Como as mudanças climáticas afetam a ecofisiologia vegetal? · a ecofisiologia vegetal? Anderson Kikuchi Calzavara [email protected]. Reações luminosas (Fluorômetro)

Como as mudanças climáticas afetam a ecofisiologia vegetal?

Anderson Kikuchi Calzavara

[email protected]

Reações luminosas

(Fluorômetro)

Reações de

carboxilação

(IRGA)

IRGA (Analisador de gases por infravermelho)

Dois compartimentos:Sensor da amostraSensor da referência

Ar

Entra

ÁguaCO2

Sai

Transp.AssimilaçãoÁgua

CO2

Sensor amostra

Sensor referência

Vapor de águaCO2

≠

• Assimilação de CO2

• Transpiração• Condutância

estomática• Concentração

intercelular de CO2

Temperatura foliarTemperatura do ar

Curva de resposta à luz

Não há atividade da rubisco

A = Fotossíntese – Fotorrespiração – Respiração

CO2 assimiladopela fotossíntese

CO2 perdido por fotorrespiração

CO2 liberado pela respiração

No escuro


Intensidade luminosa na qual a assimilação líquida de CO2=0

Resposta linear da fotossíntese à luz: produtividade quântica máxima (PQ)

0,04 – 0,06

C3: PQ ligeiramente maiorC4: PQ pode ser menor (usa ATP para regenerar PEP)


Plantas C3

Menor produtividade quântica em altas

temperaturas

Plantas C4

Produtividade quântica constante

Em baixas temperaturas a PQ é menor do que nas C3

Produtividade quântica:Assimilação de CO2 / fótons

absorvidos

FotorrespiraçãoATP para regenerar PEP

Menor inclinação da reta: menor produtividade quântica máxima (PQ)


Assimilação saturada pela luz (Amax)


-4

0

4

8

12

16

20

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)

Intensidade luminosa (µmol m-2 s-1)

y = 0.065x - 1.1126R² = 0.9935

-4

0

4

0 10 20 30 40 50 60

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)


Assimilação saturada pela luz (Amax)

y = 0.065x - 1.1126R² = 0.9935

-4

0

4

0 10 20 30 40 50 60

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)


Regressão lineary = bx + a

y = assimilação de CO2

(Assimilação)x = luminosidade (PAR)

Assimilação = b(PAR) + a

a = intercepto (valor de y quando x=0)

a = respiração no escuro

b = inclinação da reta (alteração de y para cada aumento de uma

unidade em x)

b = produtividade quântica

a = respiração no escuro (Re) = 1,1126b = produtividade quântica (PQ) = 0,065

y = 0.065x - 1.1126R² = 0.9935

-4

0

4

0 10 20 30 40 50 60

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)




(Assimilação)x = luminosidade (PAR)

Assimilação = b(PAR) + a


a = respiração no escuro


unidade em x)

b = produtividade quântica

Assimilação = b(PAR) + aPCL: y = 0

0 = b(PCL) + a-b(PCL) = ab(PCL) = -a(PCL) = -a/b

PCL = -(-1,1126)/0,065PCL = 17,1

-4

0

4

8

12

16

20

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)


y = 0.065x - 1.1126R² = 0.9935

y = 0.0478x - 2.4582R² = 0.9899

-4

0

4

0 10 20 30 40 50 60

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)


C4

C3

C3

C4

PQ = 0,065Re = 1,1126PCL = 17,1

PQ = 0,0478Re = 2,4582PCL = 53,3

(Amax) = 17,1

(Amax) = 14,1

Curva de resposta ao CO2

Concentração intercelular de CO2 nas condições atmosféricas atuais

Concentração intercelular de CO2 (ppm)Ass

imila

ção

líq

uid

a d

e C

O2

(µm

ol m

-2s-1

)


imila

ção

líq

uid

a d

e C

O2

(µm

ol m

-2s-1

)Curva de resposta ao CO2

A = Fotossíntese – Fotorrespiração – Respiração

CO2 assimiladopela fotossíntese

CO2 perdido por fotorrespiração

CO2 liberado pela respiração

Sob luz saturante

Ci = 0RFR: respiração + fotorrespiração


imila

ção

líq

uid

a d

e C

O2

(µm

ol m

-2s-1

)


Pressão parcial (concentração) de CO2 intercelular na qual a assimilação líquida de CO2=0

C3: 100 ppm (fotorrespiração)C4: praticamente nulo

Ponto de compensação de CO2



imila

ção

líq

uid

a d

e C

O2

(µm

ol m

-2s-1

)

Limitada pela capacidade de carboxilação da rubisco

Limitada pela capacidade do ciclo de Calvin em regenerar a ribulose 1,5-bisfosfato

Eficiência de carboxilação: CO2 assimilado/[CO2] intercelular

-5

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000Ass

imila

ção

de

CO

2(µ

mo

l m-2

s-1)

Concentração intercelular de CO2 (µmol mol-1)

B. brizantha (C4)

G. max (C3)

(Amax) = 22,0

(Amax) = 17,0



(Assimilação)x = luminosidade (Ci)

Assimilação = b(Ci) + a


a = respiração e fotorrespiração


unidade em x)

b = eficiência de carboxilação

a = respiração e fotorrespiração (RFR) = 7,4885b = eficiência de carboxilação (EC) = 0,1022

y = 0.1022x - 7.4885R² = 0.9981

-8

-4

0

4

8

0 20 40 60 80 100 120 140

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)




(Assimilação)x = luminosidade (Ci)

Assimilação = b(Ci) + a


a = respiração e fotorrespiração


unidade em x)

b = eficiência de carboxilação

y = 0.1022x - 7.4885R² = 0.9981

-8

-4

0

4

8

0 20 40 60 80 100 120 140

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)


Assimilação = b(Ci) + aPCCO2: y = 0

0 = b(PCCO2) + a-b(PCCO2) = ab(PCCO2) = -a(PCCO2) = -a/b

PCCO2 = -(-7,4885)/0,1022PCCO2 = 73,3

-5

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000Ass

imila

ção

de

CO

2(µ

mo

l m-2

s-1)


B. brizantha (C4)

G. max (C3)

(Amax) = 22,0

(Amax) = 17,0

B. brizantha (C4) G. max (C3)

EC = 0,1022RFR = 7,4885PCCO2 = 73,3

EC = 0,7904RFR = 9,733PCCO2 = 12,3

Mecanismos concentradores de CO2

y = 0.1022x - 7.4885R² = 0.9981

y = 0.7904x - 9.733R² = 0.9997

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 20 40 60 80 100 120 140

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)


Efeitos do déficit hídrico

0

3

6

9

CC DH

Ass

imila

ção

de

CO

2

(µm

ol m

-2s-1

)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

CC DH

gs(m

ol m

-2s-1

)

0

100

200

300

400

CC DH

Co

nce

ntr

ação

in

terc

elu

lar

de

CO

2

(pp

m)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

CC DH

Tran

spir

ação

(m

mo

lm

-2s-1

)

0

1

2

3

4

5

CC DH

EUA

(µ

mo

l mm

olm

-2s-1

)

Assimilação líquida de CO2 / Taxa de transpiração

Reações luminosas

(Fluorômetro)

Reações de

carboxilação

(IRGA)

Fv/Fm:

Eficiência fotoquímica máxima do FSII

Fv/Fm= 0,83:

83% da energia dos fótons para a fotoquímica

17% dissipada como calor ou fluorescência

Reações dos tilacoides: fluorômetro

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

CC DH

Fv/F

mm

anh

ã

0,80

0,75

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

CC DH

Fv/F

m m

eio

dia 0,70

0,59

3Chl*O2

-

1O2*H2O2

●OH

Fotoinibição

Fotoinibição dinâmica:Ciclo da xantofila

Fotoinibição crônica:Danos oxidativos

Violaxantina

ZeaxantinaDissipação

de calor

Síntese e substituição da proteína

D1

Efeitos do aumento de temperatura

0

5

10

15

20

25

30

Soja (C3) Brachiaria (C4)

Ass

imila

ção

de

CO

2(µ

mo

l m-2

s-1) 20 °C

30 °C

40 °C

Temperatura foliar (oC)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1


gs(m

ol m

-2s-1

)

20 °C

30 °C

40 °C

0

40

80

120

160


EiU

A(µ

mo

l mo

l-1)

20 °C

30 °C

40 °C

EiUA = Amax/gs

Mecanismos de resistência à seca e à alta temperatura

Mecanismos de resistência à seca

Morfológicos

Cutícula Epiderme sup.

Mesofilo

Imagem: Marcela B. Nascimento

mesofilo mesofilo

atmosfera

N

Vacúolo

Protoplasma

> Ψw

Apoplasto

< Ψw

H2O

H2O

TURGOR

Estresse hídrico

Fisiológicos – Ajuste osmótico

N

Vacúolo

Protoplasma

Prolina

Manitol

Íons

Ψπ

< ΨwApoplasto

> Ψw

H2OEstresse hídrico

TURGOR

Manutenção do

Fisiológicos – Ajuste osmótico

Solutos compatíveis:ProlinaCitrulinaManitolGlicina betaínaFrutoseSacarose

Mecanismos de resistência à alta temperatura

Morfológicos

Folhas: Enrolamento Queda Espessamento Menor área

Mecanismos de resistência à alta temperatura

Fisiológicos

Resfriamento evaporativo

Proteínas de choque térmico

Calor → Membrana mais fluida → expressão de genes → proteínas de choque térmico

Chaperonas

Estabilizam estrutura de proteínas Estabilizam membranas

Proteínas LEA/DHN/RAB

Fisiológicos – Defesa antioxidante

Ânion superóxido

Peróxido dehidrogênio

Enzimático:

GlutationaAscorbato

Reagem e degradam ERO CarotenoidesQuenching da 3Chl* e 1O2*

Não enzimático:

Documents

Como as mudanças climáticas afetam a ecofisiologia vegetal? · a ecofisiologia vegetal? Anderson Kikuchi Calzavara [email protected]. Reações luminosas (Fluorômetro)