Apresentação - Esalq

Programa de Pós-Graduação em
Genética e Melhoramento de Plantas
LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
As adaptações das plantas às condições do cerrado
brasileiro
Aluna: Carolina Grando
Orientador: Giancarlo Conde Xavier Oliveira
Departamento de Genética
Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil
Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php
Introdução
Condições físicas do ambiente
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Cerrado
Características do bioma
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Considerações finais
Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Cerrado
Introdução
Condições Físicas do Ambiente
Condições físicas: temperatura, disponibilidade de água, radiação solar,
pH
Diversidade de organismos
Evolução sob diferentes pressões ambientais
Ricklefs, 2003
Introdução
Condições Físicas do Ambiente
Plantas: sésseis (exploração de recursos pontual)
Evolução das Plantas: condições físicas agem como principais
pressões seletivas à evolução
Distribuição das espécies pela Terra
Ricklefs, 2003
Introdução
Condições Físicas do Ambiente
Biomas: formas vegetais dominantes
Adaptações
Coutinho, 2008
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Adaptações evoluem pela ação da seleção natural
- Caracteres que apresentam variabilidade genética herdável
- Organismos com diferentes aptidões
→
Antes da Seleção
Depois da Seleção
↓ T (˚C)
→
→
Antes da Seleção
Depois da Seleção
↓ T (˚C)
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Adaptações evoluem pela ação da seleção natural
→
Antes da Seleção
Depois da Seleção
↓ T (˚C)
→ ... →
↓ T (˚C)
Evolução
Evolução ocorre por outros processos: deriva genética
Nem toda evolução ocorre por seleção natural, mas toda a
evolução adaptativa, sim
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Qual a unidade de seleção?
- Adaptações ocorrem ao nível do indivíduo - herdabilidade
- Entidades ajustadas pela seleção natural: Genes
- Têm longa duração
- Não são fragmentados pela meiose e pela recombinação
Adaptações beneficiam o indivíduo - a reprodução dos genes é
maximizada por ser associada à reprodução dos organismos
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa
- Teoria de Fisher: Gradual – pequenos passos vantajosos ao
longo do tempo (mutações de pequeno efeito fenotípico)
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
As mudanças genéticas ao longo da evolução adaptativa
- Teoria não é válida para organismos distantes do pico adaptativo
- Kimura (1983)
Taxa de
Substituição
de Mutações
=
Probabilidade do
surgimento de
mutações
X
Probabilidade das
mutações serem
vantajosas
X
Vantagem
seletiva
- Orr (1998): 2˚ e 3˚ fatores
- Mutações de grande efeito fenotípico → mutações de pequeno efeito
Teoria de Fisher nunca foi totalmente acolhida ou descartada
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Como reconhecer as adaptações?
- Valor adaptativo (fitness): medida de sucesso reprodutivo dos
organismos
- Desvantagem: nem todas as características são mensuráveis, e
algumas não são detectáveis estatísticamente
- Convergência adaptativa: organismos não-aparentados
desenvolvem semelhanças fenotípicas, em resposta à condições
ambientais comuns
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Como estudar as adaptações?
- Método comparativo : comparar a forma ou a função de um
órgão em diferentes tipos de espécies, no mesmo local ou
entre diferentes localidades
- Comparar genes ou seqüências de DNA
- Método
experimental: modificar a forma ou função do órgão,
no mesmo ambiente ou em ambientes diferentes
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
Seres vivos ajustados ao meio porque possuem adaptações para
melhoria de sua sobrevivência e que favorecem sua reprodução
Enfoque errôneo: adaptação como relação de finalidade
- Pressupõe previsibilidade do processo evolutivo
- Adaptação resultante de seleção sob variação direcionada para a
melhoria da adaptação
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
- Adaptação como relação de causa e efeito
- Causa: condições físicas agem sobre as diferenças de sucesso
reprodutivo das plantas - seleção sobre variação não-direcionada
- Efeito: evolução adaptativa - variantes que oferecem vantagens
seletivas aumentam em freqüência na população ao longo do
tempo
Adaptações existem porque são vantajosas
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Enfoques sobre a adaptação
As adaptações são ajustes dos organismos aos ambientes presentes
Enfoque errôneo: organismos são ajustados por seleção natural
em ambientes passados
As adaptações dos organismos não são perfeitas
Persistência: ambientes atuais tendem a ser similares aos do
passado
Ridley, 2006
Introdução
Evolução adaptativa das plantas às condições físicas do ambiente
Plantas cultivadas
Condições macroclimáticas e microclimáticas
seleção natural
↓
seleção artificial → Adaptação
Cerrado
Características do bioma
Segundo maior bioma brasileiro
- 2.000.000 km2 (Ratter, 1997)
- Núcleo: 11 Estados
- Áreas disjuntas
Cerrado
Características do bioma
Coutinho (1978): Complexo vegetacional
- Floresta-ecótono-campo: cinco fitofisionomias
- Dois estratos de vegetação: arbustivo-arbóreo
herbáceo-subarbustivo
Cerrado
Características do bioma
Complexo vegetacional
- Matas de galeria, veredas, murundus
Castro et al. (1999): 3.000 a 7.000 espécies
- Arbustivo-arbóreo: 1.000 a 2.000 espécies
- Herbáceo-subarbustivo: 2.000 a 5.000 espécies
Hot spots mundiais
Cerrado
Características do bioma
Distribuição da vegetação
- Poucas espécies abundantes
- Grande endemismo
- Condicionantes:
- Condições climáticas
- Condições edáficas
- Efeitos do fogo
Castro et al, 1999, Coutinho, 2008
Cerrado
Características do bioma
Condições climáticas
- Savana neotropical estacional
- Arbustos e gramíneas
- Temperaturas entre 20 a 27˚C
-Duas estações bem definidas (pluviosidade)
- Inverno seco (maio a setembro)
- Verão chuvoso (outubro a abril)
- Média anual: 1.200 a 1.800 mm
Klinka & Machado, 2005
Cerrado
Características do bioma
Condições climáticas
Diagrama de Walter
- Estação seca: 4 a 5 meses
- Estação chuvosa: veranico
(1 a 2 meses)
5 a 7 meses de restrição
de água
Cianciaruso et al., 2006
Cerrado
Características do bioma
Condições climáticas
Assad, 1994
Cerrado
Características do bioma
Condições edáficas
- Relevo: maciços de planaltos sedimentares e de cimeira,
com superfície aplainada, com altitudes entre 300 e 1700 m
Microclima → distribuição local das vegetações
AB’ Saber, 2003
Cerrado
Características do bioma
Condições edáficas
- Solos: geralmente profundos, porosos, altamente
intemperizados, com baixa fertilidade e pH ácido
- Latossolos e Neossolos Quartzarênicos: 60% ocorrência
Escleromorfismo oligotrófico
Reatto & Martins, 2005
Cerrado
Características do bioma
Efeitos do fogo
- Quantidade matéria seca/ sazonalidade chuvas
- Ocorrência: 40.000 anos A.P.
- Agosto e novembro
- Grande agente perturbação
- Mudanças na estrutura e composição florística
- Magnitude depende da freqüência
Salgado-Labouriau, 2005
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Razão raiz/parte aérea
- Valores altos: sistema radicular desenvolvido
- Hoffmann & Franco (2003): 11 gêneros
Água das camadas profundas
Porte baixo da vegetação do cerrado
Hoffmann & Franco, 2003
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Translocação de fotoassimilados (raiz)
- 6 gêneros
Formação de reservas (secas e queimadas)
Hoffmann & Franco, 2004
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Estruturas subterrâneas
- Raízes gemíferas
- Xilopódio: caule subterrâneo
Isostigma peuceudanifolium
Reservas (rebrota fogo e seca)
Vilhalva & Appezzato-da-Glória , 2006
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Estruturas subterrâneas
- Rizoma (perfilhamento)
Rebrota (fogo e seca)
Coutinho, 2008
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Estruturas caulinares aéreas
- Casca espessa : cortiça
- 10 gêneros
Hoffmann et al, 2003
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Estruturas do fruto
- Kielmeyera coriaceae: pericarpo espesso
- Text (fogo): 390 a 730˚C
- Tint: 62 ˚C (sem perder viabilidade)
- Deiscência dos frutos
↓
Fogo: agente dispersor
Cirne, 2002
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Estruturas foliares
- Estômatos abaxiais, cutícula espessa, pilosidades
Reduzem perdas de água por transpiração
Mauro et.al., 2007
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Crescimento (baixa concentração de nutrientes)
- Ex: Diferentes concentrações (pH=4,0) KH2PO4,
MgSO4.7H2O (pH=4,0)
Sinningia allagophylla
Gomes & Shepherd, 2000
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Acúmulo foliar de alumínio
- Altos teores de Fe2+ e Al3+ → acumuladora
Sinningia allagophylla
Qualea parviflora
Palicourea rigida
(Gomes & Shepherd, 2000; Haridasan, 2005)
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Ajustamento osmótico
- Assimilação de água pela planta depende do gradiente de
potencial de água (solo – planta – atmosfera)
Menor potencial
Água → menor potencial
Ψatmosfera < Ψsolo
Estresse hídrico
Ψsolo < Ψatmosférica
↓
- Fechamento estômatos
- Ajustamento osmótico → plantas cerrado
Maior potencial
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Ajustamento osmótico
- Acúmulo intracelular de solutos na raiz
- Manutenção da turgescência celular sob baixo potencial hídrico
do solo
- Abertura dos estômatos (transpiração e fotossíntese)
Solanum licocarpum
Chaves Filho & Stacciarini-Seraphin, 2001
Adaptações das plantas
Morfológicas e fisiológicas
Resistência plântulas à seca
- Potencial Hídrico Foliar: 3 gêneros
Hoffmann & Franco, 2004
Considerações finais
Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Convergências adaptativas
Ambiente manteve-se semelhante por um grande período de tempo
Condições físicas → distribuição da vegetação e evolução
Considerações finais
Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Condições climáticas
-Análises paleoecológicas
Salgado-Labouriau, 2005
Considerações finais
Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Condições climáticas
-Análises paleoecológicas
Salgado-Labouriau, 2005
Considerações finais
Evolução adaptativa das plantas ao cerrado
Condições climáticas
16 ciclos , 1,6 milhões anos
Vegetação do cerrado é antiga
- Áreas disjuntas (similaridade florística)
- Espécies cogenéricas entre o cerrado
e mata
Diferentes pressões ambientais → Especiação
Salgado-Labouriau, 2005
Considerações finais
Cerrado
Redução do bioma
1950
2002
2.000.000 km2
900.000 km2 (45%)
Maior redução: São Paulo (85%)
Machado et al., 2004
Considerações finais
Cerrado
Redução do bioma
- Expansão agropecuária desordenada
500.000 km2
100.000 km2
Klink & Machado, 2005
Considerações finais
Cerrado
Maiores ameaças ao bioma
Brachiaria decumbens
Melinis minutiflora
Klink & Machado, 2005; Pivello,
Considerações finais
Cerrado
Maiores ameaças ao bioma
Klink & Machado, 2005; Coutinho, 2008
Considerações finais
Cerrado
Preservação e Conservação
- Áreas protegidas: 2,2 %
231.668 ha
65.514 ha
133.064 ha
32.776 ha
- Conservação: Código Florestal → 20 %
Klink & Machado, 2005
Considerações finais
Cerrado
Klink & Machado, 2005
Muito obrigada!!
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