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Bioclimatologia Vegetal
Prof. Dra. Adriana Dantas
UERGS, RS
Introdução
• As plantas são transformadoras primárias de energia solar através da fotossíntese.
• A eficiência da fotossíntese é fator determinante da produtividade agrícola
• É determinada em termos de conversão de energia solar ou fitomassa total ou em produtos úteis
• Eficiência fotossintética ativa = RFA, 400 a 700 nm
Fatores da Produção VegetalFatores da Produção Vegetal
FATORES AMBIENTAIS
Luz, fotoperíodo, T do ar, solo, água, etc
H O R M Ô N I O S
Regulação da expressão gênica
Desenvolvimento vegetal
Estrutura de copa
área foliar
Nutrientes
Biogênese do cloroplasto
Eficiência fotossintética
FOTOSSÍNTESE BRUTA
ÄGUA CO2
RESPIRAÇÃO
Fotossíntese
líquida
Fotorespiração
P RO D U T I V I D A D E
ATP ATP
FATORES AMBIENTAIS
Luz, fotoperíodo, T do ar, solo, água, etc
H O R M Ô N I O S
Regulação da expressão gênica
Desenvolvimento vegetal
Estrutura de copa
área foliar
Nutrientes
Biogênese do cloroplasto
Eficiência fotossintética
FOTOSSÍNTESE BRUTA
FOTOSSÍNTESE BRUTA
ÄGUA CO2
RESPIRAÇÃORESPIRAÇÃO
Fotossíntese
líquida
Fotossíntese
líquida
FotorespiraçãoFotorespiração
P RO D U T I V I D A D E
ATP ATP
Produtividade é resultado de processos e reações Produtividade é resultado de processos e reações complexas e diversas que ocorrem na complexas e diversas que ocorrem na
ontogênese sob influência das condições ontogênese sob influência das condições externas.externas.
Depende:Depende:Quantidade de energia incidente• Quantidade de energia interceptada e absorvida• Quantidade de energia convertida (fixação de
CO2)• Quantidade de energia transportada para partes
úteis da planta (partição de assimilados)• Metabolismo nas partes úteis (eficiência na
utilização)
Fatores que interferem no Fatores que interferem no desenvolvimento vegetaldesenvolvimento vegetal
Indiretos (latitude, altitude, chuva, topografia, solo)
Diretos (clima, Radiação solar, Fotoperíodo, Temperatura,Umidade,Aeração e disponibilidade de minerais no solo)
Indiretos:
– Latitude: quanto maior menor a produtividade, pouca luz e temperatura;
– Altitude: temperatura e estrutura do solo (a matéria orgânica é menos intemperizada em altitudes elevadas);
– Chuva (água): essencial à vida;
– Topografia: solos rasos ou profundos.
Fatores edáfico (solo): Propriedades – Físicas: textura, estrutura, profundidade e
permeabilidade.– Químicas: fertilidade, acidez, teor de matéria
orgânica.
Fatores climáticos que interferem na produção - Clima: é o mais importante, pois é praticamente imutável:– Radiação solar– Temperatura– Umidade– Evapotranspiração– Balanço hídrico– Luz, (C3, C4 e CAM)
Movimentos em PlantasMovimentos em PlantasEstímulos do ambiente induzem a respostas Estímulos do ambiente induzem a respostas através de receptores que sofrem alterações através de receptores que sofrem alterações
e conduzem mudanças metabólicase conduzem mudanças metabólicas
Três etapas:• Percepção – detectada o estímulo ambiental –
fototropismo
• Transdução – estímulo migra por dentro da célula – mudanças bioquímica se biofísicas
• Respostas – reação das plantas ao estímulo
FototropismoFototropismo• A luz determina a direção do movimento
• Charles Dorwin (1880) observou que o coleóptile de alpiste (Phalaris canariensis) orientava-se em relação ao estímulo de luz difusa
A B C D
Plantas com ápice cortado ou coberto (B e C) permanecem retas
Plantas intactas (A) ou com ápices expostos (D) curvam-se em direção a luz
Orientação das folhas de malva em relação a posição do sol durante o dia. O limbo posiciona-se de forma a receber os raios solares o mais ortogonalmente possível.
(ex. algodão, soja, alfafa)
Nas regiões tropicais, posição paralela a radiação, devido a alta intensidade luminosa – paratotrópicaparatotrópica (diminui efeitos da alta radiação)
Interior das matas, a parte aérea apresenta orientação em direção ao local menos iluminado (sombra das árvores) – fototropismo negativo ou escototropismoescototropismo)
Sinopse dos principais movimentos em plantasSinopse dos principais movimentos em plantas
• FenômenoFenômeno CaracterísticaCaracterística
• Tropismos Movimento orientado a direção ao estimulo na planta
• Fototropismo Resposta de crescimento a estímulo de luz unidirecional
• Escototropismo Orientação de crescimento ao lado menos iluminado
• Gravitropismo Orientação de crescimento em resposta a gravidade • (geotropismo) terrestre, pode ser negativo ou positivo.
• Diagravitropismo Orientação de crescimento em ângulo de 90º
• Plagiogravitropismo Orientação de crescimento em ângulo entre <0º e > 90º
• Hidrotropismo Resposta de crescimento em relação ao gradiente de umidade
FotomorfogêneseFotomorfogênese
A luz é o sinal ambiental que desencadeia mudanças no
metabolismo da planta
1. Direção2. Intensidade (quantidade de fótons por
unidade de área)3. Qualidade (comprimentos de ondas)4. Peridiocidade (fotoperíodo)
• A percepção do sinal luminoso é dado A percepção do sinal luminoso é dado por fotorreceptores ou pigmentos por fotorreceptores ou pigmentos especializadosespecializados
LUZLUZLUZLUZ
FitocromoFitocromo
CriptocromoCriptocromoss
Banda UVBBanda UVB
FototropinasFototropinas
280 – 320 – 400 – 425 - 490 – 500 – 650 – 680 – 710 – 740
Comprimento de onda (nm)Comprimento de onda (nm)
FitocromoFitocromoFitocromoFitocromo
CriptocromoCriptocromo
Fitocromo e controle do Fitocromo e controle do desenvolvimento das plantas pela luzdesenvolvimento das plantas pela luz• Resposta luminosa para desestiolamento inicial
da plântula – fotomorfogênese• Pigmentos absorvem luz vermelha e azul
FitocromoFitocromo• Absorve luz mais fortemente nas regiões do
vermelho ( 650-680 nm) e vermelho-distante (710-740 nm), mas também absorve luz azul (425-490 nm)
• Tem importante papel no desenvolvimento vegetativo e reprodutivo regulado pela luz
Fitocromo é altamente concentrado em regiões onde correm mundanças Fitocromo é altamente concentrado em regiões onde correm mundanças drásticas de desenvolvimento: meristema apical do epicótilo e raiz.drásticas de desenvolvimento: meristema apical do epicótilo e raiz.
Efeito da luz azulEfeito da luz azul
• Fotografia em seqüencial temporal de um coleóptilo de milho crescendo em direção a uma fonte unilateral de luz azul aplicada do lado direito.
• As exposições consecutivas foram feitas em intervalos de 30 minutos. Observa-se o aumento do ângulo de curvatura com o dobramento do coléoptilo
Ação fototropismo estimulado pela luz azul em coleóptilo de aveia. Camado padrão “três dedos” na região 400 a 500 nm
característico de respostas a luz azul
Efeito da luz vermelhaEfeito da luz vermelha
GêneroGênero Estádio Estádio EfeitoEfeitoAlface SementePromove germinação
Aveia Plântula Promove desestiolamento
(desenrolamento foliar)
Mostarda Plântula Formação dos primórdios foliares
Ervilha Adulto Inibi o alongamento do entre-nó
Mamona Adulto Inibi florescimento
Pinus Plântula Aumenta taxa de acúmulo de clorofila
Ritmos cardianosRitmos cardianos
• Ciclo alternado de alta e baixa atividade metabólica na planta aproximadamente 24 horas
• Controle externo – temperatura; Controle interno - oscilador
FotoperíodoFotoperíodo
É o período, em tempo, que há luz num determinado local, é sinônimo de insolação máxima visível.
Fisiológico: Fitormônios, indução, PDC – plantas de dias curto e PDL – plantas de dias longo
Morfológico: expressão vegetativa e reprodutiva Fotossintético: fixação de CO2
Atividade de insetos e aracnídeos predadores Há uma variação diária de fotoperíodo
Fatores ambientais
• Habilidade das plantas de detectar variações do ambiente, comprimento relativo dos dias e das noites, variações de temperatura, permite que um determinado evento ocorra em uma época particular do ano, portanto, resposta sazonal
Processos desenvolvimento regulados Processos desenvolvimento regulados através do comprimento do diaatravés do comprimento do dia
• Tuberização
• Dormência
• Brotação das gemas
• Senescência
• Enraizamento de estacas
• Floração
Floração x ambiente
• Estímulo indutor resulta de fatores endógenos, estado nutricional, teores hormonais, ritmo circadiano
• Estímulo ambientais – comprimento relativo dos dias (fotoperíodo), irradiação, temperatura e água
• Plantas próximas ao Equador tendem a florescer e produzir sementes em resposta a dias ligeiramente mais curtos – floração ocorre verão e primavera
• PDC ou de noites longas – florescem quando mantidas em fotoperíodos inferiores e determinado valor crítico
• PDL ou de noites curtas – floração é promovida quando comprimento do dia excede certa duração
Temperatura
Aquecimento do ar = convecção Aquecimento do solo = condução
– De dia, o solo absorve energia (a 35 cm de profundidade a temperatura do solo fica constante)
– De noite, a energia armazenada no solo durante o dia é perdida para a superfície
Como minimizar variações de temperatura do solo (cobertura vegetal)
Fatores determinantes– Condutividade térmica – depende da textura,
densidade e umidade
Fatores externos– Irradiação solar, temperatura do ar, nebulosidade,
vento e chuva
Fatores internos– Tipo de cobertura, relevo, tipo de solo
Temperatura do ar: (máxima e mínima)Estações meteorológicas convencionais
INMET: Tméd = (T9h + Tmáx + Tmin + 2T21h)/5
Estações meteorológicas automáticas: ?
Temperatura do soloEstações convencionais
Tméd: (Ts7h + Ts14h + Ts21h)/3
Temperatura média mensal– Calculada: a partir da temperatura média
diária– Estimada: latitude, altitude e longitude
FenologiaFenologia
182 9149 2142 5São Joaquim
175 9141 2 117 5Fraiburgo
170 7137 2117 5Caçador
FujiGoldenDelicious
GalaRegião
182 9149 2142 5São Joaquim
175 9141 2 117 5Fraiburgo
170 7137 2117 5Caçador
FujiGoldenDelicious
GalaRegião
DormênciaDormência
• A paralisação do crescimento natural, que ocorre em plantas de clima temperado, é denominado de dormência, e foi definida como sendo:
• “suspensão temporária do crescimento visível, especialmente das gemas, sem considerar a causa” (Samish, 1954)
• “última etapa de uma cascata de inibições correlativas, cuja fonte vai se aproximando cada vez mais da gema considerada” (Champagnat, 1983)
• “fase de desenvolvimento anual que possibilita as plantas sobreviverem aos invernos frios” (Sauré, 1985)
• O conhecimento do estágio de dormência das gemas, do requerimento em frio da cultivar, bem como as unidades de frio que podem ocorrer na região onde será plantada são requisitos importantes para determinar a data ideal das diversas práticas culturais, bem como prever a época de brotação e floração
• O frio tem uma dupla função no fenômeno da dormência das plantas frutíferas de clima temperado, induzindo tanto a entrada quanto a saída da dormência, a fim de permitir a brotação
• Seu efeito é cumulativo e geneticamente controlado, sendo que a exigência de um maior ou menor período de baixas temperaturas para superar a dormência das espécies e cultivares que entram em dormência, requerem alta, média ou baixa acumulação de frio (mais de 1200, 600 e menos de 200 horas de frio, respectivamente)
• O número de horas que a temperatura do ar permanece abaixo de determinado valor é um índice bioclimático bastante utilizado nos estudos do efeito do nível térmico sobre o desenvolvimento vegetal
• A maioria das cultivares de macieira necessitam um acúmulo mínimo de 800 horas com temperaturas igual ou inferior a 7,2oC, embora trabalhos de melhoramento tem possibilitado a obtenção de cultivares menos exigentes em frio
• Além da exigência de frio para a superação da dormência, outro fator de extrema importância é a flutuação da temperatura durante este período.
• A ocorrência de períodos de altas temperaturas é bastante negativa tanto pela interrupção do efeito cumulativo do frio como pela possível neutralização de parte do efeito já ocorrido
• Temperaturas de 18º a 21ºC tendem a anular bruscamente a atividade do frio, mas dependendo da cultivar e local pode-se necessitar de um maior ou menor tempo a estas temperaturas para que ocorra esta neutralização
Desenvolvimento de variedadesDesenvolvimento de variedades
• (i) boa habilidade em brotar, florescer, produzir frutos, crescer satisfatoriamente naturalmente ou sob práticas especiais;
• ii) boa habilidade em produzir frutos de qualidade, em regiões com temperaturas que, em grande parte dos casos, são superiores a ótima.
• A primeira parte é determinada principalmente pela exigência em frio da espécie e ou cultivar.
Zoneamento Agrícola
Compreende a definição da melhor época de cultivo de uma dada variedade dentro de uma determinada região com base em informações sobre o clima e solo.
toda planta possui uma determinada exigência para poder desenvolver-se
normalmente
Permite determinar a melhor época de semeadura
Determinar as fases mais críticas para o desenvolvimento da cultura
Probabilidade de ocorrência de adversidades climáticas como falta de água no solo, temperaturas muito baixas ou muito elevadas prejudiciais às culturas
Condições climáticas favoráveis para o desenvolvimento de doenças
Atualmente, o zoneamento ganhou maior importância em função da nova dinâmica de normatização do crédito e seguro agrícola a empreendimentos conduzidos na área de abrangência do zoneamento agrícola.
Como é feito o zoneamento?– Temperatura– Precipitação e outras variantes