Fotossíntese, respiração e os fatores que influenciam estes processos e o manejo das plantas.
Neste material você vai conhecer um pouco mais sobre:
- Como ocorre a fotossíntese;
- Os fatores que afetam o processo fotossintético;
- Como ocorre a respiração.
A produção da cultura é expressa através da capacidade das plantas de sintetizar seus assimilados por processos fotossintéticos, que utilizam carbono inorgânico da atmosfera, denominado de gás carbônico (CO2), para a biossíntese de moléculas orgânicas (biomassa), utilizando as potencialidades da radiação solar, água e nutrientes para suprir o aparato fotossintético e metabólico. Estes processos são influenciados pelas variações edafoclimáticas e técnicas de manejo empregadas no cultivo.
Desta forma, este conteúdo tem por objetivo revelar as bases fisiológicas e climatológicas importantes ao manejo de plantas e compreender as relações que afetam seu crescimento e desenvolvimento.
PROCESSO FOTOSSINTÉTICO
Esta dinâmica é dependente da radiação solar. Sua intensidade sobre o dossel, concentração e disponibilidade de CO2, água e nutrientes são considerados a base para o acúmulo de energia na forma de assimilados, permitindo que a energia luminosa (radiação solar) seja interceptada através das estruturas morfológicas que alojam os cloroplastos.
Nestas estruturas encontram-se as moléculas de clorofila a e b, carotenoides, antocianinas e outros pigmentos fotossintetizantes, que são responsáveis por capturar diferentes espectros de luz na forma de fótons. A incidência de radiação solar oscila durante o dia, quando os picos de intensidade são obtidos em pleno meio dia. Estas variações influenciam na taxa fotossintética da planta.
Neste contexto, os fótons são denominações dadas a determinadas intensidades luminosas incididas sobre a superfície foliar da planta, as quais excitam os elétrons no complexo da antena, localizado na membrana dos tilacoides (fotossistema II: P680 nanômetros). Os fótons excitam os elétrons da água, que ao serem energizados, são carreados via transportadores de elétrons até o fotossistema I (P700 nanômetros). A excitação dos elétrons ocorre novamente e formam energia disponível de curto prazo, o que se denomina de ATP e NAPH2, caracterizando a fase fotoquímica (fosforilação cíclica ou acíclica) da fotossíntese. Este processo está ilustrado na figura a seguir.
Há certo gasto de energia pelas plantas devido à alta incidência de radiação solar, que ocorre pela abertura indevida dos estômatos e pela termorregulação destes com fluxo de água nas estruturas da planta. A fase química da fotossíntese (rota C3 e C4 e CAM, quer conhecer um pouco destas rotas e suas diferenças?) têm a finalidade de sequestrar o dióxido de carbono inorgânico da atmosfera (CO2) e fixar em estruturas orgânicas (glicose, frutose, sacarose), utilizando ações de redução, carboxilação e regeneração da enzima rubisco através do ciclo de Calvin Benson (C3) (Figura 2), sendo este metabolismo responsável pelos efeitos da interação entre as plantas e a atmosfera.
Figura 2. Esquema ilustrando a entrada de CO2 no Ciclo de Calvin Benson e sua fixação em glicose.
Fonte: Elevagro (2019).
A radiação fotossinteticamente ativa é definida como a energia luminosa que apresenta espectro de luz entre 400 a 700 nanômetros. Desta forma, diversos são os fatores que influenciam a fotossíntese, tais como: a quantidade e a qualidade de luz incidida sobre o dossel, o teor de gás carbônico no ambiente de cultivo, a temperatura do ar, a disponibilidade hídrica e nutricional.
As plantas ao interceptarem a radiação solar não possuem a capacidade de aproveitar toda a energia incidida, pois sua eficiência é dependente do comprimento de onda, tipo de radiação (direta ou difusa), refletância dos tecidos e transmissividade entre folhas. Neste contexto, a fração de energia não utilizada pelas plantas é dissipada na forma de calor ao ambiente.
Algumas espécies são dependentes do fotoperíodo, este consiste no intervalo transcorrido entre os primeiros raios do sol e o pôr-do-sol em um determinado dia, no entanto, sua interpretação deve ser baseada no número de horas de luz disponível às plantas naquele dia. Este caráter é de fundamental importância, pois as plantas podem regular o seu crescimento e desenvolvimento fenológico e a troca de estádios. Em contrapartida, há espécies que ponderam seu crescimento e desenvolvimento através do acúmulo de graus-dia no decorrer de seu ciclo.
FATORES QUE INFLUENCIAM A FOTOSSÍNTESE E SUA RELAÇÃO COM O MANEJO DE PLANTAS
A temperatura do ar apresenta-se extremamente importante para o crescimento e desenvolvimento das plantas, pois pondera as reações químicas, metabólicas e fisiológicas, sendo esta dependente da radiação solar que proporciona o aquecimento e as trocas gasosas do ar atmosférico. A temperatura é definida como a quantidade de calor sensível presente em um determinado corpo (espécie vegetal), suas modificações resultam na ativação de processos específicos de termorregulação que culminam em gastos de energia.
A temperatura do solo é controlada por processos físicos de condução e caracteriza-se como um importante parâmetro para o cultivo, vindo a determinar a melhor época de semeadura, o estabelecimento das plântulas a campo e a taxa de crescimento e desenvolvimento. Este parâmetro é afetado por alguns fatores intrínsecos ao tipo de solo, textura (argilosa ou arenosa), estrutura, composição (química e física), profundidade e umidade. Em contrapartida, a temperatura do ar enquadra-se como um dos efeitos mais importantes ao crescimento das plantas, sendo influenciada diretamente pela intensidade da radiação solar incidente, características do clima, estação do ano, altitude, latitude e longitude.
A taxa fotossintética pode ser influenciada através das características intrínsecas da planta, que se refere: à arquitetura foliar; à distribuição das folhas ao longo da planta; à resistência dos vasos condutores; à translocação de assimilados e água ao longo da planta; ao número, ao tamanho e à distribuição de estômatos nas fases adaxial e abaxial das folhas. Estes caracteres afetam diretamente as trocas gasosas das plantas com a atmosfera.
A evapotranspiração caracteriza-se como um processo simultâneo de transferência de água para a atmosfera, pois é o produto da evaporação da água do solo e a transpiração dos tecidos da planta. Deste modo, caracteriza-se como a quantidade de água utilizada pela cultura ao longo de seu ciclo, sendo que alguns quesitos influenciam a eficiência da evapotranspiração, tais como: variáveis climatológicas, características morfológicas, fisiológicas e metabólicas da planta, manejo do solo, e as inter-relações solo x água x planta x atmosfera.
Dentre os fatores que afetam a evapotranspiração, o coeficiente de reflexão (albedo) está relacionado com a disponibilidade de radiação fotossintética para a planta, desta forma, os tecidos vegetais mais pigmentados e com tons escuros apresentam as menores capacidades de reflexão dos raios solares incidentes, evidenciando maior radiação líquida disponível às plantas.
A evapotranspiração intrínseca a cada espécie é dependente dos estádios de desenvolvimento, do índice de área foliar, do tamanho da superfície da folha transpirante, da estatura e da arquitetura das plantas e do tamanho do sistema radicular. O solo, as plantas e as técnicas de manejo interferem na evapotranspiração, de modo que os diferentes arranjos de densidade de semeadura evidenciam modificações perante as competições inter e intraespecíficas da planta. Da mesma forma, espaçamentos reduzidos entre plantas e entre linhas podem revelar acréscimos a competição por água, nutrientes e radiação solar, profundidade do sistema radicular, aquecimento da superfície do solo, circulação das massas de ar e velocidade do vento. Estes quesitos podem contribuir para a evapotranspiração da cultura.
Fatores ligados ao solo evidenciam que a capacidade de armazenar água interfere na evapotranspiração. Solos argilosos proporcionam maior capacidade de armazenamento de água por meio dos microporos constituintes da porosidade total. Em contrapartida, solos arenosos expressam maior taxa de evapotranspiração da cultura, apresentam menor armazenamento de água e possibilitam aprofundamento do sistema radicular.
PROCESSO RESPIRATÓRIO
C6H12 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + Energia
A respiração é o resultado da oxidação de substratos nas células vivas e consiste no processo de formação de ATP, NADH2 ou FADH2 sendo estas formas altamente energéticas e oriundas de sacarídeos como o amido, a sacarose, a glicose, a frutose e os lipídios. Em anaerobiose, o oxigênio é consumido proporcionando que o gás carbônico seja liberado. A ilustração a seguir resume a diferença entre respiração, fotossíntese e transpiração da planta (Figura 3).
Na maquinaria celular, os compostos energéticos são utilizados para sintetizar novos compostos energéticos, promover a respiração dos tecidos e manter o funcionamento contínuo da célula (Turnover).
O processo inicia-se pela glicólise no citoplasma, onde cada molécula de glicose ou frutose (monossacarídeos) é convertida em duas moléculas de piruvato, e desta forma podem ser direcionadas ao Ciclo de Krebs e à cadeia regenerativa de elétrons. Em anaerobiose, os vegetais realizam fermentação alcoólica; em contrapartida, nos animais denomina-se de fermentação lática ou síntese de ácido lático. A taxa respiratória é extremamente influenciada pela temperatura do ar.
Alguns fatores interferem na taxa respiratória das plantas, tais como a temperatura do ar e o suprimento de oxigênio atmosférico, em que menores concentrações podem afetar o crescimento e o desenvolvimento das espécies com metabolismo C3. Já para espécies C4, as baixas concentrações de oxigênio minimizam a produção de sementes, as maiores concentrações de gás carbônico são inversamente proporcionais à taxa respiratória das plantas, evidenciando menores trocas gasosas e gasto de energia.
REFERÊNCIAS
SILVA, J. A. G.; CARVALHO, I. R.; MAGANO, D. A. A cultura da aveia: da semente ao sabor de uma espécie multifuncional. 1. ed. Curitiba: CRV, 2020. v. 1000. 404p.
CARVALHO, I. R.; SZARESKI, V. J.; NARDINO, M.; VILLELA, F. A.; SOUZA, V. Q. Melhoramento e produção de sementes de culturas anuais – Soja, Milho, Trigo e Feijão. 1. ed. Saarbrücken, Germany: Ommi Scriptum Publishing Group, 2018. v. 50. 229p.
CARVALHO, I. R.; NARDINO, M.; SOUZA, V. Q. Melhoramento e Cultivo da Soja. 1. ed. Porto Alegre: Cidadela, 2017. v. 100. 366p.
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