: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Disponibilidade Mineral e Solos

Carga negativa da superfície das partículas do solo

Page 87: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 88: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Disponibilidade Mineral e Solos

Page 89: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Disponibilidade Mineral e Solos

CEC: Capacidade de Troca Catiônica

Page 90: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Disponibilidade Mineral e Solos

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

Page 91: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Disponibilidade Mineral e Solos Micorrizas e a absorção de Fósforo

Sem micorriza Com micorrizas

Page 92: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 93: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

1. Fixação do Nitrogênio Descargas elétricas3-4%

Page 94: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

1. Fixação do Nitrogênio Fertilização antrópica50 Tg N /ano

Page 95: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 96: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do NitrogênioProcarionte PlantaCyanobacteria Anabaena Nostoc

AzollaCycas

Actinomycetes Frankia

BetulaceaeCasuarianaceaeEleagnaceaeMyriaceaeRhamnaceaeRosaceae

Eubacteria Rhizobium

FabaceaeUlmaceae

Page 97: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Colonização de bactérias fixadoras de N2

Nódulo radiculares

Page 98: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

2. Redução do NitrogênioEstado de oxidação +5 (NO3

-) para -3 (NH4+)

- - - - --

--

-

--

--

---

--

---

---

-- -

--

--

---

--

--

--

- - - - - --

---

- -- -

NH4+

NH4+

NH4+

- - - - --

--

-

--

--

---

--

---

---

-- -

--

--

---

--

--

--

- - - - - --

---

- -- -

NH4+

NH4+

NH4+

NO3-

NO3-

NH4+

Page 99: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 100: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

2. Redução do NitrogênioEstado de oxidação +5 (NO3

-) para -3 (NH4+)

NO2-

NH4+

Nitrito-redutase

Amônio (+3)

Nitrito (+3)

2° Passo

Page 101: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

3. Assimilação do NitrogênioIncorporação do Amônio nas moléculas orgânicas

Page 102: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

Raiz

Ramo

sacarose

Page 103: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal
Page 104: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

1. AA2. Amônio3. Nitrato

Page 105: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

Page 106: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Metabolismo do Nitrogênio

Page 107: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Dionaea

Page 108: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Nepenthes

Page 109: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Drosera

Page 110: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

Utricularia

Page 111: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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

Page 112: Botânica Estrutural - Raízes e Nutrição vegetal

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