Bioclimatologia vegetal

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