fisiologia vegetal aplicada à cana-de-açúcar

VOANDO COM RIPER
Aspectos fisiológicos da maturação da
cana-de-açúcar
Prof. Dr. Paulo Figueiredo
Engenheiro Agrônomo
Unesp - Universidade Estadual Paulista - “Júlio de Mesquita Filho”
FCAT – Faculdade de Ciências Agrárias e Tecnológicas de Dracena
Barra Bonita – SP
Fevereiro de 2016
2
“No corpo vegetal, a todo instante, estão
ocorrendo infinitas combinações de síntese e
degradação
de
compostos
orgânicos
e
inorgânicos, que de maneira extremamente
ordenada,
culminam
no
crescimento
e
desenvolvimento das plantas.”
3
“O conjunto de reações químicas que acontecem internamente nos
órgãos vegetais, na verdade, começam a ser processadas ao nível celular.”
4
FL = FB - R
5
QUAL A IMPORTÂNCIA DA FASE
DE ESTABELECIMENTO?
Produtividade Agroindustrial
Longevidade
Futuro de uma unidade
sucroenergética
QUE É IAF E SUA
IMPORTÂNCIA ?
7
IAF – ÍNDICE DE ÁREA FOLIAR
8
Casagrande (1991)
“Em média, a cana-de-açúcar
produz, por dia, 18g de matéria
seca por
2
m
de solo.”
Rostron, 1974
Qual a importância
fisiológica da
Fotossíntese?
FOTOSSÍNTESE
RESPIRAÇÃO
CELULAR
14
Maturação
fisiológica
Maturação Fisiológica da Cana
A maturação da cana-de-açúcar é o
armazenamento do excesso de sacarose.
Alexander (1973)
A cana-de-açúcar para acumular sacarose tem que
retardar seu crescimento vegetativo, sem alterar
significativamente o processo fotossintético.
Buenaventura (1986)
17
Por que uma planta C4
é eficiente?
Maturação Fisiológica da Cana
Cana-de-açúcar planta C4
Alta taxa fotossintética
Primeiro com posto estável na fase bioquímica – Malato 4C
Baixa perda de CO2
Baixa taxa de Fotorrespiração
Baixo consumo de água por unidade de matéria seca produzida
Alto acúmulo de sacarose
Magalhães in Gheller (2012)
19
A cana-de-açúcar deve ser explorada em
terrenos ou locais que possuam, entre
outras vantagens, uma considerável
exposição à luz, devido ao seu potencial
genético e aparato fotossintético melhor
preparado.
Há efeito interativo entre luz solar, temperatura,
ocorrência de chuvas e variedades de cana-deaçúcar em resposta ao processo de maturação.
Temperaturas em torno de 17-18ºC são favoráveis
para o acúmulo de altos níveis de sacarose.
No entanto, baixas temperaturas levam a um rápido
declínio na eficiência fotossintética, afetando o
desenvolvimento do colmo, o transporte de açúcar e
seu armazenamento.
(Leite, 2005) 21
Nas plantas C3 a Eficiência do
Uso da Água (EUA) é de
3 g.CO2/kgH2O, enquanto que
nas C4 é de
5 g.CO2/.kgH2O
MESOFILO
FIXAÇÃO DO CO2
CÉLULAS DA BAINHA
VASCULAR
DESCARBOXILAÇÃO
DO CO2
CICLO DE CALVIN
“Geralmente, nas plantas C4, as células do
mesofilo estão, no máximo, a 2 ou 3 células de
distância das células da bainha mais
próximas.”
(Taiz e Zeiger, 2004)
As C4 possuem maior
quantidade de Rubisco, Ribulose
Bifosfato Carboxilase
Oxigenase, uma das enzimas
mais abundantes no planeta...
Sob temperaturas na faixa entre 30 a
40o C, as plantas C4 apresentam taxa
fotossintética de duas a três vezes
maiores do que as plantas C3, em
função da estabilidade de enzimas.
Isso é importante para a construção
do aparato de acúmulo das reservas.
A máxima atividade da enzima
Pepcase, (C4) ocorre entre 30 a
o
35 C, enquanto que a Rubisco em
torno de dez graus abaixo...
“Seus cloroplastos armazenam pouco amido e
são mais adaptados ao processo fotossintético, por
possuírem maiores grana, estruturas de
armazenamento de clorofila.”
FASE FOTOQUÍMICA
FASE BIOQUÍMICA
30
As plantas C4 possuem
células com paredes
espessas e pouco
permeáveis à
CO2 e H2O
O investimento em
FOTORRESPIRAÇÃO intefere na
produção de açúcares na Fotossíntese...
Nas plantas C4 a Fotorrespiração é
baixa, devido ao maior suprimento
interno de CO2.
O QUE É
FOTORRESPIRAÇÃO?
FOTORRESPIRAÇÃO
PEPCASE?
CICLO
2C
35
“A síntese de sacarose
é de fundamental
importância para o
enriquecimento dos
entrenós do colmo.”
FOLHAS LANCEOLADAS
Síntese de amido e de sacarose, processos competitivos que ocorrem em diferentes
compartimentos celulares.
Triose fosfato:
síntese de amido no CLOROPLASTO
OU
Triose fosfato:
síntese de sacarose no CITOSSOL
Sacarose e amido
inibem a formação de
um ao outro.
Sacarose
Floema
Parênquima
do colmo
Células
parenquimáticas
Vacúolo celular
Transporte de
fotoassimilados
O movimento da sacarose
ocorre contra um gradiente
de concentração com gasto
de energia - ATP.
41
transpiração
42
“As células parenquimáticas ou
associadas ao sistema vascular
possuem uma extensa rede de
plasmodesmos, facilitando a
ocorrência de uma rota para o fluxo
de metabólitos.”
(Taiz e Zeiger, 2004)
43
Folha de uma C4 demostrando as pontuações com plasmodesmos nas células da bainha
vascular pelos quais os metabólitos do ciclo do carbono são transportados
46
Armazenamento
de
açúcares
ARMAZENAMENTO DA
SACAROSE
●
CONDIÇÕES FAVORÁVEIS AO CRESCIMENTO
–
●
OS FOTOSSINTATOS SÃO TEMPORARIAMENTE ACUMULADOS
NOS VACÚOLOS PARA REDISTRIBUIÇÃO PELA A PLANTA
CONDIÇÕES DESFAVORÁVEIS AO CRESCIMENTO
–
OS FOTOSSINTATOS SÃO ACUMULADOS NO VACÚOLO E NÃO SÃO
REDISTRIBUIDOS, SENDO PORTANTO ARMAZENADOS =>
INTENSIFICA A MATURAÇÃO DO COLMO
A sacarose, produto final da fotossíntese,
desloca-se através do floema e transforma-se
no vacúolo das células de armazenamento
no parênquima.
O processo de armazenamento envolve a síntese
e acúmulo de sacarose no vacúolo, assim como
a inversão da sacarose em glicose e frutose para
deixar o vacúolo novamente para ser utilizado
na Respiração.
49
Qual a relação entre
Respiração
Celular e Maturação da
cana-de-açúcar
FASE FOTOQUÍMICA
Planta
sob
estresse?
53
Controle
enzimático e
maturação da
cana-de-açúcar
“A enzima invertase ácida é
responsável pela hidrólise da
sacarose em glicose e frutose.
Portanto, existe uma estreita
relação entre o a atividade da
invertase ácida e crescimento da
cana de açúcar.”
56
“O conteúdo de água apresenta
correlação negativa com a
atividade da sacarose sintetase,
que forma sacarose.
Na fase de maturação, menor
quantidade de água induz à mais
sacarose.”
57
Curva de
maturação
CURVA DE MATURAÇÃO CENTRO SUL
Composição da
matéria prima
Caldo
O caldo é composto por água e
sólidos solúveis, que são açúcares e
não açúcares.
63
COMPOSIÇÃO DA MATÉRIA PRIMA
Umidade da cana
A umidade decresce durante a maturação. Um teor da
ordem de 70 % é típico de colmos em adiantado estádio
de maturação.
Valores menores do que 68 % denotam chochamento,
sendo mais crítico quanto menor for o teor de umidade.
(Mutton e Mutton, 1992)
65
Aspectos
fisiológicos da
cana bisada
A cana bisada deve exibir uma alta
produtividade agrícola?
Sim, em função da maior idade cronológica...
A qualidade da matéria prima pode deixar a
desejar?
Sim, as lavouras, que já se encontravam em ponto de
maturação, voltam a crescer e se desenvolver...
PARTICULARIDADES DA CANA BISADA
Há maior facilidade no
tombamento das plantas?
Células e tecidos mais pesados, pois o canavial
bisado recebe mais água, por passar novamente
por um período de chuvas.
O intenso crescimento e desenvolvimento exige
a presença de grande quantidade de água para
promoção do metabolismo vegetal.
PARTICULARIDADES DA CANA BISADA
Índice de florescimento é
acentuado no canavial bisado?
Sim, a maior possibilidade de florescimento é decorrente
do suporte fisiológico que a cana bisada apresenta por
ocasião do período indutivo...
Existe também uma acirrada competição intraespecífica,
que faz com que as plantas, de forma mais frequente,
transformem o meristema apical de caule para posterior
emissão do eixo floral.
Evitar o risco do florescimento.
QUAL A RELAÇÃO ENTRE
FLORESCIMENTO E
ARMAZENAMENTO DE
AÇÚCARES?
PARTICULARIDADES DA CANA BISADA
Há maior predisposição
à isoporização dos
colmos?
PARÊNQUIMA – TECIDO DE ARMAZENAMENTO DE SACAROSE
75
Como a isoporização se
manifesta ao nível
celular?
Feixes condutores
longitudinais
Parênquima
PARTICULARIDADES DA CANA BISADA
Qual o problema da alta
incidência de brotação, inclusive
lateral; e enraizamento aéreo dos
colmos?
“A síntese de amido revela imaturidade
da cana de açúcar.”
Plantas jovens, a região apical do colmo,
bem como plantas que perderam a
dominância
apical
por
manejo
inadequado ou por fatores ambientais
desfavoráveis, são ricas em amido.”
80
PARTICULARIDADES DA CANA BISADA
PROCESSO DE BROTAÇÃO
Os órgãos da gema estão em estado latente e,
havendo condições favoráveis, passam para o
estado ativo de crescimento e desenvolvimento
devido às mudanças das reservas nutritivas pela
atividade de enzimas e reguladores de
crescimento.
(DILLEWIJN, 1952)
83
Segato et al. (2006) complementam afirmando que a brotação inicial,
provém de energia originária da degradação de reservas do tolete, onde a
planta utiliza O2 para quebrar os carboidratos, lipídeos e proteínas, e
produzir a energia necessária à biossíntese.
84
PARTICULARIDADES DA CANA BISADA
Susceptibilidade ao ataque
de pragas e doenças
86
O ataque de pragas e
doenças aumenta a
taxa respiratória e o
consumo de ATP...
40
As plantas contêm água e nutrientes, combinação perfeita
para a proliferação celular.
Com objetivo único de protegê-las, podem ocorrer reações
bioquímicas que desdobram os açúcares nas plantas, a fim de
produzir lignina, polissacarídeos e compostos fenólicos, que em
excesso podem atuar como inibidores do metabolismo das
leveduras, refletindo em significativas perdas de rendimento na
produção de álcool pela indústria.
88
PARTICULARIDADES DA CANA BISADA
Alto teor de impurezas
vegetais e minerais
PARTICULARIDADES DA CANA BISADA
Elevada presença de
fibras
Um elevado teor de fibra intensifica a
reabsorção do caldo pelo bagaço durante o
processo de moagem, reduzindo a eficiência
da extração do material esmagado.
A utilização de água na embebição pode
minimizar as perdas, no entanto, resulta em um
bagaço mais úmido e com maior dificuldade de ser
queimado nas caldeiras.
Parênquima
Feixes vasculares
Page 94
Uso da ferramenta
Maturador, a fim de
potencializar o processo
de maturação e melhorar
as características da
matéria prima.
CONSIDERAÇÕES
FINAIS
[email protected]
96