ecofisiologia: relação entre nutrição e fisiologia vegetal cláudio pagotto.pdf · banana musa...

Prof. Cláudio Pagotto Ronchi

Ecofisiologia:

Relação Entre Nutrição e

Fisiologia Vegetal

UFV

Junho/2016

Itupeva-SP

P

L

A

N

T

A

S

P

E

R

E

N

E

S

“Botânica: Organografia” (Vidal e Vidal, 2007)

Classificação das plantas quanto à longevidade:

Anual, bianual e perene:

“planta que perdura por mais de dois anos”.

Merriam-Webster´s Dictionary

(http://www.merriam-webster.com)

“planta que vive alguns ou muitos anos; planta

que tem ciclo de vida maior que dois anos.”

Planta Perene:

Nome comum Nome

científico

origem/áreas de cultivo

Café arábica Coffea

arabica

Etiópia: florestas tropicais de altitude;

sombreadas; baixa UR

Café robusta Coffea

canephora

Florestas tropicais úmidas da base do

Congo/África; sombreadas

Laranja/toranja

/limão/limas

Citrus spp. obscura; regiões úmidas tropicais ou

subtropicais da China/sudeste asiático;

sombra

Banana Musa spp. Regiões tropicais do sudeste asiático.

Consórcios. Não suporta temp. < 15°C

Mamão Carica

papaya

Terras baixas da América Central e sul

mexicano; caribe

Manga Mangifera

indica

Florestas do sul e sudeste da Ásia

Caracterização da origem (DaMatta, 2007)

Venda Nova do Imigrante-ES

Linhares-ESFonte: Incaper: http://hidrometeorologia.incaper.es.gov.br/

• Altas irradiâncias (verão)

• Altas temperaturas (verão)

• Deficit hídrico estacional (inverno)

• Deficit hídrico ocasional (veranicos)

• Nebulosidade maior no verão

• Flutuações da umidade relativa

• Fotoperíodo menor no inverno

Características climáticas sazonais das

regiões onde são cultivadas?

Elas têm suas respostas fisiológicas, de

crescimento, de desenvolvimento, e seu

ciclo de vida (que é longo) fortemente

associado a esse padrão sazonal climático,

respeitando suas origens evolutivas.

Culturas perenes:

É um ramo da

Botânica que estuda

o funcionamento

das plantas“como elas capturam e

transformam a energia e como elas

crescem e se desenvolvem”

Fisiologia Vegetal:

• São organismos do reino Plantae.

• São autótrofos, multicelulares, caracterizados

pela presença de clorofila e celulose.

Plantas

Autotofria (origem do grego):

autos = o próprio, sozinho

+

trophos = alimentar-se

Organismo capaz de sintetizar as substâncias

nutritivas por ele requeridas a partir de

substâncias inorgânicas obtidas do seu

ambiente, utilizando-se de uma fonte de energia

Equação geral

H2O + CO2

clorofila

C6H12O6

O2

• Produção de carboidrato

• Liberação de O2

Fotossíntese:

Qual a constituição

química de uma

planta?

Quais elementos

químicos formam a

matéria seca?

C - Carbono

H - Hidrogênio

O - Oxigênio

=

95%

Considerando-se

que 95% da

matéria seca das

plantas deriva da

fotossíntese,

conclui-se que a

produção depende,

direta ou

indiretamente, da

magnitude das

taxas fotossintéticas(KHANNA-CHOPRA, 2000)

...mas 5% da matéria seca de uma planta

é formada por elementos minerais!

95,07%

4,93%

Ronchi (dados não publicados)

(33° MAT) (57° MAT)

Elem. Min.

% d

e C

HO

ou

Ele

m. M

in.

na

co

pa d

o c

afe

eir

o

Catuaí Vermelho IAC

144

Plantio: jan/2010

coleta 1: out/12

coleta 24: set/14

Análise química

Café arábica

Ronchi et al. (dados não publicados)

Daqueles 4,93%, a participação de cada elemento é...

A planta não pode ser capaz de completar seu ciclo

de vida na ausência de um dado elemento mineral;

A função do elemento mineral não pode ser

substituída por outro elemento mineral;

O elemento deve estar envolvido diretamente no

metabolismo da planta (ex.: componente de um

constituinte essencial) ou deve ser requerido para

uma etapa metabólica especifca (ex.: reação

enzimática).

Critérios de essencialidade (Arnon & Stout, 1939)

Elemento mineral

essencialNutriente mineral=

Se esses elementos minerais essenciais

forem fornecidos à planta, assim como a

energia solar e água, elas podem sintetizar

todos os compostos necessários para o seu

crescimento e completar o seu ciclo de vida.

É o estudo de como as plantas obtêm

e utilizam os nutrientes minerais

• Intemperização de minerais

• Mineralização da M. orgânica

• Adubações suplementares

Funções

Absorção

Transporte

• Incorporados na estrutura, ou

• Armazenados no suco celular

Íons+ ou -

Nutrição mineral:

É a ciência das interrelações entre a

fisiologia da planta e o ambiente no

qual ela está inserida.

Merriam-Webster´s Dictionary

(http://www.merriam-webster.com)

Água no solo; UR; nutrientes minerais;

O2; CO2, vento, luz, temperatura, etc.

Ecofisiologia:

Plantas sob estresse temporátio vs permanente

Larcher, 2004

Crescimento

Desenvolvimento

Acúmulo de

matéria seca

Produtividade

Da capacidade de

aclimatação às

mudanças do

ambiente, e,

sobretudo, aos

estresses abióticos

D

E

P

E

N

D

E

Fotossíntese

Respiração

Transpiração

Absorção

Translocação

Luz

Água

Elementos

mineraisTemperatura

UR

Oxigênio

CO2

Fatores requeridos para o crescimento:

Luz CO2 Água Nutrientes minerais

O aumento de qualquer um desses fatores, a partir da zona de

deficiência, aumenta o crescimento e a produtividade.

(“Lei dos incrementos decrescentes” – Mitscherlich, 1954)

(Marschner, 1995)

Há uma estreita relação entre o crescimento

e produção das culturas e o teor de

nutrientes minerais em seus tecidos.

Importância da análise foliar como

ferramenta do diagnóstico nutricional das

plantas (ela mostra a real capacidade das

plantas em absorver os nutrientes do solo).

(Dr. André Guarçoni/ Incaper-ES)

Nutrição mineral

Aspectos quantitativos da absorção

Curva de resposta do crescimento em função da

concentração no tecido vegetal

(Larcher, 2004)

Funções dos nutrientes na planta

(Componente estrutural, papel no metabolismo,

ativadores enzimáticos, reguladores osmóticos)

Sintoma visualFolha velha Folha nova

Suprimento inadequado

Desordem fisiológica

(deficiência ou toxidez): análise foliar!

Depende da capacidade de translocação ou mobilidade no floema

Mobilidade dos elementos no floema (Fontes, 2001)

Alta (1) ou

Móvel (2)

Intermediária (1) ou

Variável (2)

Baixa (1) ou

Imóvel (2)

N (1,2)

P (1,2)

K (1,2)

Mg (1,2)

Na (1)

S (1)

Cl (1)

Zn (1,2)

Cu (1,2)

Mo (1,2)

Fe (1)

B (1)

S (2)

Ca (1,2)

Mn (1,2)

B (2)

Fe (2)

(1) Marchner (1995); (2) Smith e Loneragan (1997)

Fotossíntese

Estrutura

foliar

Célula

vegetal:

Fotossíntese

Transformação energia luminosa em energia química

Etapas da fotossíntese:

Tilacoides com clorofilas

Luz

“O sintoma de deficiência está ligado à função fisiológica e à

mobilidade do nutriente”

Clorofilas a

C55H72N4O5Mg

C55H70N4O6Mg

Clorofilas b

Espectro de absorção das clorofilas

Absorve

azul e

violeta

Reflete o

verde

Absorve o

vermelho

Sintomas: clorose

N: generalizada em folhas velhas

Mg: clorose internerval folhavelha

Sintomas: clorose

Fe: reticulada em folha nova

Etapa fotoquímica:PSII

Etapa fotoquímica:

PSI

“Janela” de entrada

do CO2 = Estômato

Saída de

água

Entrada

de CO2

Transpiração

Fábrica de

açúcar

Difusão do CO2 para interior da folha

• Deficit hídrico no solo

• Deficit hídrico na atmosfera (baixa UR)

Nos trópicos:

Alto DPV

Plantas perenes

têm baixa

condutividade

hidráulica

Taxa de assimilação líquida do carbono

Trocas gasosas: IRGA

am (-MPa)

0,04 0,65 1,43 1,96 2,82

gs

(mm

ol

H2O

m-2

s-1

)

0

5

10

15

20

25

30

A (

mol

CO

2 m

-2 s

-1)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

B

A

am (-MPa)

0,0 0,7 1,4 2,0 2,8

E (

mm

ol

H2O

m-2

s-1

)

0,0

0,7

1,4

2,0

2,8

C

Taxa

fotossintéticaTaxa

transpiratória

Abertura

estomática

Horário DPV(kPa) UR(%) Tar(°C)08:00 2,79 30,65 29,0911:30 4,52 19,70 34,7015:00 4,61 18,25 35,00

Ronchi et al.

Aumento do déficit hídrico

Fechamento

estomático

Déficit hídrico

Alta temperatura

Baixa UR do ar

Para reduzir a

transpiração(Castro et al., 2005)

Detalhe do estômato

Movimento estomático:

http://simbiotica.org/transporteplanta.htm

Função do K e do Cl

Movimento estomático:

Papel do K+ e da sacarose na abertura estomática

Abertura

estomática[sacarose]estômato

Ab

ert

ura

esto

máti

ca (

m)

Co

lora

çã

o d

e K

(% á

rea

)

[sacaro

se n

as c

élu

las g

uard

a)

Importância do K+ e da água para as plantas

Permite crescimento devido à pressão de turgor

Disponibilidade hídrica

Expansão celular

Crescimento da planta

Déficit hídrico em café

K+

K+

K+

Ciclo de

Calvin

Enzima:

Rubisco

• 20 a 30% do N total da

folha;

• A Rubisco é a proteína

solúvel mais abundante

no cloroplasto e

representa mais de 50%

das proteínas de uma

folha.

Etapa bioquímica:

“A concentração de N afeta a taxa

fotossintética”

Taxa fotossintética em resposta à luz, sob

deficiência de N (Marschner, 1995)

Papel do Mg na ativação da Rubisco

Em condições normais, a fotossíntese drena a energia absorvida


Escaldadura•Clorose: devido à

degradação da clorofila

•Necrose: devido à

morte celular

A folha absorve uma quantidade de energia

(solar) maior que a sua capacidade de utilizá-la.

Mesmo a folha tendo mecanismos de

fotoproteção, eles não conseguem dissipar o

excesso de energia, daí surge o dano oxidativo,

sobretudo naquelas plantas que recebem o sol da

tarde.

Cultivo por 1,5

ano, sob três níveis

de N: 2N, 1N, 0N.

Depois expos à

alta Irradiância

A resposta de “curto-prazo” à alta irradiância depende

do estado nitrogenado do cafeeiro

Ramalho et al.,

1997

Taxa de

assimilação

líquida de

carbono

Fotossíntese

máxima

- gs, TRE, Fv/Fm e

FSII reduziram,

com maior efeito

nas plantas

deficientes em N.

- NPQ aumentou

em plantas com

bom suprimento de

N (fotoproteção).

(Ramalho et al., 2000)

A resposta de aclimatação “longo-prazo” à alta

irradiância depende do estado nitrogenado do cafeeiro

O nível nitrogenado determina a

aclimatação às altas irradiâncias em

café, a curto e longo prazo

(Ramalho et al., 1997; 2000).

Importância do N

Suprimento inadequado de N (Carelli et al., 2006)

Redução na concentração de pigmentos

fotossintéticos, dos complexos protéicos da etapa

fotoquímica, das enzimas da fase bioquímica;

Redução nas taxa fotossintéticas;

Aumenta a sensibilidade à fotoinibição;

Baixa atividade da Rubisco;

Suprimento adequado de N ao

cafeeiro (Carelli et al., 2006)

Crescimento rápido: número folhas e de ramos, número de nós/ramo e de

gemas por nó (maior produtividade);

Alta correlação entre as taxas fotossintéticas máximas sob luz saturante e os

teores foliares de N;

Melhor performance fotossintética, sobretudo sob estresse (temperatura, luz,

água), tanto a curto e longo prazo (aclimatação);

Proteção contra estresse oxidativo;

Permite recuperar mais rápido de condição estressante (toda a maquinaria

fotossintética);

Aumento na eficiência do uso da água.

O equilíbrio nutricional ou o

estado nutricional adequado

seguramente determina o

desempenho fotossintético das

plantas, sobretudo em

condições de estresses.

Conclusão parcial:

Fatores que afetam a absorção

Internos Externos

-Potencial genético

-Estado iônico interno

-Intensidade do crescimento

-Intensidade do metabolismo:

(fotossíntese e respiração)

-Intensidade da transpiração

-Morfologia de raízes

-Disponibilidade na solução

do solo (fórmula química e

concentração)

-pH (efeito direto e indireto)

-Aeração e umidade

-Temperatura

-Interações iônicas

Estado nutricional e

absorção de nutrientes:

O estado nutricional de uma planta está

intimamente ligado à absorção!

Crescimento do caule do conilon

Taxa de crescimento varia com a época do ano

0.00.51.01.52.02.53.03.54.0

M J J A S O N D J F M AMeses

Cre

sc. ra

mo

(m

m d

ia-1

)

nao irrigado

irrigado

Taxa crescimento ramo plagiotrópico - Linhares

(Silveira et al., 1996)

Linhares-ESFonte: Incaper: http://hidrometeorologia.incaper.es.gov.br/

Fases da frutificação do café conilon

2 4 6 8 10 12 14 16 18

20 22 24 26 28 30 32 34 36

2 4 6 8 10 12 14 16 18

20 22 24 26 28 30 32 34 36

1- chumbinho

Semanas após florada

3- Granação 4- Maturação

2 4 6 8 10 12 14 16 18

2- expansão rápida

20 22 24 26 28 30 32 34 36

Florada

Inicio Set. Final de OutFinal de Dez

Meados de Mar Maio


Internos Externos





(fotossíntese/translocação/respiração)





concentração)

-pH e umidade

-Temperatura

-Aeração






Sistema

radicular

Parte aérea

Carboidrato

Translocação

“floema”

Carboidrato

Fotossíntese:

Translocação

“xilema”

Nutrientes

Energia = ATP

Absorção de

nutrientesRespiração

FloemaDreno

Translocação no floema

Dreno

água

sacarose

Translocação no floema

Sentido do movimento: fonte para o dreno

Fonte

Fonte

raízes

Frutos

Folhas

novas

Composição

química do

café (grão

verde)

Fonte: Encyclopedia

of Food Science,

Technology and

Nutrition - Academic

Press, 1993.

http://www.cafepoint.com.br/ca

deia-produtiva/cafe-saude/cafe-

e-composicao-quimica-

38703n.aspx

Glicose

CO2

Fonte

Dreno

Transporte no floema

pressão

pressão

Gradiente

de

pressão

Respiração


Internos Externos










concentração)

-pH e umidade

-Temperatura

-Aeração






Fatores que afetam a

absorção: externos

Temperatura: aumenta a taxa respiratória

Tx respiratória

Tx absorção K+

Tx absorção H2PO4-

Aeração:Para respiração mitocondrial (ATP):

(Marschner, 1995)

Transporte de

solutos através

da membrana

A disponibilidade

de carboidrato

determina a taxa

de transporte

Situação Fotossíntese Respiração Saldo de

carbono

Sem

estresse

Boa ou alta Normal +++++++

Estresse

moderado

Baixa Acima do

normal

+++

Estresse

severo

Muito baixa ou

nula

Alta ---------

Foto-

síntese

Respi-

ração

Fixa o

carbono

Libera o

carbono

Ganho de matéria seca = fotossíntese - respiração


Internos Externos





(fotossíntese e respiração)





concentração)

-pH (efeito direto e indireto)

-Aeração e umidade

-Temperatura


Cinética da absorção de íons (cinética de saturação)

Disponibilidade na solução do solo

(mmol L-1)

Taxa d

e a

bsorç

ão

(µm

olg

-1h

-1)

Influxo

máximo


Internos Externos










concentração)

-pH e umidade

-Temperatura

-Aeração






Morfologia da raiz (ápice radicular)

(Zonta et al., 2006)Fonte: Willie

Características morfofisiológicas da raiz

(Zonta et al., 2006)

Platô Azul

Tiros-MG

IAC 62 – 2010

Objetivo: investigar as

raízes de plantas

originadas de tubetes

Fevereiro

2015

Fatores que afetam o sistema

radicular: plasticidade1. Idade da planta e carga pendente (BRAGANÇA, 2005)

2. Tipo de irrigação e do manejo nutricional adotados (BARRETO et al., 2006)

3. Relação entre fonte e dreno (ALVES et al., 2011)

4. Método de formação de mudas (JESUS; CARVALHO; SOARES, 2006; PARTELLI

et al., 2006, 2014b; SILVA et al., 2010)

5. Características químicas do solo (MOTA et al., 2006)

6. Calagem em subsuperfície (RODRIGUES et al., 2001)

7. Práticas culturais (RENA; GUIMARÃES, 2000; RENA; DaMATTA, 2002)

8. Competição e das espécies de plantas daninhas (RONCHI et al., 2007)

9. Material genético (ALFONSI et al., 2005; BRAGANÇA, 2005; PINHEIRO et al.,

2005; SILVA et al., 2010; COVRE et al., 2013).

10. Densidade de plantio (CASSIDY; KUMAR, 1984; Ronchi et al., 2015)

linha de plantio

1

2

3

Projeção

da copa

Cultivares: IAC 144; IAC 62; IAC 32; IAC 1699-13

Espaçamentos: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8

Posições: entre plantas na linha; 0,25 e 0,5 m

Profundidades: 0,1; 0,2; 0,4 m

Amostragem

Coloração e digitalização

Processamento (Safira)

Massa de matéria seca (g cm-3)

Área total de raízes (mm2 cm-3)

Comprimento total (m cm-3)

Volume (mm3 cm-3)

Comprimento específico (m g-1)

Superfície específica (m2 kg-1)

Diâmetro médio ponderado (mm)

Quantidade

por volume

de solo

Qualidade

Características associadas à

morfologia

Efeito do cultivar, posição e profundidade na

morfologia radicular do cafeeiro

(Ronchi et al., 2015)

Efeito do espaçamento entre plantas

sobre morfologia radicular do cafeeiro

A redução do espaçamento aumenta a quantidade de raízes

por volume de solo, mas não altera sua qualidade

morfológica

profundidade de 10 cm

0,4 m entre plantas 0,8 m entre plantas


Internos Externos










concentração)

-pH e umidade

-Temperatura

-Aeração






(Fernandes e Souza, 2006)

Fluxo radial de íons até o

xilema

Transpiração

(Tensão)

Acúmulo de matéria seca

Catuaí Vermelho IAC 144

Terceira safra - fertirrigadoRonchi: dados não publicados

da parte aérea:

306 g/planta/mês

de frutos:

235 g/planta/mês

Taxa de crescimento


Terceira safra - fertirrigado

Acúmulo de Nitrogênio

Ronchi: dados não publicados

Parte aérea

folhasFrutos



Teor de Nitrogênio


folhas

Frutos



Acúmulo de Cálcio

Parte aérea

folhas

Frutos


folhas

Frutos

Teor de Cálcio


Terceira safra - fertirrigadoRonchi: dados não publicados

Função do Ca?

• Constitui lamela média

• Rigidez da parede

• Estabiliza as membranas

Consideração final

Atmosfera

Planta

Solo

N

Fotossíntese

Cu

P

Mn

K

SZn

Ca

Mg

Fe

B

Matéria

seca

I

N

T

E

R

A

Ç

Õ

E

S

E

C

O

F

I

S

I

O

L

Ó

G

I

C

A

S

Tempo

M

A

N

E

J

O

Obrigado!

“Uma das causas do fracasso na vida é deixar para amanhã o que se

pode fazer hoje, e depois, fazer tudo apressadamente”

(Sabedoria popular)

Prof. Cláudio Pagotto Ronchi

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