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LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil
Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php
As adaptações das plantas às condições do cerrado brasileiro
Aluna: Carolina GrandoOrientador: Giancarlo Conde Xavier Oliveira
Introdução Condições físicas do ambiente Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Cerrado Características do bioma
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado Cerrado
Introdução Condições Físicas do Ambiente
Condições físicas: temperatura, disponibilidade de água, radiação solar, pH
Diversidade de organismos
Evolução sob diferentes pressões ambientais Ricklefs, 2003
Introdução Condições Físicas do Ambiente
Plantas: sésseis (exploração de recursos pontual)
Evolução das Plantas: condições físicas agem como principais pressões seletivas à evolução
Distribuição das espécies pela Terra Ricklefs, 2003
Introdução Condições Físicas do Ambiente
Biomas: formas vegetais dominantesAdaptações Coutinho, 2008
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Adaptações evoluem pela ação da seleção natural- Caracteres que apresentam variabilidade genética herdável
- Organismos com diferentes aptidões
↓ T (˚C)
→ →
↓ T (˚C)
Antes da Seleção Depois da Seleção Antes da Seleção Depois da Seleção
→
Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Adaptações evoluem pela ação da seleção natural
→ . . .
Evolução ocorre por outros processos: deriva genéticaNem toda evolução ocorre por seleção natural, mas toda a evolução adaptativa, sim
→Antes da Seleção Depois da Seleção
↓ T (˚C)
→↓ T (˚C)
Evolução
Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Qual a unidade de seleção? - Adaptações ocorrem ao nível do indivíduo - herdabilidade
- Entidades ajustadas pela seleção natural: Genes
- Têm longa duração
- Não são fragmentados pela meiose e pela recombinação
Adaptações beneficiam o indivíduo - a reprodução dos genes é maximizada por ser associada à reprodução dos organismos
Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa
- Teoria de Fisher: Gradual – pequenos passos vantajosos ao longo do tempo (mutações de pequeno efeito fenotípico)
Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa
- Teoria não é válida para organismos distantes do pico adaptativo
- Kimura (1983)
- Orr (1998): 2˚ e 3˚ fatores- Mutações de grande efeito fenotípico → mutações de pequeno efeito
Taxa de Substituição de Mutações
=Probabilidade do surgimento de mutações
Probabilidade das mutações serem vantajosas
X XVantagem seletiva
Teoria de Fisher nunca foi totalmente acolhida ou descartadaRidley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Como reconhecer as adaptações? - Valor adaptativo (fitness): medida de sucesso reprodutivo dos organismos
- Desvantagem: nem todas as características são mensuráveis, e algumas não são detectáveis estatísticamente
- Convergência adaptativa: organismos não-aparentados desenvolvem semelhanças fenotípicas, em resposta à condições ambientais comuns
Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Como estudar as adaptações?
- Método comparativo : comparar a forma ou a função de um órgão em diferentes tipos de espécies, no mesmo local ou entre diferentes localidades
- Comparar genes ou seqüências de DNA
- Método experimental: modificar a forma ou função do órgão, no mesmo ambiente ou em ambientes diferentes
Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
Seres vivos ajustados ao meio porque possuem adaptações para melhoria de sua sobrevivência e que favorecem sua reprodução
Enfoque errôneo: adaptação como relação de finalidade
- Pressupõe previsibilidade do processo evolutivo
- Adaptação resultante de seleção sob variação direcionada para a melhoria da adaptação
Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
- Adaptação como relação de causa e efeito
- Causa: condições físicas agem sobre as diferenças de sucesso reprodutivo das plantas - seleção sobre variação não-direcionada
- Efeito: evolução adaptativa - variantes que oferecem vantagens seletivas aumentam em freqüência na população ao longo do tempo
Adaptações existem porque são vantajosas Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
As adaptações são ajustes dos organismos aos ambientes presentes
Enfoque errôneo: organismos são ajustados por seleção natural em ambientes passados
As adaptações dos organismos não são perfeitas
Persistência: ambientes atuais tendem a ser similares aos do passado
Ridley, 2006
Introdução Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Plantas cultivadas
seleção artificial → Adaptação
seleção natural↓
Condições macroclimáticas e microclimáticas
Cerrado Características do bioma
Segundo maior bioma brasileiro
- 2.000.000 km2 (Ratter, 1997)
- Núcleo: 11 Estados
- Áreas disjuntas
Cerrado Características do bioma
Coutinho (1978): Complexo vegetacional- Floresta-ecótono-campo: cinco fitofisionomias- Dois estratos de vegetação: arbustivo-arbóreo
herbáceo-subarbustivo
Cerrado Características do bioma
Complexo vegetacional- Matas de galeria, veredas, murundus
Castro et al. (1999): 3.000 a 7.000 espécies- Arbustivo-arbóreo: 1.000 a 2.000 espécies - Herbáceo-subarbustivo: 2.000 a 5.000 espécies
Hot spots mundiais
Cerrado Características do bioma
Distribuição da vegetação
- Poucas espécies abundantes
- Grande endemismo
- Condicionantes:
- Condições climáticas
- Condições edáficas
- Efeitos do fogo
Castro et al, 1999, Coutinho, 2008
Cerrado Características do bioma
Condições climáticas
- Savana neotropical estacional
- Arbustos e gramíneas
- Temperaturas entre 20 a 27˚C
-Duas estações bem definidas (pluviosidade)
- Inverno seco (maio a setembro)
- Verão chuvoso (outubro a abril)
- Média anual: 1.200 a 1.800 mm
Klinka & Machado, 2005
Cerrado Características do bioma
Condições climáticas
Diagrama de Walter
- Estação seca: 4 a 5 meses
- Estação chuvosa: veranico
(1 a 2 meses)
5 a 7 meses de restrição de água
Cianciaruso et al., 2006
Cerrado Características do bioma
Condições climáticas
Assad, 1994
Cerrado Características do bioma
Condições edáficas
- Relevo: maciços de planaltos sedimentares e de cimeira, com superfície aplainada, com altitudes entre 300 e 1700 m
AB’ Saber, 2003
Microclima → distribuição local das vegetações
Cerrado Características do bioma
Condições edáficas
- Solos: geralmente profundos, porosos, altamente intemperizados, com baixa fertilidade e pH ácido
- Latossolos e Neossolos Quartzarênicos: 60% ocorrência
Reatto & Martins, 2005
Escleromorfismo oligotrófico
Cerrado Características do bioma
Efeitos do fogo
- Quantidade matéria seca/ sazonalidade chuvas
- Ocorrência: 40.000 anos A.P.
- Agosto e novembro
- Grande agente perturbação
- Mudanças na estrutura e composição florística
- Magnitude depende da freqüência
Salgado-Labouriau, 2005
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Razão raiz/parte aérea- Valores altos: sistema radicular desenvolvido
- Hoffmann & Franco (2003): 11 gêneros
Água das camadas profundas
Porte baixo da vegetação do cerradoHoffmann & Franco, 2003
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Translocação de fotoassimilados (raiz)- 6 gêneros
Formação de reservas (secas e queimadas)Hoffmann & Franco, 2004
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas subterrâneas- Raízes gemíferas
Vilhalva & Appezzato-da-Glória , 2006
- Xilopódio: caule subterrâneo
Reservas (rebrota fogo e seca)
Isostigma peuceudanifolium
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas subterrâneas- Rizoma (perfilhamento)
Coutinho, 2008
Rebrota (fogo e seca)
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas caulinares aéreas- Casca espessa : cortiça
- 10 gêneros
Hoffmann et al, 2003
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas do fruto
- Kielmeyera coriaceae: pericarpo espesso
- Text (fogo): 390 a 730˚C
- Tint: 62 ˚C (sem perder viabilidade)
- Deiscência dos frutos
↓
Cirne, 2002
Fogo: agente dispersor
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Estruturas foliares- Estômatos abaxiais, cutícula espessa, pilosidades
Mauro et.al., 2007
Reduzem perdas de água por transpiração
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Crescimento (baixa concentração de nutrientes)
- Ex: Diferentes concentrações (pH=4,0) KH2PO4, MgSO4.7H2O (pH=4,0)
Gomes & Shepherd, 2000
Sinningia allagophylla
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Acúmulo foliar de alumínio- Altos teores de Fe2+ e Al3+ → acumuladora
(Gomes & Shepherd, 2000; Haridasan, 2005)
Qualea parviflora Palicourea rigidaSinningia allagophylla
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Ajustamento osmótico- Assimilação de água pela planta depende do gradiente de potencial de água (solo – planta – atmosfera)
Água → menor potencial
Ψatmosfera < Ψsolo
Estresse hídrico
Ψsolo < Ψatmosférica ↓
- Fechamento estômatos
- Ajustamento osmótico → plantas cerradoMaior potencial
Menor potencial
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Ajustamento osmótico- Acúmulo intracelular de solutos na raiz
- Manutenção da turgescência celular sob baixo potencial hídrico do solo- Abertura dos estômatos (transpiração e fotossíntese)
Chaves Filho & Stacciarini-Seraphin, 2001
Solanum licocarpum
Adaptações das plantas Morfológicas e fisiológicas
Resistência plântulas à seca- Potencial Hídrico Foliar: 3 gêneros
Hoffmann & Franco, 2004
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Convergências adaptativas
Ambiente manteve-se semelhante por um grande período de tempo
Condições físicas → distribuição da vegetação e evolução
Condições climáticas
-Análises paleoecológicas
Salgado-Labouriau, 2005
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Condições climáticas
-Análises paleoecológicas
Salgado-Labouriau, 2005
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Condições climáticas
- Áreas disjuntas (similaridade florística)
- Espécies cogenéricas entre o cerrado e mata
Diferentes pressões ambientais → EspeciaçãoSalgado-Labouriau, 2005
Considerações finais Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Vegetação do cerrado é antiga
16 ciclos , 1,6 milhões anos
Considerações finais Cerrado
Redução do bioma
1950
2.000.000 km2
2002
900.000 km2 (45%)
Machado et al., 2004
Maior redução: São Paulo (85%)
Considerações finais Cerrado
Redução do bioma
- Expansão agropecuária desordenada
500.000 km2 100.000 km2
Klink & Machado, 2005
Considerações finais Cerrado
Maiores ameaças ao bioma
Brachiaria decumbens Melinis minutiflora
Klink & Machado, 2005; Pivello, 2007
Considerações finais Cerrado
Maiores ameaças ao bioma
Klink & Machado, 2005; Coutinho, 2008
Considerações finais Cerrado
Preservação e Conservação- Áreas protegidas: 2,2 %
- Conservação: Código Florestal → 20 %
Klink & Machado, 2005
32.776 ha 133.064 ha 65.514 ha 231.668 ha
Considerações finais Cerrado
Klink & Machado, 2005
Muito obrigada!!