botânica estrutural - raízes e nutrição vegetal
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Aula sobre Sistema radicular e nutrição mineral em plantas.TRANSCRIPT
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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- - - - - --
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- -- -
NH4+
NH4+
NH4+
- - - - --
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-
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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