Como as mudanças climáticas afetam a ecofisiologia vegetal? Anderson Kikuchi Calzavara

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1 Como as mudanças climáticas afetam a ecofisiologia vegetal? Anderson Kikuchi Calzavara anderson.calzavara@hotmail.com

2 Reações luminosas (Fluorômetro) Reações de carboxilação (IRGA)

3 IRGA (Analisador de gases por infravermelho)

4 Dois compartimentos: Sensor da amostra Sensor da referência

5 Água Transp. Assimilação CO 2 Temperatura foliar Temperatura do ar Ar Entra Sai Água CO 2 Sensor amostra Vapor de água CO 2 Sensor referência Assimilação de CO 2 Transpiração Condutância estomática Concentração intercelular de CO 2

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7 Curva de resposta à luz No escuro A = Fotossíntese Fotorrespiração Respiração CO 2 assimilado pela fotossíntese CO 2 liberado pela respiração CO 2 perdido por fotorrespiração Não há atividade da rubisco

8 Curva de resposta à luz Intensidade luminosa na qual a assimilação líquida de CO 2 =0

9 Curva de resposta à luz Resposta linear da fotossíntese à luz: produtividade quântica máxima (PQ) 0,04 0,06 C 3 : PQ ligeiramente maior C 4 : PQ pode ser menor (usa ATP para regenerar PEP)

10 Produtividade quântica: Assimilação de CO 2 / fótons absorvidos Plantas C 4 Plantas C 3 Produtividade quântica constante Em baixas temperaturas a PQ é menor do que nas C 3 ATP para regenerar PEP Menor produtividade quântica em altas temperaturas Fotorrespiração

11 Curva de resposta à luz Menor inclinação da reta: menor produtividade quântica máxima (PQ)

12 Curva de resposta à luz Assimilação saturada pela luz (A max )

13 (µmol m -2 s -1 ) Assimilação de CO 2 Assimilação de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) Intensidade luminosa (µmol m -2 s -1 ) y = 0.065x R² = Intensidade luminosa (µmol m -2 s -1 ) Assimilação saturada pela luz (A max )

14 (µmol m -2 s -1 ) Regressão linear y = bx + a Assimilação de CO y = 0.065x R² = Intensidade luminosa (µmol m -2 s -1 ) a = respiração no escuro (R e ) = 1,1126 b = produtividade quântica (PQ) = 0,065 y = assimilação de CO 2 (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

15 (µmol m -2 s -1 ) Regressão linear y = bx + a Assimilação de CO y = 0.065x R² = Assimilação = b(par) + a PCL: y = 0 0 = b(pcl) + a -b(pcl) = a b(pcl) = -a (PCL) = -a/b Intensidade luminosa (µmol m -2 s -1 ) PCL = -(-1,1126)/0,065 PCL = 17,1 y = assimilação de CO 2 (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

16 (µmol m -2 s -1 ) Assimilação de CO 2 Assimilação de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) Intensidade luminosa (µmol m -2 s -1 ) y = 0.065x R² = y = x R² = Intensidade luminosa (µmol m -2 s -1 ) C 3 C 4 C 4 C 3 (A max ) = 17,1 (A max ) = 14,1 PQ = 0,065 R e = 1,1126 PCL = 17,1 PQ = 0,0478 R e = 2,4582 PCL = 53,3

17 Assimilação líquida de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) Curva de resposta ao CO 2 Concentração intercelular de CO2 nas condições atmosféricas atuais Concentração intercelular de CO 2 (ppm)

18 Assimilação líquida de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) Curva de resposta ao CO 2 Sob luz saturante A = Fotossíntese Fotorrespiração Respiração CO 2 assimilado pela fotossíntese CO 2 liberado pela respiração CO 2 perdido por fotorrespiração Concentração intercelular de CO 2 (ppm) Ci = 0 RFR: respiração + fotorrespiração

19 Assimilação líquida de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) Curva de resposta ao CO 2 Pressão parcial (concentração) de CO 2 intercelular na qual a assimilação líquida de CO 2 =0 Ponto de compensação de CO 2 C 3 : 100 ppm (fotorrespiração) C 4 : praticamente nulo Concentração intercelular de CO 2 (ppm)

20 Assimilação líquida de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) Curva de resposta ao CO 2 Limitada pela capacidade do ciclo de Calvin em regenerar a ribulose 1,5-bisfosfato Limitada pela capacidade de carboxilação da rubisco Concentração intercelular de CO 2 (ppm) Eficiência de carboxilação: CO 2 assimilado/[co 2 ] intercelular

21 Assimilação de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) 25 (A max ) = 22,0 B. brizantha (C 4 ) G. max (C 3 ) (A max ) = 17, Concentração intercelular de CO 2 (µmol mol -1 )

22 Assimilação de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) y = x R² = Regressão linear y = bx + a y = assimilação de CO 2 (Assimilação) x = luminosidade (Ci) Assimilação = b(ci) + a -8 Concentração intercelular de CO 2 (µmol mol -1 ) a = respiração e fotorrespiração (RFR) = 7,4885 b = eficiência de carboxilação (EC) = 0,1022 a = intercepto (valor de y quando x=0) a = respiração e fotorrespiração b = inclinação da reta (alteração de y para cada aumento de uma unidade em x) b = eficiência de carboxilação

23 Assimilação de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) y = x R² = Regressão linear y = bx + a y = assimilação de CO 2 (Assimilação) x = luminosidade (Ci) Assimilação = b(ci) + a -8 Concentração intercelular de CO 2 (µmol mol -1 ) Assimilação = b(ci) + a PCCO 2 : y = 0 0 = b(pcco 2 ) + a -b(pcco 2 ) = a b(pcco 2 ) = -a (PCCO 2 ) = -a/b PCCO 2 = -(-7,4885)/0,1022 PCCO 2 = 73,3 a = intercepto (valor de y quando x=0) a = respiração e fotorrespiração b = inclinação da reta (alteração de y para cada aumento de uma unidade em x) b = eficiência de carboxilação

24 Assimilação de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) 25 (A max ) = 22,0 B. brizantha (C 4 ) G. max (C 3 ) (A max ) = 17, Concentração intercelular de CO 2 (µmol mol -1 )

25 EC = 0,7904 RFR = 9,733 PCCO 2 = 12,3 Assimilação de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) B. brizantha (C 4 ) G. max (C 3 ) y = x R² = y = x R² = Concentração intercelular de CO 2 (µmol mol -1 ) EC = 0,1022 RFR = 7,4885 PCCO 2 = 73,3 Mecanismos concentradores de CO 2

26 Efeitos do déficit hídrico

27 (ppm) Transpiração (mmol m -2 s -1 ) (µmol m -2 s -1 ) gs (mol m -2 s -1 ) Assimilação de CO CC DH CC DH Concentração intercelular de CO CC DH 0 CC DH

28 EUA (µmol mmol m -2 s -1 ) Assimilação líquida de CO 2 / Taxa de transpiração CC DH

29 Reações luminosas (Fluorômetro) Reações de carboxilação (IRGA)

30 Reações dos tilacoides: fluorômetro F v /F m : Eficiência fotoquímica máxima do FSII F v /F m = 0,83: 83% da energia dos fótons para a fotoquímica 17% dissipada como calor ou fluorescência

31 Fv/Fm manhã Fv/Fm meio dia ,80 0, , , CC DH 0.4 CC DH

32 Fotoinibição Fotoinibição dinâmica: Ciclo da xantofila Violaxantina Zeaxantina Dissipação de calor 3 Chl* O O 2 * H 2 O 2 OH Fotoinibição crônica: Danos oxidativos Síntese e substituição da proteína D1

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34 Efeitos do aumento de temperatura

35 Assimilação de CO 2 (µmol m -2 s -1 ) C 30 C 40 C Soja (C3) Brachiaria (C4) Temperatura foliar ( o C)

36 gs (mol m -2 s -1 ) EiUA (µmol mol -1 ) C 30 C 40 C C 30 C 40 C Soja (C3) Brachiaria (C4) 0 Soja (C3) Brachiaria (C4) EiUA = Amax/gs

37 Mecanismos de resistência à seca e à alta temperatura

38 Mecanismos de resistência à seca Morfológicos mesofilo mesofilo Mesofilo Cutícula Epiderme sup. atmosfera Imagem: Marcela B. Nascimento

39 Fisiológicos Ajuste osmótico Estresse hídrico < Ψ w N H 2 O Apoplasto H 2 O > Ψ w Vacúolo TURGOR Protoplasma

40 Fisiológicos Ajuste osmótico Estresse hídrico H 2 O > Ψ w N Solutos compatíveis: Prolina Citrulina Manitol Glicina betaína Frutose Sacarose Apoplasto Manutenção do TURGOR Íons < Ψ w Manitol Prolina Protoplasma Vacúolo Ψ π

41 Mecanismos de resistência à alta temperatura Morfológicos Folhas: Enrolamento Queda Espessamento Menor área

42 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

43 Fisiológicos Defesa antioxidante Enzimático: Ânion superóxido Peróxido de hidrogênio Não enzimático: Glutationa Ascorbato Reagem e degradam ERO Carotenoides Quenching da 3 Chl* e 1 O 2 *