Cultura de café: da semente, ao crescimento e reprodução do caule do café... Nas axilas das...
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Prof. José Laércio Favarin
USP/ESALQ
Produção Vegetal
setembro - 2015
Cultura de café: da semente, ao crescimento e reprodução
Ecofisiologia e Nutrição em Sistema de Produção
Departamento de Produção Vegetal
Setor agricultura
Tudo começa com a semente...Semente é a estrutura biológica que garante a continuidade da vida vegetal.Nesta forma, a vida embrionária fica por algum tempo “quase suspensa”. OPotencial de produção depende do melhoramento genético. Na prática, oresultado real é uma fração do potencial, e essa fração depende do ambiente eda qualidade da intervenção do homem -, os tratos culturais...
Fases da germinação...Fase I – embebição rápida de água do substrato, graças ao elevado potencialmatricial. Entrada de água reativa enzimas da respiração e atividade do GA. FaseIII é quando inicia o crescimento do eixo embrionário, notado pela protrusão daradícula. Nesta fase, o embrião não suporta desidratação, comum na fase II...
0 MP -0,5 Mpa 0 Mpa
-1,0 MPa
-2,0 MPa
I II III
Eira et al. (2006)
Lipídios Glicose
Acetil-CoA
NA
DH
2FA
DH
2C
arr
ega
do
res
de
po
der
red
uto
r
4H+ + O2
2H2O
ATPPi + ADP
CO2
CO2
e-
e-
e-
CO2
Fisiologia da germinação...
Fase I, a rápida embebição reativa enzimas da respiração e a atividade do ácido
giberélico (GA). Reservas são mobilizadas (lipídios, amido e proteínas) na fase III,
com o início do crescimento do embrião...
embrião endosperma
H2O
H2OH2O
GA
Acetil-CoA
Eira et al. (2006)
F-punção: 1,4 a 1,0N
EB-mananase: 0 - 60%
F-punção: 1,0 a 0,6N
EB-manase: 60 - 100%
Celulase: 0 - 60% Celulase: 60 - 100%
Aumento porosidade parede celular
EndospermaMicropilar
Embrião
EB-mananase
Celulase
A-Porosidade p. celular
EndospermaLateral
DAE
Embebição radícula
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Entrada H2O►GA
Expansão embrião Crescimento protuberância
Aumento comp. cotilédone: 35%
Aumento do comprimento do eixo embrionário
Eira et al. (2006); modificado de Silva et al. (2004, 2005)
3 d 9 d6 d
Bioquímica da germinação...
Morfologia externa
Morfologia interna
Barboza & Favarin (2013)
Germinação: retomada de crescimento do embrião,
interrompido no fim da maturação na planta-mãe.O processo inicia com a embebição e encerra com aprotrusão da radícula (fisiologista) ou pela formaçãoda plântula (fitotecnista).
Endospermalateral Cotilédones
Eixoembrionário
EndospermaMicropilar
Eira et al. (2006)
Fatores influentes na germinação...
Temperatura: relaciona com a respiração; configuração de proteínas e catálise de
reações químicas; e, ainda, regula a expressão gênica. Potencial hídrico: embrião
expande-cresce após hidratação, por conta da pressão de turgor; a água reativa,
também, o metabolismo. Oxigênio: fosforilação oxidativa depende de O2 para
produzir ATP. Há os fatores da própria semente como vigor..., e fatores bióticos e
abióticos...
Novembre (2008)
Eira
et
al.
(2
00
6)
Coffea arabica
Tm: 18 °C a 22 °CDH: < 120 mmAltitude: > 800 m
Coffea canephora
Tm: 22 °C a 26 °CDH: < 150 mmAltitude: < 700 m
Zoneamento agrícola para o café...
Para fins de zoneamento, das áreas aptas à cafeicultura, foram levados em conta
dois fatores (térmico e hídrico): temperatura média anual e balanço hídrico
Morfologia vegetal, aspectos conceituais...
Morfologia é um dos ramos da botânica, cuja finalidade é o estudo das formas e
estruturas da planta, e auxilia a sistemática. As estruturas são: raiz, caule, folha,
ramo, flor e fruto. Contribui, ainda, com a agronomia, no manejo da planta...
Meristemas primários são tecidos embrionários. Eles formam sem parar novos órgãos,
raiz, caule, folha e ramo. São células “isodiamétricas” e embrionária à semelhança de
células-tronco (Weigel e Jürgens, 2002). Meristemas secundários como: o axilar (eixo
principal), floral e lateral, originam após o desenvolvimento embrionário.
Floração significa término de um ciclo crescimento. Em perene, a reprodução que segue,
acontece ao mesmo tempo que inicia uma “nova vegetação”. São, portanto, dois drenos
de CH2O e nutrientes -, a frutificação mais a vegetação.
Crescimento primário, diz respeito a extensão, enquanto o crescimento secundário à
espessura dos órgãos. Divisão celular só ocorre em tecidos especiais -, os meristemas.
Morfogênese e diferenciação acontecem junto com o crescimento. A morfogênese é o
desenvolvimento da forma, enquanto diferenciação é a aquisição de diferentes aspectos
estruturais/funcionais. Desenvolvimento vegetal resulta do conjunto desses processos:
crescimento, morfogênese e diferenciação.
Morfologia da raiz do café...
Raiz pivotante ou pseudopivotante? A raiz primária desenvolve-se da radícula do
embrião. A raiz primária e suas ramificações, as raízes laterais, constituem a raiz
pivotante. As raízes laterais originam endogenamente, acima da zona dos pelos,
e possuem as mesmas partes da raiz principal. A raiz pivotante é, também,
denominada de raiz axial.
coifa
Zonapilífera
Zonaelongação
M. apicaldivisão celular
Morfologia do caule do café...
Nas axilas das folhas cotiledonares em diante, em todo caule, têm-se as gemas
seriadas. Entre as axilas do “sexto, oitavo ou décimo par de folha” em diante,
surge, além das gemas seriadas, uma gema isolada a cabeça de série, acima da
série. Ramos plagiotrópicos, produtivo ou ramo lateral origina da gema cabeça
de série. A espécie C. canephora é multicaule...
Diplóide: 2n = 22 cromossomos
Alógama: 100% fecundação cruz.
Incompatibilidade gametofítica
Tetraplóide: 2n = 44 cromossomos
Autógama: 90-100% autofecund.
C. eugenioides x C. canephora
Raiz e caule, condutividade hidráulica...
Condutividade hidráulica é diretamente proporcional a diferença de pressão e a
quarta potência do raio do elemento de vaso, e inversamente à viscosidade do
fluído. Com base na origem das espécies, como será a resistência em C. arabica e
em C. canephora?
Re
sist
ên
cia
-M
Pa
dm
-2h
g-1
5
10
0-0,2-1,4 -1,0 -0,6
água no solo - MPa
Brunini & Angelocci (1998)
Resistência: raiz – caule - folha
5,2µm 15,8µm
Equação de Poiseuille
Jv = (Δ x x r4)/8 x
Dimorfismo de ramos em café...
Dimorfismo é uma diferenciação somática permanente. Pode-se reproduzir os
diferentes tipos de ramos por propagação assexuada, isto é, o caule e/ou ramo
ladrão originará uma planta normal. Do ramo lateral origina uma planta atípica,
rasteira, sem caule normal. Axilas de folhas de ramos plagiotrópicos têm gemas
seriadas e, raramente, cabeça de série. Frutificação depende do CH2O formado
nas folhas anexas (Meloto, 2007).
R
Out. Jan. Jun.
Barros & Maestri (1974)55
9,2
27
4,59
0,9
AF: cm2
Taxa cresc.: cm2 sem.-1
Morfologia da folha
Pecíolo é semelhante a estrutura do caule (Menezes et al. 2012). A folha é dorsiventral,
pois o parênquima paliçádico é de um lado e o lacunoso de outro. Os estômatos
estão na epiderme abaxial (hipostomática) onde têm, em média, 200 (arábica) e
400 estômatos/mm2 (canéfora) (Voltan, et al., 1992). A forma e o arranjo das células
do paliçádico (cloroplastos paralelos) às paredes maximiza o uso da luz. Ainda,
mais espaços intercelulares no mesofilo facilitam as trocas gasosas e, portanto, a
eficiência fotossintética (Menezes et al., 2012).folha sol folha sombra
Nunes (Agrolink, 2015)
Espectro visível ou luz propriamente
Planta usa energia da radiação visível ou fotobiológica, entre 400nm (violeta-azul)
e 700nm (vermelho). Esta faixa visível ao olho humano é a própria luz. Só há
reação fotoquímica se a energia do fóton for “suficiente” para deslocar elétron π.
Intensidade da luz às 12h sem nuvem (1.840/2.400 mmol m-2 s-1) e, em dia nublado,
(250/300 mmol m-2 s-1)...
E (kJ) = h x c/λ; em que h constante Planck (6,62 x 10-34 J s); c àvelocidade luz (3 x 108 m s-1); λ ao comprimento onda (x 10-9 m).
V a V a L v
Rubisco corresponde a 50% da proteína foliar em C3 (Lowlor, 2002). Planta superior realiza 25
mil reações enzimáticas por segundo, enquanto a rubisco faz, somente, três reações por
segundo (Mann, 1999). Como a planta compensa esta ineficiência? O anel de porfirina têm
muitas ligações conjugadas (simples e duplas alternadas), com muitos elétrons π deslocados
nos orbitais externos em ressonância. Estes elétrons absorvem fótons de luz e deslocam-se
para orbitais mais energéticos. Este processo denomina-se absorção de luz...
PS
Fase fotoquímica da fotossíntese
4H+
ATP
NADPH
PC
e-
PSI
H+
4H+
ADP + Pi
e-
e-
PSII
NADP + Pi
tilacóide
e-
e-
PC
2 H2O O2 +Lúmen: pH 5
Estroma: pH 8
Hidrólise da água fornece (45% O e 7% H), e prótons/elétrons à formação de
substâncias energéticas NADPH/ATP, sem as quais não se forma biomassa (CH2O)..
ATP
NADPH
Pi
CH2O-P
CO2H2O
O2
CH2O
95% Massa
Fase bioquímica da fotossíntese
Fotossíntese é mantida se houver consumo CH2O. Sob baixo teor de P a triose-P
fica no cloroplasto, onde sintetiza amido, e seu acúmulo cessa a fotossíntese...
450
450
1000 kg MSComposição
C - carbono
O - oxigênio
H - hidrogênio 50
CH2O – fotossínt. 950
Atmosfera
Água
-0,30-0,01
µ h-1MPaP-xilema
0,025,99
Ruiz et al. (1988)
Metabolismo do carbono e nitrogênio
N foliar – mmol m-2
Ru
bis
co–
µm
ol m
-2s-1
100
100
200
2000
clo
rofi
la –
mm
ol m
-2
100 2000
0,8
0,6
0,4
0,2
Fotossíntese relaciona com o teor de N-foliar (Epstein & Bloom, 2006). A maior parte do
N está no cloroplasto, na rubisco. Parte da ineficiência da rubisco resolve-se com o
aumento da dose de N, mas e a produtividade...?
Neto & Favarin (2011)
8006000
27
40
60
80
100
Co
lhe
ita
rela
tiva
-%
N – kg ha-1
N foliar – g kg-1
28 29 30
200 400
Foto: Neto, A.P (2013)
Órgão reprodutivo das angiospermas é a flor. Café tem flor hermafrodita, possui aparte feminina e masculina na mesma flor. Flor têm quatro verticilos florais (cálice,corola, androceu, gineceu). O cálice é rudimentar, e possui sépalas verdes, a corolabranca, tem cinco pétalas. Androceu é formado pelos estames; e o gineceu peloscarpelos. Estames são folhas modificadas: filete “pecíolo”, e a antera “limbo foliar”.
Morfologia da flor de café
Frutificação do cafeeiro
Granação não altera o tamanho do fruto por causa da lignificação do endocarpo.
O aporte de biomassa é da ordem de 10,4 vezes (Laviola, 2008). Esta grande quantia
de massa veio da fotossíntese das folhas próximas aos frutos (Melotto, 1987)…
Laviola (2008)
5,94,11,0 K
0,20,30,06 P
3,84,30,7N
347,5201,730,4MS
GRmg por fruto
EXCH
1,3
0,5
60
Dias após florada
89 118 234147 176 118
Mas
sa f
resc
a -
g1,0
Geromel et al. (2006)
GR
EX
CH
Morfologia do fruto café
Fruto é uma drupa elipsoide com duas lojas e, as vezes, três formando o ovário. O
fruto é constituído por pericarpo e semente. Pericarpo é a parede do fruto, a qual
têm três camadas: epicarpo (casca fina); mesocarpo (mucilagem, rica em água,
açúcares e pectinas –, fibras solúveis) e, por fim, o endocarpo (material lignificado
envolvente à semente).
xilema rompido do pecíolo
Morfologia da semente, e a história continua...
Semente é plana-convexa, formada por embrião e endosperma. O endosperma é o
tecido que substituiu o perisperma durante a formação da semente. O resíduo
sobre o endosperma é resto do perisperma, denominada película prateada.
Película prateadaou
resto perisperma
Endosperma
Eira et al. (2006)
Endocarpoou
pergaminho
Geromel et al. (2006)
0
20
40
60
Dias após floração89 118 234147 176 118
Mas
sa s
eca
–(%
)
60
Perisperma
Endosperma
E a história continua, até...
Prof. José Laércio [email protected]
Departamento de Produção Vegetal
Piracicaba/SP
ESALQ - USP
Produção Vegetal
setembro - 2015
Via chiquimato:
síntese alcalóides,
fenóis, flavonóides,
lignina, AA e AIA
Síntese: Terpenos, isoprenóides,
alcalóides derivado de terpenóides, GA e
ABA
GLICÓLISE
GLICOSE
Glicose – 6P
Frutose – 6P
Gliceraldeido –
Glicerato – 3P
Fosfoenolpiruvato
Gliceraldeido – 3P
Piruvato
Acetil – CoA
Succinil – CoA
2–oxoglutaratoFumarato
Malato
Oxalacetato
Isocitrato
Cis–Aconitato
Citrato
CICLODE
KREBS
Aminoácidos:Aspartato,
Alanina,Asparagina
Parte da respiração, assimilação N e defesa planta
Metabolismo secundário
Assimilação de N