Baixe Unidade I - INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA VEGETAL CONCEITO E APLICAÇÕES e outras Notas de estudo em PDF para Agronomia, somente na Docsity! UNIDADE I INTRODUÇÃO À ISIOLOGIA VEGETAL: CONCEITO E APLICAÇÕES Dr. José Tarquinio Prisco Eng. Agrônomo, M.S., Ph.D. Prof. Emérito/UFC 2 INTRODUÇÃO À FISIOLOGIA VEGETAL: CONCEITOS E APLICAÇÕES 1. Importância das Plantas para a Humanidade O estudo das plantas desperta interesse, não só por simples curiosidade, mas, principalmente, devido ao fato de serem essenciais e imprescindíveis ao homem. A história do Homo Sapiens em nosso planeta é uma demonstração inequívoca de que desde os primórdios de sua existência, ele depende direta ou indiretamente, das plantas que vivem na superfície terrestre, nos oceanos, nos lagos e nos rios. É por esta razão que muitos afirmam que a história da Botânica confunde-se com a história da humanidade. As populações primitivas se interessaram pelas plantas, não só porque forneciam madeira que era utilizada para fabricar suas moradias, seus instrumentos de caça e de pesca, mas, principalmente, devido às propriedades alimentícias, tóxicas e medicinais dos vegetais. O homem contemporâneo continua estreitamente dependente das plantas. Considerando-se apenas as plantas possuidoras de sistema vascular (pteridófitas, gimnospermas e angiospermas), verifica-se que elas fornecem: alimentos para o homem e animais; madeira para moradia e mobiliário; fibras para vestimenta; medicamentos para prevenção e cura de doenças em animais e no homem; papel, borracha, temperos, bebidas alcoólicas (aguardente, whisky, gim, rum, vodka, vinho, licor, cerveja, etc.) e não alcoólicas (sucos, chá, café, chocolate, etc.); combustíveis e seus derivados (madeira, álcool, querosene, gasolina, asfalto, plásticos, fertilizantes, etc.). Além disto, as plantas contribuem para o embelezamento do meio físico e manutenção do oxigênio atmosférico em níveis que permitem a vida animal em nosso planeta. Esta dependência gerou o interesse no estudo dos diversos aspectos do vegetal, tais como: sua estrutura (morfologia) e a origem dos diferentes tecidos e órgãos que compõem o corpo da planta (morfogênese); como as características do vegetal são transmitidas de geração em geração (genética); como as plantas são classificadas e quais as suas relações filogenéticas (taxonomia e sistemática); como as plantas estão distribuídas na superfície terrestre (fitogeografia); como as plantas interagem com o ambiente que as cerca (ecologia); e, finalmente, como os vegetais crescem e se multiplicam (Fisiologia). 2. Conceito de Fisiologia Vegetal e seu Relacionamento com outras Ciências De maneira simplista, a fitofisiologia é o ramo da botânica que trata dos fenômenos vitais que ocorrem nas plantas, ou seja, como funcionam os vegetais. Mais especificamente, ela estuda os processos e funções do vegetal, bem como as respostas das plantas às variações do meio ambiente (solo, clima e outras espécies vegetais e animais). Entende-se por processo qualquer seqüência natural e contínua de acontecimentos que possa ser observada nas plantas. Dentre eles pode-se citar: fotossíntese, respiração, absorção e condução de água e de nutrientes, translocação de fotoassimilados, germinação, floração, etc. Considera-se função como sendo a atividade natural de uma parte qualquer do vegetal, ou seja, o papel desempenhado por um órgão, tecido, célula, organela ou constituinte químico da planta. Por exemplo, a atividade fundamental dos cloroplastos é a fotossíntese e a das mitocôndrias é a respiração, já os estômatos desempenham papel importante no controle da difusão, para dentro ou para fora, de vapor de água, de CO2 e de O2. Estas organelas e células estão localizadas nas folhas, que são órgãos onde ocorrem a fotossíntese, respiração e transpiração. 5 solúveis no solo (ânions: cloretos, sulfatos, carbonatos e bicarbonatos – raramente nitratos; cátions: sódio, magnésio e cálcio – raramente potássio) e de gases na atmosfera (O2, CO2, C2H4, O3, CO, SO2, H2S, HF, NO, NO2 e compostos orgânicos voláteis) são os mais importantes. Apesar de muitos dos efeitos destes fatores ambientais no crescimento e desenvolvimento já serem conhecidos, ainda falta muito para que se possa explicar o que ocorre a nível celular e molecular. A compreensão do que ocorre a este nível poderá fornecer ao homem os conhecimentos básicos indispensáveis ao desenvolvimento de métodos e técnicas de manejo capazes, não só de otimizar a produção agrícola como também evitar possíveis efeitos deletérios de certos fatores ambientais sobre o crescimento e desenvolvimento dos vegetais. Figura 2 – Relação entre potencial hereditário, meio ambiente e crescimento e desenvolvimento do vegetal. CRESCIMENTO E DESENVOLVIMENTO PROCESSOS E FUNÇÕES DO ORGANISMO ATIVIDADE FÍSICA E QUÍMICA DOS COMPONENTES CELULARES (METABOLISMO) MEIO AMBIENTE POTENCIAL HEREDITÁRIO 6 3. Aplicações da Fisiologia Vegetal Além dos aspectos teóricos, que ajudam o homem a entender como as plantas nascem, crescem e se reproduzem, os estudos da Fisiologia Vegetal fornece conhecimentos que possibilitam um manejo mais adequado dos indivíduos e das populações vegetais cultivadas e nativas, como se acabou de discutir. Apesar da fitofisiologia ter aplicações na ecologia, no paisagismo e jardinagem, na farmacologia e na fitoquímica, foi na agricultura (olericultura, fruticultura, silvicultura, floricultura, forragicultura, e agricultura propriamente dita) onde os conhecimentos oriundos desta ciência causaram maior impacto. Uma boa produção agrícola é conseqüência de um crescimento e desenvolvimento adequados, os quais dependem da operação equilibrada dos diversos processos e funções do vegetal. Examinando-se as altas produtividades observadas na chamada agricultura moderna verifica-se que isto se deve, basicamente, a utilização de cultivares mais produtivos (contribuição da Genética e do Melhoramento), ao uso de fertilizantes (contribuição da Fisiologia e da Ciência do Solo), ao uso de pesticidas (contribuição da Fitopatologia e da Entomologia), ao uso de irrigação e de máquinas agrícolas (contribuição da Engenharia Agrícola, da Ciência do Solo e da Ecofisiologia), ao uso de técnicas de propagação vegetativa (contribuição da Fisiologia) e, finalmente, ao uso de técnicas de armazenamento e de transporte de sementes, de frutos e de hortaliças (contribuição da Engenharia Agrícola e da Fisiologia). Estes fatos, por si só, demonstram quão importante tem sido a contribuição desta ciência para o desenvolvimento da agricultura. Convém salientar, entretanto, que a utilização inadequada de algumas destas tecnologias tem provocado, não só o aumento exagerado no consumo de energia e de fertilizantes provenientes de fontes não renováveis, como também tem se constituído em ameaça para a vida em nosso planeta. Os exemplos mais conspícuos disto são a salinização e poluição dos solos e das águas e a poluição dos alimentos decorrente do uso inadequado de defensivos agrícolas. Além disto, o aumento constante da população de nosso planeta vai nos forçar, cada vez mais, a utilizar áreas que hoje são consideradas inadequadas para a agricultura, devido a falta ou excesso de água, problemas de salinidade, de sodicidade, de acidez e alcalinidade dos solos, e, finalmente, temperaturas altas ou baixas. Mais uma vez, os fitofisiologistas estão sendo chamados para colaborar na solução destes problemas, através de estudos que visam: a) O esclarecimento dos mecanismos envolvidos na absorção e transporte de nutrientes, bem como dos de fixação simbiótica do nitrogênio atmosférico, encontrado em algumas espécies vegetais; estas descobertas, por certo, contribuirão para otimizar o uso de fertilizantes e poderão fornecer subsídios para que se transfira a característica de fixar nitrogênio para espécies que não a possuem; a consecução destes objetivos possibilitará uma grande economia de fertilizantes originados de fontes não renováveis; b) A compreensão dos mecanismos envolvidos na resistência aos diversos tipos de estresses sofridos pelas plantas, a fim de que se possa desenvolver métodos e técnicas de manejo que sejam capazes de minorar os efeitos deletérios do estresse; informações deste tipo, quando acopladas ao trabalho de biologistas moleculares e de melhoristas podem redundar no desenvolvimento de cultivares que sejam produtivos e menos susceptíveis aos diferentes tipos de estresse; c) O estudo dos mecanismos fisiológicos e bioquímicos envolvendo a relação patógeno/planta e inseto/planta; uma melhor compreensão do que ocorre na fisiologia das plantas susceptíveis e daquelas que são resistentes ao ataque do patógeno ou inseto poderá fornecer dados fundamentais para o controle biológico 7 das doenças e pragas, e, até mesmo possibilitar a descoberta de “medicamentos curativos”. 4. Dificuldades Encontradas no Estudo da Fitofisiologia Ao se examinar os representantes dos diferentes grupos que compõem os vegetais, verifica-se que dentre as cerca de meio milhão de espécies de plantas, são encontrados indivíduos que possuem as mais variadas formas, tamanhos, ciclos de vida e que vivem em diferentes habitats. Estes fatos criam enormes dificuldades aos fitofisiologistas no que diz respeito a generalizações sobre os processos e funções de todos estes grupos de indivíduos e de como o ambiente modifica estes processos e funções. Estas dificuldades, associadas a razões de ordem econômica, levaram os fisiologistas a concentrarem seus esforços no estudo das plantas produtoras de sementes (gimnospermas e angiospermas). Entretanto, como os representantes destes grupos são indivíduos bastante complexos, do ponto de vista morfo- fisiológico, os pesquisadores têm lançado mão do artifício de estudar organismos mais simples (algas e bactérias, por exemplo), extrapolando os conhecimentos adquiridos nestes estudos para as plantas vasculares. Exemplos disto são os estudos sobre absorção de íons e de solutos, em geral, que foram realizados com algas dos gêneros Chara e Nitella, os de fotossíntese, especialmente aqueles relacionados com a fixação e assimilação do CO2, que foram feitos em algas dos gêneros Scenedesmus e Chlorella, além dos estudos sobre o metabolismo dos ácidos nucléicos e proteínas, os quais foram, inicialmente, levados a cabo na bactéria Escherichia coli. Outro fator que limita o estudo dos processos e funções do vegetal, especialmente a nível celular, é a dificuldade de se medir in vivo a atividade metabólica nos diversos compartimentos da célula. Geralmente, o que se faz é quebrar a integridade estrutural do tecido e de suas células com o auxílio de técnicas que envolvem maceração e centrifugação, a fim de se isolar organelas ou o citosol, onde, então, são feitas as análises físicas e químicas in vitro. Este tipo de enfoque experimental que envolve a extrapolação de fenômenos que ocorrem em um tubo de ensaio para o organismo vivo, apesar de não ser o ideal, tem sido responsável pela elucidação de muitos dos mecanismos envolvidos nos processos fisiológicos. Finalmente, como os métodos utilizados na Fisiologia Vegetal são físicos, químicos ou anátomo-citológicos, os equipamentos utilizados estão, cada vez mais caros e sofisticados, dificultando a aquisição dos mesmos por grupos de pesquisadores que não tenham um bom suporte financeiro para seu trabalho. LEITURAS RECOMENDADAS RAVEN, P. H., EVERT, R. F. & EICHHORN, S. E. Biology of Plants. 5th ed., Worth Publishers, Inc., New York, USA, 791p. AUTORES DIVERSOS: Annual Review of Plant Physiology. Publicação anual que teve seu primeiro volume publicado em 1950 e em 1988 (vol. 39) passou a denominar-se de Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. Ann. Ver., Inc. (ed.), Palo Alto, California, USA.