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Prof. Cláudio Pagotto Ronchi
Ecofisiologia:
Relação Entre Nutrição e
Fisiologia Vegetal
UFV
Junho/2016
Itupeva-SP
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“Botânica: Organografia” (Vidal e Vidal, 2007)
Classificação das plantas quanto à longevidade:
Anual, bianual e perene:
“planta que perdura por mais de dois anos”.
Merriam-Webster´s Dictionary
(http://www.merriam-webster.com)
“planta que vive alguns ou muitos anos; planta
que tem ciclo de vida maior que dois anos.”
Planta Perene:
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Nome comum Nome
científico
origem/áreas de cultivo
Café arábica Coffea
arabica
Etiópia: florestas tropicais de altitude;
sombreadas; baixa UR
Café robusta Coffea
canephora
Florestas tropicais úmidas da base do
Congo/África; sombreadas
Laranja/toranja
/limão/limas
Citrus spp. obscura; regiões úmidas tropicais ou
subtropicais da China/sudeste asiático;
sombra
Banana Musa spp. Regiões tropicais do sudeste asiático.
Consórcios. Não suporta temp. < 15°C
Mamão Carica
papaya
Terras baixas da América Central e sul
mexicano; caribe
Manga Mangifera
indica
Florestas do sul e sudeste da Ásia
Caracterização da origem (DaMatta, 2007)
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Venda Nova do Imigrante-ES
Linhares-ESFonte: Incaper: http://hidrometeorologia.incaper.es.gov.br/
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• Altas irradiâncias (verão)
• Altas temperaturas (verão)
• Deficit hídrico estacional (inverno)
• Deficit hídrico ocasional (veranicos)
• Nebulosidade maior no verão
• Flutuações da umidade relativa
• Fotoperíodo menor no inverno
Características climáticas sazonais das
regiões onde são cultivadas?
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Elas têm suas respostas fisiológicas, de
crescimento, de desenvolvimento, e seu
ciclo de vida (que é longo) fortemente
associado a esse padrão sazonal climático,
respeitando suas origens evolutivas.
Culturas perenes:
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É um ramo da
Botânica que estuda
o funcionamento
das plantas“como elas capturam e
transformam a energia e como elas
crescem e se desenvolvem”
Fisiologia Vegetal:
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• São organismos do reino Plantae.
• São autótrofos, multicelulares, caracterizados
pela presença de clorofila e celulose.
Plantas
Autotofria (origem do grego):
autos = o próprio, sozinho
+
trophos = alimentar-se
Organismo capaz de sintetizar as substâncias
nutritivas por ele requeridas a partir de
substâncias inorgânicas obtidas do seu
ambiente, utilizando-se de uma fonte de energia
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Equação geral
H2O + CO2
clorofila
C6H12O6
O2
• Produção de carboidrato
• Liberação de O2
Fotossíntese:
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Qual a constituição
química de uma
planta?
Quais elementos
químicos formam a
matéria seca?
C - Carbono
H - Hidrogênio
O - Oxigênio
=
95%
Considerando-se
que 95% da
matéria seca das
plantas deriva da
fotossíntese,
conclui-se que a
produção depende,
direta ou
indiretamente, da
magnitude das
taxas fotossintéticas(KHANNA-CHOPRA, 2000)
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...mas 5% da matéria seca de uma planta
é formada por elementos minerais!
95,07%
4,93%
Ronchi (dados não publicados)
(33° MAT) (57° MAT)
Elem. Min.
% d
e C
HO
ou
Ele
m. M
in.
na
co
pa d
o c
afe
eir
o
Catuaí Vermelho IAC
144
Plantio: jan/2010
coleta 1: out/12
coleta 24: set/14
Análise química
Café arábica
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Ronchi et al. (dados não publicados)
Daqueles 4,93%, a participação de cada elemento é...
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A planta não pode ser capaz de completar seu ciclo
de vida na ausência de um dado elemento mineral;
A função do elemento mineral não pode ser
substituída por outro elemento mineral;
O elemento deve estar envolvido diretamente no
metabolismo da planta (ex.: componente de um
constituinte essencial) ou deve ser requerido para
uma etapa metabólica especifca (ex.: reação
enzimática).
Critérios de essencialidade (Arnon & Stout, 1939)
Elemento mineral
essencialNutriente mineral=
Se esses elementos minerais essenciais
forem fornecidos à planta, assim como a
energia solar e água, elas podem sintetizar
todos os compostos necessários para o seu
crescimento e completar o seu ciclo de vida.
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É o estudo de como as plantas obtêm
e utilizam os nutrientes minerais
• Intemperização de minerais
• Mineralização da M. orgânica
• Adubações suplementares
Funções
Absorção
Transporte
• Incorporados na estrutura, ou
• Armazenados no suco celular
Íons+ ou -
Nutrição mineral:
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É a ciência das interrelações entre a
fisiologia da planta e o ambiente no
qual ela está inserida.
Merriam-Webster´s Dictionary
(http://www.merriam-webster.com)
Água no solo; UR; nutrientes minerais;
O2; CO2, vento, luz, temperatura, etc.
Ecofisiologia:
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Plantas sob estresse temporátio vs permanente
Larcher, 2004
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Crescimento
Desenvolvimento
Acúmulo de
matéria seca
Produtividade
Da capacidade de
aclimatação às
mudanças do
ambiente, e,
sobretudo, aos
estresses abióticos
D
E
P
E
N
D
E
Fotossíntese
Respiração
Transpiração
Absorção
Translocação
Luz
Água
Elementos
mineraisTemperatura
UR
Oxigênio
CO2
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Fatores requeridos para o crescimento:
Luz CO2 Água Nutrientes minerais
O aumento de qualquer um desses fatores, a partir da zona de
deficiência, aumenta o crescimento e a produtividade.
(“Lei dos incrementos decrescentes” – Mitscherlich, 1954)
(Marschner, 1995)
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Há uma estreita relação entre o crescimento
e produção das culturas e o teor de
nutrientes minerais em seus tecidos.
Importância da análise foliar como
ferramenta do diagnóstico nutricional das
plantas (ela mostra a real capacidade das
plantas em absorver os nutrientes do solo).
(Dr. André Guarçoni/ Incaper-ES)
Nutrição mineral
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Aspectos quantitativos da absorção
Curva de resposta do crescimento em função da
concentração no tecido vegetal
(Larcher, 2004)
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Funções dos nutrientes na planta
(Componente estrutural, papel no metabolismo,
ativadores enzimáticos, reguladores osmóticos)
Sintoma visualFolha velha Folha nova
Suprimento inadequado
Desordem fisiológica
(deficiência ou toxidez): análise foliar!
Depende da capacidade de translocação ou mobilidade no floema
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Mobilidade dos elementos no floema (Fontes, 2001)
Alta (1) ou
Móvel (2)
Intermediária (1) ou
Variável (2)
Baixa (1) ou
Imóvel (2)
N (1,2)
P (1,2)
K (1,2)
Mg (1,2)
Na (1)
S (1)
Cl (1)
Zn (1,2)
Cu (1,2)
Mo (1,2)
Fe (1)
B (1)
S (2)
Ca (1,2)
Mn (1,2)
B (2)
Fe (2)
(1) Marchner (1995); (2) Smith e Loneragan (1997)
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Fotossíntese
Estrutura
foliar
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Célula
vegetal:
Fotossíntese
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Transformação energia luminosa em energia química
Etapas da fotossíntese:
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Tilacoides com clorofilas
Luz
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“O sintoma de deficiência está ligado à função fisiológica e à
mobilidade do nutriente”
Clorofilas a
C55H72N4O5Mg
C55H70N4O6Mg
Clorofilas b
Espectro de absorção das clorofilas
Absorve
azul e
violeta
Reflete o
verde
Absorve o
vermelho
Sintomas: clorose
N: generalizada em folhas velhas
Mg: clorose internerval folhavelha
Sintomas: clorose
Fe: reticulada em folha nova
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Etapas da fotossíntese:
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Etapa fotoquímica:PSII
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Etapa fotoquímica:
PSI
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Transformação energia luminosa em energia química
Etapas da fotossíntese:
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“Janela” de entrada
do CO2 = Estômato
Saída de
água
Entrada
de CO2
Transpiração
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Fábrica de
açúcar
Difusão do CO2 para interior da folha
• Deficit hídrico no solo
• Deficit hídrico na atmosfera (baixa UR)
Nos trópicos:
Alto DPV
Plantas perenes
têm baixa
condutividade
hidráulica
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Taxa de assimilação líquida do carbono
Trocas gasosas: IRGA
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am (-MPa)
0,04 0,65 1,43 1,96 2,82
gs
(mm
ol
H2O
m-2
s-1
)
0
5
10
15
20
25
30
A (
mol
CO
2 m
-2 s
-1)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
B
A
am (-MPa)
0,0 0,7 1,4 2,0 2,8
E (
mm
ol
H2O
m-2
s-1
)
0,0
0,7
1,4
2,0
2,8
C
Taxa
fotossintéticaTaxa
transpiratória
Abertura
estomática
Horário DPV(kPa) UR(%) Tar(°C)08:00 2,79 30,65 29,0911:30 4,52 19,70 34,7015:00 4,61 18,25 35,00
Ronchi et al.
Aumento do déficit hídrico
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Fechamento
estomático
Déficit hídrico
Alta temperatura
Baixa UR do ar
Para reduzir a
transpiração(Castro et al., 2005)
Detalhe do estômato
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Movimento estomático:
http://simbiotica.org/transporteplanta.htm
Função do K e do Cl
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Movimento estomático:
Papel do K+ e da sacarose na abertura estomática
Abertura
estomática[sacarose]estômato
Ab
ert
ura
esto
máti
ca (
m)
Co
lora
çã
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e K
(% á
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[sacaro
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a)
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Importância do K+ e da água para as plantas
Permite crescimento devido à pressão de turgor
Disponibilidade hídrica
Expansão celular
Crescimento da planta
Déficit hídrico em café
K+
K+
K+
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Transformação energia luminosa em energia química
Etapas da fotossíntese:
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Ciclo de
Calvin
Enzima:
Rubisco
• 20 a 30% do N total da
folha;
• A Rubisco é a proteína
solúvel mais abundante
no cloroplasto e
representa mais de 50%
das proteínas de uma
folha.
Etapa bioquímica:
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“A concentração de N afeta a taxa
fotossintética”
Taxa fotossintética em resposta à luz, sob
deficiência de N (Marschner, 1995)
![Page 45: Ecofisiologia: Relação Entre Nutrição e Fisiologia Vegetal Cláudio Pagotto.pdf · Banana Musa spp. Regiões tropicais do sudeste asiático. Consórcios. Não suporta temp](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020304/5be1dd0409d3f288328be994/html5/thumbnails/45.jpg)
Papel do Mg na ativação da Rubisco
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Em condições normais, a fotossíntese drena a energia absorvida
Etapas da fotossíntese:
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Escaldadura•Clorose: devido à
degradação da clorofila
•Necrose: devido à
morte celular
A folha absorve uma quantidade de energia
(solar) maior que a sua capacidade de utilizá-la.
Mesmo a folha tendo mecanismos de
fotoproteção, eles não conseguem dissipar o
excesso de energia, daí surge o dano oxidativo,
sobretudo naquelas plantas que recebem o sol da
tarde.
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Cultivo por 1,5
ano, sob três níveis
de N: 2N, 1N, 0N.
Depois expos à
alta Irradiância
A resposta de “curto-prazo” à alta irradiância depende
do estado nitrogenado do cafeeiro
Ramalho et al.,
1997
Taxa de
assimilação
líquida de
carbono
Fotossíntese
máxima
- gs, TRE, Fv/Fm e
FSII reduziram,
com maior efeito
nas plantas
deficientes em N.
- NPQ aumentou
em plantas com
bom suprimento de
N (fotoproteção).
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(Ramalho et al., 2000)
A resposta de aclimatação “longo-prazo” à alta
irradiância depende do estado nitrogenado do cafeeiro
O nível nitrogenado determina a
aclimatação às altas irradiâncias em
café, a curto e longo prazo
(Ramalho et al., 1997; 2000).
Importância do N
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Suprimento inadequado de N (Carelli et al., 2006)
Redução na concentração de pigmentos
fotossintéticos, dos complexos protéicos da etapa
fotoquímica, das enzimas da fase bioquímica;
Redução nas taxa fotossintéticas;
Aumenta a sensibilidade à fotoinibição;
Baixa atividade da Rubisco;
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Suprimento adequado de N ao
cafeeiro (Carelli et al., 2006)
Crescimento rápido: número folhas e de ramos, número de nós/ramo e de
gemas por nó (maior produtividade);
Alta correlação entre as taxas fotossintéticas máximas sob luz saturante e os
teores foliares de N;
Melhor performance fotossintética, sobretudo sob estresse (temperatura, luz,
água), tanto a curto e longo prazo (aclimatação);
Proteção contra estresse oxidativo;
Permite recuperar mais rápido de condição estressante (toda a maquinaria
fotossintética);
Aumento na eficiência do uso da água.
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O equilíbrio nutricional ou o
estado nutricional adequado
seguramente determina o
desempenho fotossintético das
plantas, sobretudo em
condições de estresses.
Conclusão parcial:
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Fatores que afetam a absorção
Internos Externos
-Potencial genético
-Estado iônico interno
-Intensidade do crescimento
-Intensidade do metabolismo:
(fotossíntese e respiração)
-Intensidade da transpiração
-Morfologia de raízes
-Disponibilidade na solução
do solo (fórmula química e
concentração)
-pH (efeito direto e indireto)
-Aeração e umidade
-Temperatura
-Interações iônicas
Estado nutricional e
absorção de nutrientes:
O estado nutricional de uma planta está
intimamente ligado à absorção!
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Crescimento do caule do conilon
Taxa de crescimento varia com a época do ano
0.00.51.01.52.02.53.03.54.0
M J J A S O N D J F M AMeses
Cre
sc. ra
mo
(m
m d
ia-1
)
nao irrigado
irrigado
Taxa crescimento ramo plagiotrópico - Linhares
(Silveira et al., 1996)
Linhares-ESFonte: Incaper: http://hidrometeorologia.incaper.es.gov.br/
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Fases da frutificação do café conilon
2 4 6 8 10 12 14 16 18
20 22 24 26 28 30 32 34 36
2 4 6 8 10 12 14 16 18
20 22 24 26 28 30 32 34 36
1- chumbinho
Semanas após florada
3- Granação 4- Maturação
2 4 6 8 10 12 14 16 18
2- expansão rápida
20 22 24 26 28 30 32 34 36
Florada
Inicio Set. Final de OutFinal de Dez
Meados de Mar Maio
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Fatores que afetam a absorção
Internos Externos
-Potencial genético
-Estado iônico interno
-Intensidade do crescimento
-Intensidade do metabolismo:
(fotossíntese/translocação/respiração)
-Intensidade da transpiração
-Morfologia de raízes
-Disponibilidade na solução
do solo (fórmula química e
concentração)
-pH e umidade
-Temperatura
-Aeração
-Interações iônicas
Estado nutricional e
absorção de nutrientes:
O estado nutricional de uma planta está
intimamente ligado à absorção!
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Sistema
radicular
Parte aérea
Carboidrato
Translocação
“floema”
Carboidrato
Fotossíntese:
Translocação
“xilema”
Nutrientes
Energia = ATP
Absorção de
nutrientesRespiração
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FloemaDreno
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Translocação no floema
Dreno
água
sacarose
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Translocação no floema
Sentido do movimento: fonte para o dreno
Fonte
Fonte
raízes
Frutos
Folhas
novas
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Composição
química do
café (grão
verde)
Fonte: Encyclopedia
of Food Science,
Technology and
Nutrition - Academic
Press, 1993.
http://www.cafepoint.com.br/ca
deia-produtiva/cafe-saude/cafe-
e-composicao-quimica-
38703n.aspx
Glicose
CO2
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Fonte
Dreno
Transporte no floema
pressão
pressão
Gradiente
de
pressão
Respiração
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Fatores que afetam a absorção
Internos Externos
-Potencial genético
-Estado iônico interno
-Intensidade do crescimento
-Intensidade do metabolismo:
(fotossíntese/translocação/respiração)
-Intensidade da transpiração
-Morfologia de raízes
-Disponibilidade na solução
do solo (fórmula química e
concentração)
-pH e umidade
-Temperatura
-Aeração
-Interações iônicas
Estado nutricional e
absorção de nutrientes:
O estado nutricional de uma planta está
intimamente ligado à absorção!
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Fatores que afetam a
absorção: externos
Temperatura: aumenta a taxa respiratória
Tx respiratória
Tx absorção K+
Tx absorção H2PO4-
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Aeração:Para respiração mitocondrial (ATP):
(Marschner, 1995)
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Transporte de
solutos através
da membrana
A disponibilidade
de carboidrato
determina a taxa
de transporte
![Page 67: Ecofisiologia: Relação Entre Nutrição e Fisiologia Vegetal Cláudio Pagotto.pdf · Banana Musa spp. Regiões tropicais do sudeste asiático. Consórcios. Não suporta temp](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020304/5be1dd0409d3f288328be994/html5/thumbnails/67.jpg)
Situação Fotossíntese Respiração Saldo de
carbono
Sem
estresse
Boa ou alta Normal +++++++
Estresse
moderado
Baixa Acima do
normal
+++
Estresse
severo
Muito baixa ou
nula
Alta ---------
Foto-
síntese
Respi-
ração
Fixa o
carbono
Libera o
carbono
Ganho de matéria seca = fotossíntese - respiração
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Fatores que afetam a absorção
Internos Externos
-Potencial genético
-Estado iônico interno
-Intensidade do crescimento
-Intensidade do metabolismo:
(fotossíntese e respiração)
-Intensidade da transpiração
-Morfologia de raízes
-Disponibilidade na solução
do solo (fórmula química e
concentração)
-pH (efeito direto e indireto)
-Aeração e umidade
-Temperatura
-Interações iônicas
Cinética da absorção de íons (cinética de saturação)
Disponibilidade na solução do solo
(mmol L-1)
Taxa d
e a
bsorç
ão
(µm
olg
-1h
-1)
Influxo
máximo
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Fatores que afetam a absorção
Internos Externos
-Potencial genético
-Estado iônico interno
-Intensidade do crescimento
-Intensidade do metabolismo:
(fotossíntese/translocação/respiração)
-Intensidade da transpiração
-Morfologia de raízes
-Disponibilidade na solução
do solo (fórmula química e
concentração)
-pH e umidade
-Temperatura
-Aeração
-Interações iônicas
Estado nutricional e
absorção de nutrientes:
O estado nutricional de uma planta está
intimamente ligado à absorção!
![Page 70: Ecofisiologia: Relação Entre Nutrição e Fisiologia Vegetal Cláudio Pagotto.pdf · Banana Musa spp. Regiões tropicais do sudeste asiático. Consórcios. Não suporta temp](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022020304/5be1dd0409d3f288328be994/html5/thumbnails/70.jpg)
Morfologia da raiz (ápice radicular)
(Zonta et al., 2006)Fonte: Willie
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Características morfofisiológicas da raiz
(Zonta et al., 2006)
Platô Azul
Tiros-MG
IAC 62 – 2010
Objetivo: investigar as
raízes de plantas
originadas de tubetes
Fevereiro
2015
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Fatores que afetam o sistema
radicular: plasticidade1. Idade da planta e carga pendente (BRAGANÇA, 2005)
2. Tipo de irrigação e do manejo nutricional adotados (BARRETO et al., 2006)
3. Relação entre fonte e dreno (ALVES et al., 2011)
4. Método de formação de mudas (JESUS; CARVALHO; SOARES, 2006; PARTELLI
et al., 2006, 2014b; SILVA et al., 2010)
5. Características químicas do solo (MOTA et al., 2006)
6. Calagem em subsuperfície (RODRIGUES et al., 2001)
7. Práticas culturais (RENA; GUIMARÃES, 2000; RENA; DaMATTA, 2002)
8. Competição e das espécies de plantas daninhas (RONCHI et al., 2007)
9. Material genético (ALFONSI et al., 2005; BRAGANÇA, 2005; PINHEIRO et al.,
2005; SILVA et al., 2010; COVRE et al., 2013).
10. Densidade de plantio (CASSIDY; KUMAR, 1984; Ronchi et al., 2015)
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linha de plantio
1
2
3
Projeção
da copa
Cultivares: IAC 144; IAC 62; IAC 32; IAC 1699-13
Espaçamentos: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8
Posições: entre plantas na linha; 0,25 e 0,5 m
Profundidades: 0,1; 0,2; 0,4 m
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Amostragem
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Coloração e digitalização
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Processamento (Safira)
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Massa de matéria seca (g cm-3)
Área total de raízes (mm2 cm-3)
Comprimento total (m cm-3)
Volume (mm3 cm-3)
Comprimento específico (m g-1)
Superfície específica (m2 kg-1)
Diâmetro médio ponderado (mm)
Quantidade
por volume
de solo
Qualidade
Características associadas à
morfologia
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Efeito do cultivar, posição e profundidade na
morfologia radicular do cafeeiro
(Ronchi et al., 2015)
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Efeito do espaçamento entre plantas
sobre morfologia radicular do cafeeiro
A redução do espaçamento aumenta a quantidade de raízes
por volume de solo, mas não altera sua qualidade
morfológica
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profundidade de 10 cm
0,4 m entre plantas 0,8 m entre plantas
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Fatores que afetam a absorção
Internos Externos
-Potencial genético
-Estado iônico interno
-Intensidade do crescimento
-Intensidade do metabolismo:
(fotossíntese/translocação/respiração)
-Intensidade da transpiração
-Morfologia de raízes
-Disponibilidade na solução
do solo (fórmula química e
concentração)
-pH e umidade
-Temperatura
-Aeração
-Interações iônicas
Estado nutricional e
absorção de nutrientes:
O estado nutricional de uma planta está
intimamente ligado à absorção!
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(Fernandes e Souza, 2006)
Fluxo radial de íons até o
xilema
Transpiração
(Tensão)
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Acúmulo de matéria seca
Catuaí Vermelho IAC 144
Terceira safra - fertirrigadoRonchi: dados não publicados
da parte aérea:
306 g/planta/mês
de frutos:
235 g/planta/mês
Taxa de crescimento
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Catuaí Vermelho IAC 144
Terceira safra - fertirrigado
Acúmulo de Nitrogênio
Ronchi: dados não publicados
Parte aérea
folhasFrutos
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Catuaí Vermelho IAC 144
Terceira safra - fertirrigado
Teor de Nitrogênio
Ronchi: dados não publicados
folhas
Frutos
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Catuaí Vermelho IAC 144
Terceira safra - fertirrigado
Acúmulo de Cálcio
Parte aérea
folhas
Frutos
Ronchi: dados não publicados
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folhas
Frutos
Teor de Cálcio
Catuaí Vermelho IAC 144
Terceira safra - fertirrigadoRonchi: dados não publicados
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Função do Ca?
• Constitui lamela média
• Rigidez da parede
• Estabiliza as membranas
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Consideração final
Atmosfera
Planta
Solo
N
Fotossíntese
Cu
P
Mn
K
SZn
Ca
Mg
Fe
B
Matéria
seca
I
N
T
E
R
A
Ç
Õ
E
S
E
C
O
F
I
S
I
O
L
Ó
G
I
C
A
S
Tempo
M
A
N
E
J
O
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Obrigado!
“Uma das causas do fracasso na vida é deixar para amanhã o que se
pode fazer hoje, e depois, fazer tudo apressadamente”
(Sabedoria popular)
Prof. Cláudio Pagotto Ronchi