Cultura de café: da semente, ao crescimento e reprodução

Cultura de café: da semente, ao crescimento e
reprodução
Prof. José Laércio Favarin
USP/ESALQ
Produção Vegetal
setembro - 2015
Ecofisiologia e Nutrição em Sistema de Produção
Departamento de Produção Vegetal
Setor agricultura
Tudo começa com a semente...
Semente é a estrutura biológica que garante a continuidade da vida vegetal.
Nesta forma, a vida embrionária fica por algum tempo “quase suspensa”. O
Potencial de produção depende do melhoramento genético. Na prática, o
resultado real é uma fração do potencial, e essa fração depende do ambiente e
da qualidade da intervenção do homem -, os tratos culturais...
Fases da germinação...
Fase I – embebição rápida de água do substrato, graças ao elevado potencial
matricial. Entrada de água reativa enzimas da respiração e atividade do GA. Fase
III é quando inicia o crescimento do eixo embrionário, notado pela protrusão da
radícula. Nesta fase, o embrião não suporta desidratação, comum na fase II...
00Mpa
MP -0,5 Mpa
I
II
III
-1,0 MPa
Eira et al. (2006)
-2,0 MPa
Fisiologia da germinação...
Fase I, a rápida embebição reativa enzimas da respiração e a atividade do ácido
giberélico (GA). Reservas são mobilizadas (lipídios, amido e proteínas) na fase III,
com o início do crescimento do embrião...
Lipídios Glicose
CO2
Acetil-CoA
H2O
Carregadores de poder redutor
endosperma
NADH2
embrião
FADH2
Eira et al. (2006)
eAcetil-CoA
eCO2
CO2
eH2O
4H+ + O2
GA
H2O
2H2O
Pi + ADP ATP
Bioquímica da germinação...
Embebição
0
1
2
radícula
3
4
5
6
7
8
9
10
DAE
Entrada H2O ►GA
Expansão embrião
Crescimento protuberância
Embrião
Aumento comp. cotilédone: 35%
Aumento do comprimento do eixo embrionário
F-punção: 1,4 a 1,0N
F-punção: 1,0 a 0,6N
EB-mananase: 0 - 60%
EB-manase: 60 - 100%
Celulase: 0 - 60%
Celulase: 60 - 100%
Endosperma
Micropilar
Aumento porosidade parede celular
EB-mananase
3d
6d 9d
Celulase
A-Porosidade p. celular
Eira et al. (2006); modificado de Silva et al. (2004, 2005)
Endosperma
Lateral
Morfologia externa
Barboza & Favarin (2013)
Germinação: retomada de crescimento do embrião,
interrompido no fim da maturação na planta-mãe.
O processo inicia com a embebição e encerra com a
protrusão da radícula (fisiologista) ou pela formação
da plântula (fitotecnista).
Endosperma
lateral
Endosperma
Micropilar
Cotilédones
Eixo
embrionário
Eira et al. (2006)
Morfologia interna
Fatores influentes na germinação...
Eira et al. (2006)
Temperatura: relaciona com a respiração; configuração de proteínas e catálise de
reações químicas; e, ainda, regula a expressão gênica. Potencial hídrico: embrião
expande-cresce após hidratação, por conta da pressão de turgor; a água reativa,
também, o metabolismo. Oxigênio: fosforilação oxidativa depende de O2 para
produzir ATP. Há os fatores da própria semente como vigor..., e fatores bióticos e
abióticos...
Novembre (2008)
Zoneamento agrícola para o café...
Para fins de zoneamento, das áreas aptas à cafeicultura, foram levados em conta
dois fatores (térmico e hídrico): temperatura média anual e balanço hídrico
Coffea arabica
Tm: 18 °C a 22 °C
DH: < 120 mm
Altitude: > 800 m
Coffea canephora
Tm: 22 °C a 26 °C
DH: < 150 mm
Altitude: < 700 m
Morfologia vegetal, aspectos conceituais...
Morfologia é um dos ramos da botânica, cuja finalidade é o estudo das formas e
estruturas da planta, e auxilia a sistemática. As estruturas são: raiz, caule, folha,
ramo, flor e fruto. Contribui, ainda, com a agronomia, no manejo da planta...
Meristemas primários são tecidos embrionários. Eles formam sem parar novos órgãos,
raiz, caule, folha e ramo. São células “isodiamétricas” e embrionária à semelhança de
células-tronco (Weigel e Jürgens, 2002). Meristemas secundários como: o axilar (eixo
principal), floral e lateral, originam após o desenvolvimento embrionário.
Floração significa término de um ciclo crescimento. Em perene, a reprodução que segue,
acontece ao mesmo tempo que inicia uma “nova vegetação”. São, portanto, dois drenos
de CH2O e nutrientes -, a frutificação mais a vegetação.
Crescimento primário, diz respeito a extensão, enquanto o crescimento secundário à
espessura dos órgãos. Divisão celular só ocorre em tecidos especiais -, os meristemas.
Morfogênese e diferenciação acontecem junto com o crescimento. A morfogênese é o
desenvolvimento da forma, enquanto diferenciação é a aquisição de diferentes aspectos
estruturais/funcionais. Desenvolvimento vegetal resulta do conjunto desses processos:
crescimento, morfogênese e diferenciação.
Morfologia da raiz do café...
Raiz pivotante ou pseudopivotante? A raiz primária desenvolve-se da radícula do
embrião. A raiz primária e suas ramificações, as raízes laterais, constituem a raiz
pivotante. As raízes laterais originam endogenamente, acima da zona dos pelos,
e possuem as mesmas partes da raiz principal. A raiz pivotante é, também,
denominada de raiz axial.
Zona
pilífera
Zona
elongação
M. apical
divisão
celular
coifa
Morfologia do caule do café...
Nas axilas das folhas cotiledonares em diante, em todo caule, têm-se as gemas
seriadas. Entre as axilas do “sexto, oitavo ou décimo par de folha” em diante,
surge, além das gemas seriadas, uma gema isolada a cabeça de série, acima da
série. Ramos plagiotrópicos, produtivo ou ramo lateral origina da gema cabeça
de série. A espécie C. canephora é multicaule...
Tetraplóide: 2n = 44 cromossomos
Autógama: 90-100% autofecund.
C. eugenioides x C. canephora
Diplóide: 2n = 22 cromossomos
Alógama: 100% fecundação cruz.
Incompatibilidade gametofítica
Raiz e caule, condutividade hidráulica...
Condutividade hidráulica é diretamente proporcional a diferença de pressão e a
quarta potência do raio do elemento de vaso, e inversamente à viscosidade do
fluído. Com base na origem das espécies, como será a resistência em C. arabica e
em C. canephora?
Equação de Poiseuille
Resistência - MPa dm-2 hg-1
5,2µm
10
Jv = (Δ x  x r4)/8 x 
15,8µm
Brunini & Angelocci (1998)
5
Resistência: raiz – caule - folha
0
-1,4
-1,0
-0,6
água no solo - MPa
-0,2
Dimorfismo de ramos em café...
Dimorfismo é uma diferenciação somática permanente. Pode-se reproduzir os
diferentes tipos de ramos por propagação assexuada, isto é, o caule e/ou ramo
ladrão originará uma planta normal. Do ramo lateral origina uma planta atípica,
rasteira, sem caule normal. Axilas de folhas de ramos plagiotrópicos têm gemas
seriadas e, raramente, cabeça de série. Frutificação depende do CH2O formado
nas folhas anexas (Meloto, 2007).
55
Barros & Maestri (1974)
R
AF: cm2
Taxa cresc.: cm2 sem.-1
27
9,2
Out.
4,5
Jan.
9
0,9
Jun.
Morfologia da folha
Pecíolo é semelhante a estrutura do caule (Menezes et al. 2012). A folha é dorsiventral,
pois o parênquima paliçádico é de um lado e o lacunoso de outro. Os estômatos
estão na epiderme abaxial (hipostomática) onde têm, em média, 200 (arábica) e
400 estômatos/mm2 (canéfora) (Voltan, et al., 1992). A forma e o arranjo das células
do paliçádico (cloroplastos paralelos) às paredes maximiza o uso da luz. Ainda,
mais espaços intercelulares no mesofilo facilitam as trocas gasosas e, portanto, a
eficiência fotossintética (Menezes et al., 2012).
folha sombra
folha sol
Nunes (Agrolink, 2015)
Espectro visível ou luz propriamente
Planta usa energia da radiação visível ou fotobiológica, entre 400nm (violeta-azul)
e 700nm (vermelho). Esta faixa visível ao olho humano é a própria luz. Só há
reação fotoquímica se a energia do fóton for “suficiente” para deslocar elétron π.
Intensidade da luz às 12h sem nuvem (1.840/2.400 mmol m-2 s-1) e, em dia nublado,
(250/300 mmol m-2 s-1)...
E (kJ) = h x c/λ; em que h constante Planck (6,62 x 10-34 J s); c à
velocidade luz (3 x 108 m s-1); λ ao comprimento onda (x 10-9 m).
VaVaLv
Rubisco corresponde a 50% da proteína foliar em C3 (Lowlor, 2002). Planta superior realiza 25
mil reações enzimáticas por segundo, enquanto a rubisco faz, somente, três reações por
segundo (Mann, 1999). Como a planta compensa esta ineficiência? O anel de porfirina têm
muitas ligações conjugadas (simples e duplas alternadas), com muitos elétrons π deslocados
nos orbitais externos em ressonância. Estes elétrons absorvem fótons de luz e deslocam-se
para orbitais mais energéticos. Este processo denomina-se absorção de luz...
PS
Fase fotoquímica da fotossíntese
Hidrólise da água fornece (45% O e 7% H), e prótons/elétrons à formação de
substâncias energéticas NADPH/ATP, sem as quais não se forma biomassa (CH2O)..
ATP
ADP + Pi
e-
NADPH
NADP + Pi
H+
Estroma: pH 8
e-
PSI
e-
PSII
PC
e-
2 H 2O
O2 + 4H+ 4H+
e-
tilacóide
PC
Lúmen: pH 5
Fase bioquímica da fotossíntese
Fotossíntese é mantida se houver consumo CH2O. Sob baixo teor de P a triose-P
fica no cloroplasto, onde sintetiza amido, e seu acúmulo cessa a fotossíntese...
H2O
MPa
-0,01
-0,30
P-xilema
µh
ATP
-1
NADPH
5,99
0,02
Ruiz et al. (1988)
O2
CH2O-P
Pi
CH2O
Composição 1000 kg MS
C - carbono
450
O - oxigênio
450
H - hidrogênio
50
CH2O – fotossínt. 950
CO2
95% Massa
Atmosfera
Água
Metabolismo do carbono e nitrogênio
Colheita relativa - %
Fotossíntese relaciona com o teor de N-foliar (Epstein & Bloom, 2006). A maior parte do
N está no cloroplasto, na rubisco. Parte da ineficiência da rubisco resolve-se com o
aumento da dose de N, mas e a produtividade...? 100
80
60
40
0
200 400 600 800
N – kg ha-1
27
28
0,8
0,6
0,4
0,2
0
100
200
30
N foliar – g kg-1
Rubisco – µmol m-2 s-1
clorofila – mmol m-2
Neto & Favarin (2011)
29
200
100
0
100
N foliar – mmol m-2
200
Morfologia da flor de café
Órgão reprodutivo das angiospermas é a flor. Café tem flor hermafrodita, possui a
parte feminina e masculina na mesma flor. Flor têm quatro verticilos florais (cálice,
corola, androceu, gineceu). O cálice é rudimentar, e possui sépalas verdes, a corola
branca, tem cinco pétalas. Androceu é formado pelos estames; e o gineceu pelos
carpelos. Estames são folhas modificadas: filete “pecíolo”, e a antera “limbo foliar”.
Foto: Neto, A.P (2013)
Frutificação do cafeeiro
Granação não altera o tamanho do fruto por causa da lignificação do endocarpo.
O aporte de biomassa é da ordem de 10,4 vezes (Laviola, 2008). Esta grande quantia
de massa veio da fotossíntese das folhas próximas aos frutos (Melotto, 1987)…
Massa fresca - g
1,3
Geromel et al. (2006)
1,0 EX
GR
0,5
CH
Dias após florada
60 89 118 147 176 118 234
CH
Laviola (2008)
MS
N
P
K
30,4
0,7
0,06
1,0
EX
GR
mg por fruto
201,7
4,3
0,3
4,1
347,5
3,8
0,2
5,9
Morfologia do fruto café
Fruto é uma drupa elipsoide com duas lojas e, as vezes, três formando o ovário. O
fruto é constituído por pericarpo e semente. Pericarpo é a parede do fruto, a qual
têm três camadas: epicarpo (casca fina); mesocarpo (mucilagem, rica em água,
açúcares e pectinas –, fibras solúveis) e, por fim, o endocarpo (material lignificado
envolvente à semente).
xilema rompido do
pecíolo
Morfologia da semente, e a história continua...
Massa seca – (%)
Semente é plana-convexa, formada por embrião e endosperma. O endosperma é o
tecido que substituiu o perisperma durante a formação da semente. O resíduo
sobre o endosperma é resto do perisperma, denominada película prateada.
60
Geromel et al. (2006)
40
20
0
Endosperma
Perisperma
60 89 118 147 176 118 234
Dias após floração
Eira et al. (2006)
Endosperma
Endocarpo
ou
pergaminho
Película prateada
ou
resto perisperma
E a história continua, até...
Prof. José Laércio Favarin
ESALQ - USP
Produção Vegetal
setembro - 2015
[email protected]
Departamento de Produção Vegetal
Piracicaba/SP
Parte da respiração, assimilação N e defesa planta
GLICÓLISE
Succinil – CoA
GLICOSE
2–oxoglutarato
Fumarato
Malato
Oxalacetato
CICLO
DE
KREBS
Isocitrato
Cis–Aconitato
Glicose – 6P
Frutose – 6P
Gliceraldeido – 3P
Gliceraldeido –
Citrato
Glicerato – 3P
Assimilação de N
Aminoácidos:
Aspartato,
Alanina,
Asparagina
Fosfoenolpiruvato
Piruvato
Acetil – CoA
Metabolismo
secundário
Via chiquimato:
síntese alcalóides,
fenóis, flavonóides,
lignina, AA e AIA
Síntese: Terpenos,
isoprenóides,
alcalóides derivado
de terpenóides, GA e
ABA