Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
ESTUDO DIRIGIDO BOTÂNICA II Estudo dirigido direcionado a 2ª parte da disciplina de Botânica II Respondido por aluno(a). 1) Para saber como as plantas crescem é preciso compreender que há uma diferença entre desenvolvimento e alongamento celular. Diferencie desenvolvimento e alongamento celular. Para isto, você precisa explicar os termos “crescimento” e “diferenciação”. Crescimento é o aumento do tamanho e número de células, que resulta no ganho de massa e diferenciação é o processo de especialização celular que resulta nos diferentes tipos celulares presentes no corpo. Com isso, há o desenvolvimento quando ocorre o crescimento e a diferenciação e o alongamento celular é o processo de expansão da célula sem que ela se divida, responsável pelo crescimento. 2) Como podemos avaliar o crescimento das plantas? Medindo parâmetros como: aumento de tamanho em altura ou largura, aumento do número ou tamanho de células ou ainda, aumento de peso. A construção de gráficos e tabelas. Observações das fases distintas com inclinações diferentes. Foi medida a altura da parte aérea produzida após a germinação das sementes de milho no solo. Na fase inicial, o crescimento é quase nulo, representa a fase de germinação e início do crescimento da plântula. Após, ocorre o ganho de tamanho, a fase logarítmica. Posteriormente, o aumento constante da taxa de crescimento, a fase de crescimento linear e por fim, a fase senescente. 3) Explique de forma simples como os hormônios das plantas atuam para que haja regulação do organismo. As células-alvo percebem os hormônios através de proteínas receptoras específicas, assim, a depender do local que estiverem atuando - diferentes tecidos ou órgãos - e da concentração do hormônio, um mesmo hormônio pode causar diferentes efeitos fisiológicos. 4) Quanto as auxinas responda: a) Darwin realizou um experimento onde iluminou os coleóptilos de Phalaris canariensis (alpiste) em apenas um de seus lados, e eles se curvavam em direção à luz. Explique detalhadamente qual a relação da auxina e o resultado visto por Darwin. Você deve citar a principal região de produção da auxina e explicar como ocorre seu transporte na planta. O ápice da planta é capaz de perceber o estímulo luminoso e transmitir essa informação para os tecidos e células abaixo dele. A substância responsável por esse fenômeno é o Ácido Indol Acético, uma auxina. As auxinas são produzidas no ápice e descem até os tecidos que irão atuar. A principal região de produção de auxinas é o meristema apical, são transportadas de um pólo a outro da planta, em direção polar. b) Como as auxinas regulam o alongamento da planta? Por que este processo de alongamento é conhecido como Teoria do Crescimento Ácido induzido por Auxinas? A parede celular é levemente desestabilizada, oferecendo menos resistência à pressão hidrostática interna, que empurra os componentes celulares e faz com que a célula aumente de tamanho sem dividir. Esse processo ocorre pela acidificação da parede celular em decorrência da chegada de auxina na célula, acarretando no alongamento e desestabilização da parede, juntamente com o aumento da atividade de enzimas que degradam a parede celular. Como esses eventos dependem da acidificação da parede celular, esse processo também é conhecido como Teoria do Crescimento Ácido induzido por Auxinas. c) O que o jardineiro pretende quando remove os ápices da planta que está sendo podada? Explique com base no conceito de Dominância apical. Que novos brotos apareçam. As gemas mais próximas ao ápice estão submetidas a concentrações de auxinas maiores do que aquelas que estão mais perto da base da planta, e, portanto, mais afastadas do principal centro de produção de auxinas. Quando o ápice é retirado, a concentração cai bruscamente e a inibição é removida até que um novo broto cresça e assuma a função de principal, estabelecendo nova dominância. Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. d) Cite exemplos e explique o mau uso do conhecimento de auxinas. A utilização de herbicidas baseados em auxinas sintéticas como o Ácido-2-4-diclorofenoxiacético, também conhecido como agente laranja. Essa auxina teve seu uso proibido como herbicida por causa da sua atividade mutagênica. A aplicação de grandes quantidades no campo impedia o crescimento de dicotiledôneas indesejadas, sem afetar o desenvolvimento de monocotiledôneas, comprometendo seriamente o ambiente. O 2,4D foi utilizado como na Guerra do Vietnã como desfolhante nas florestas que os vietcongues usavam como esconderijo e de onde atacavam o exército americano, a aplicação era feita com a utilização de aviões. Os vietcongues e soldados americanos expostos a altas concentrações de 2,4D desenvolveram diversos tipos de câncer. e) Aborde as auxinas e: ● as raízes; As auxinas causam um efeito indutório na formação de raízes. Quando um agricultor retira estacas para multiplicar uma planta, ele corta ramos da parte aérea. Esse ramo precisa enraizar, para formar uma planta completa. Muitas vezes ele aplica no ramo uma preparação comercial, chamada de mistura de enraizamento, que é uma auxina sintética, misturada a talco ou qualquer outro substrato inerte para facilitar aplicação. ● a senescência; As folhas, quando jovens, possuem camadas de células meristemáticas capazes de produzir auxinas, além das que recebem do resto da planta, e essa maior concentração de auxina inibe a senescência destes órgãos. ● a floração e frutificação. A formação do meristema floral depende da quantidade de auxina que chega até ele. Para que as estruturas florais se formem são necessários eventos de divisão e diferenciação celular que necessitam de auxina. A regulação do crescimento do fruto depende de auxina. Parte da auxina é liberada, inicialmente pelo tubo polínico e posteriormente, pelas sementes que estão se formando. À medida que o estabelecimento do fruto vai se completando, também a auxina produzida pelas células do endosperma do fruto começa a ser utilizada. 5) Quanto as citocininas responda: a) Quais principais fenômenos as citocininas regulam? As citocininas regulam a divisão celular ou citocinese. b) Explique a atuação das citocininas na divisão celular. As citocininas aceleram a transição da fase G2 para mitose, em que ocorrerá a divisão do material genético. Elas induzem a síntese de proteínas específicas, inclusive das que controlam o ciclo celular. c) Explique o balanço hormonal entre auxinas e citocininas na dominância apical. As auxinas produzidas no meristema apical induzem a formação das raízes e reprimem o crescimento dos brotos laterais, enquanto as citocininas, produzidas nas raízes induzem a diferenciação e o crescimento de brotos e reprimem o crescimento da raiz. As células do caule são menos sensíveis à auxina do que as da raiz, o inverso para as citocininas, os tecidos produtores de cada um dos tipos de hormônios estão submetidos a maiores concentrações. d) Como ocorre o transporte de citocininas? São produzidas principalmente nos meristemas apicais da raiz e transportadas via xilema, junto com a água e os sais minerais (embriões e frutos também produzem citocininas). e) Explique o efeito anti-senescente relacionado com as citocininas. As citocininas atuam na proteção do sistema de membranas contra os processos degradativos, está relacionado a diminuição da formação e velocidade de quebra de radicais livres, diminuindo as taxas de oxidação dos lipídeos de membranas e prolongando, assim, a vida das células. 6) Quanto as giberelinas responda: Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. a) Explique como as giberelinas atuam na regulação da altura da planta. As giberelinas têm efeitos no alongamento dos caules de plantas, através da estimulação tanto da divisão como do alongamento celular nas células dos internós do caule. b) Diferencie auxinas e giberelinas quando se trata de alongamento da planta. As giberelinas são capazes de promover o crescimento em extensão de plantas intactas, sem acidificação e em períodos de tempos diferentes - as auxinas em até 40 minutos e as giberelinasem algumas horas, dependendo da espécie. As giberelinas também são capazes de aumentar o crescimento pelo estímulo da divisão celular, e não só do alongamento, como ocorre com as auxinas. Já as auxinas são capazes de induzir a síntese de giberelinas e, assim, o crescimento total e o desenvolvimento da planta é resultado da ação coordenada de muitos sinais combinados. c) Dê um exemplo da aplicação comercial das giberelinas no alongamento da planta. Sua utilização no incremento da produção de cana-de-açúcar. Em regiões mais frias, alguns produtores têm problemas drásticos de redução do crescimento no inverno, neste caso é recomendável a aplicação de giberelinas que irão estimular o alongamento dos internós dos colmos. d) Aborde as giberelinas e: ● a floração e aplicação comercial; A aplicação de giberelinas é uma forma de fazer a planta sair do período juvenil e é comercialmente interessante pois assim pode-se diminuir o tempo necessário para obtenção de flores e frutos. ● a frutificação e aplicação comercial; As giberelinas auxiliam no estabelecimento do fruto, favorecendo o seu crescimento após a polinização. Uma aplicação comercial é a que ocorre na produção de uvas para consumo in natura, o ácido giberélico promove a produção de frutos maiores, sem sementes e mais soltos entre si, pois ocorre maior crescimento do talo que sustenta os frutos. ● a aplicação comercial e germinação. A mobilização das reservas da semente é desencadeada pela ação das giberelinas, que aumentam a atividade e a síntese das enzimas responsáveis pela degradação das reservas da semente, a principal delas, a α-amilase, que degrada o amido armazenado. Com o aumento das taxas de atividade da α-amilase, induzido por giberelinas, surgiu mais uma aplicação comercial. A produção de cerveja depende da qualidade da mistura que alimenta a levedura, e a principal mistura utilizada é a baseada em cevada, Hordeum vulgare, que é posta para germinar e, antes de o processo se completar, é seca, triturada e adicionada a levedura. A adição de giberelinas durante a fase inicial de germinação da cevada faz com que mais amido seja degradado e convertido em açúcar e, assim, mais açúcar é liberado para a levedura. 7) Quais são os hormônios conhecidos como hormônios de estresse? Por que eles são conhecidos assim? O etileno e o ácido abscísico, pois atuam na sinalização e resposta da planta a estresses diversos, permitindo que o organismo sobreviva até que a situação de estresse seja superada. 8) Quanto ao etileno responda: a) O que é o etileno? É um gás com alta capacidade de dispersão e extremamente potente na indução da maturação e senescência de frutos. b) O que ocorre ao acondicionar frutas em locais bem fechados e abafados? O acondicionamento de frutas em locais muito abafados causa o apodrecimento rápido e induz ao apodrecimento de frutas que normalmente demoram mais para amadurecer. c) Cite condições estressantes ambientais que estimulam a produção de etileno. O uso de fogueiras para sincronizar a floração e frutificação. Vazamento de lamparinas e a fumaça de sua queima liberam etileno induzindo a queda de folhas que ficam próximas a iluminação de rua. Germinação de sementes no escuro. Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. d) Explique como um gás pode ser um hormônio. Seus precursores são moléculas sólidas dissolvidas dentro do protoplasma da célula. Por isso, os mesmos processos que acarretam o aumento de etileno nas células-alvo inicialmente acarretam um aumento do precursor do etileno - o ácido amino ciclo propano. Assim, nas células que estão sob estresse, o que aparece primeiro é o precursor ACC. Nestas células acontece a transformação do ACC em etileno, que depende de O2 para ocorrer. e) Explique a atuação do etileno e seus efeitos em situação de alagamento. O pouco de etileno que consegue ser produzido na raiz estimula a produção de celulases - que digerem a celulose da parede celular de algumas células do córtex da raiz, que morrem. Surgem assim espaços, preenchidos com ar, que até ajudam na flutuação das raízes - o aerênquima. Assim, o sistema radicular pode permanecer vivo até a situação de alagamento terminar. f) Explique a atuação do etileno e seus efeitos na abscisão de folhas, flores e frutos. Qual hormônio que atua em conjunto com o etileno e como ele atua? Ação conjunta de auxinas e etileno. As plantas formam uma área de cicatrização na região próxima ao local onde o órgão irá se destacar - chamada região, zona ou camada de abscisão. Nesta região, duas ou mais camadas de células iniciam a degradação de suas paredes celulares pela ação do etileno, pela ativação de celulases e outras enzimas hidrolíticas que degradam a parede celular. As células vão se soltar umas das outras e, quando o órgão se desprender da planta, os tecidos mais internos e vivos não ficam expostos. g) Explique a atuação do etileno e o amadurecimento dos frutos. O amolecimento do fruto é devido a degradação de suas paredes celulares, além do aumento do teor de água. Os frutos também mudam de cor, tornando-se amarelados, avermelhados, pois a degradação de clorofila está aumentando enquanto a síntese de outros pigmentos também aumenta, deixando de ser mascarados pela clorofila. No caso do tomate, o etileno regula a síntese de licopeno e também de moléculas associadas ao aroma do fruto. Alguns frutos apresentam comportamento de acentuado aumento nas taxas de respiração, medido pela liberação de CO2, que ocorre logo após pico máximo de produção de etileno. 9) Quanto ao ácido abscísico (ABA) responda: a) Explique brevemente o ABA e a dormência. O ABA é um potente indutor de dormência, encontrado nos tecidos que estão dormentes ou se preparando para entrar em dormência, como brotos e sementes e também folhas. Quando o tecido está dormente, está vivo, mas não está crescendo, logo seu metabolismo é muito baixo. Para crescer, o tecido precisa de novos componentes, como as proteínas, tanto as estruturais como as com atividades catalíticas, as enzimas. Assim, nos tecidos dormentes, o ABA inibe fortemente a síntese de proteínas, fazendo com que não cresçam. b) Explique a atuação do ABA e seus efeitos no estresse hídrico. O ABA está relacionado com a sinalização e resposta aos estresses hídrico, iônico ou por congelamento. Ele pode ser produzido nas folhas, na coifa da raiz e no caule, sendo transportado através do tecido condutor. As raízes, que logo percebem a falta de água, aumentam a produção de ABA, que será transportado até as folhas. A função do ABA é interromper a transpiração estomática pelo fechamento rápido dos estômatos. Logo as raízes, que primeiro percebem a falta de água, aumentam rapidamente a produção de ABA, que será transportado até as folhas. O ABA, além de inibir fortemente a atividade da ATPase, impedindo a abertura do estômato, direciona a saída de K+ das células-guarda daqueles estômatos que ainda estão abertos. Quando o estresse começa a arrefecer, ainda sob altas concentrações de ácido abscísico, acontece o favorecimento do crescimento do sistema radicular em detrimento do crescimento da parte aérea, neste caso, o ácido abscísico atua diminuindo a síntese de etileno. c) Explique a atuação do ABA e a atuação na maturação do embrião. A fase final de maturação do embrião envolve uma significativa perda de água, concomitante com um aumento dos níveis de ABA. Mas para que não ocorra qualquer dano à estrutura do embrião, o ABA também induz a síntese de proteínas Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. específicas, que auxiliam nos processos de tolerância à perda de água. Estas proteínas são chamadas proteínas LEA. Um outro grupo de proteínas também é induzido: as proteínas de reserva, que serão utilizadas somente quando a semente começar a germinar. Assim, com baixo teor de água e alto teor de ABA, o embrião consegue permanecer íntegro dentro da semente sem germinar. 10) Monte uma tabela sobre os hormônios vegetais relacionando-os com suas funções, locais de produção e interação com outros hormônios. Hormônio Principal localde produção na planta Efeitos fisiológicos Interação com outros hormônios? Qual(is)? Auxina Meristema apical Alongamento celular, diferenciação celular, regulação da dominância apical, fototropismo, gravitropismo e desenvolvimento de flores e frutos. Citocinina, Giberelina e Etileno Citocinina Meristema apical de raiz Divisão celular, crescimento das raízes e da parte aérea, enverdecimento e expansão dos cotilédones, mobilização de nutrientes nas relações fonte-dreno e efeito anti-senescente. Auxina Giberelina Sementes imaturas e frutos em desenvolvimento Crescimento da parte aérea pelo alongamento dos internós, floração, frutificação e germinação de sementes. Auxina e ABA Etileno Produzido por quase toda planta Sinalização e resposta da planta a estresses como: alagamento e abscisão de folhas, flores e frutos. Amadurecimento de frutos. Auxina e ABA ABA Brotos, sementes e folhas Dormência, sinalização e resposta ao estresse hídrico e maturação do embrião. Giberelina e Etileno Brassinoesteroides Grãos-de-pólen, folhas, flores e sementes Alongamento celular, divisão celular, fotomorfogênese, diferenciação do xilema, reprodução e respostas aos estresses abiótico e biótico. Etileno Jasmonato Tecidos em crescimento, como hipocótilo, plúmula, ápice radicular, flores, frutos e folhas jovens Defesa celular e desenvolvimento vegetal, crescimento dos estames, senescência e crescimento das raízes e regulação da produção de diferentes metabólitos secundários de defesa. Ácido salicílico Cascas das árvores de salgueiro Crescimento vegetal, defesa, resistência local e sistêmica a fatores bióticos, respostas de hipersensibilidade e na morte celular. Etileno e ABA 11) Relembre de forma breve sobre a importância evolutiva do surgimento da semente e em quais grupos a encontramos. A semente protege o embrião e permite à planta exercer controle quanto à época de germinação, sobre o tempo em que aparecerão as plântulas. Presente em Gimnospermas e Angiospermas. Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. 12) Discorra sobre a importância do sincronismo das fases de desenvolvimento de uma planta com as estações do ano em regiões variadas. O sincronismo das fases de desenvolvimento de uma planta com as estações do ano é fundamental pois as espécies são melhor adaptadas ao seu ambiente porque ao longo da evolução adquiriram sementes que, em geral, somente germinam quando as várias condições necessárias para a fase de plântula estão presentes. 13) Quanto a dormência responda: a) Para que o desenvolvimento da semente tenha sucesso é importante evitar a viviparidade. O que é viviparidade? Como esta é evitada e qual seria o nome deste período? Viviparidade é quando a semente germina ainda na planta-mãe. Para que não ocorra viviparidade, é necessário que o embrião cesse seu desenvolvimento até que a germinação tenha início, nesse caso, o conteúdo de água das sementes cai para apenas 15%, contra os 70% a 90% de conteúdo hídrico dos outros tecidos das plantas. Esse período de inatividade do embrião é chamado dormência. b) O ABA está associado à tolerância do embrião à dessecação. Informe qual seria a taxa de ABA em relação à dessecação e sua importância para o desenvolvimento do embrião. Durante os estágios finais de desenvolvimento do embrião, os níveis de ABA se elevam e proteínas de resistência à dessecação começam a ser codificadas, do contrário, uma redução tão grande do conteúdo hídrico causaria desnaturação das proteínas, constituindo um dano irreversível às membranas celulares. c) O período de dormência é igual em todas as plantas? Justifique sua resposta. Não, o tempo de dormência é determinado tanto por fatores ambientais como fatores inerentes à própria semente. d) Discorra sobre os fatores ambientais que determinam o tempo de dormência da semente: ● água; A entrada de água inicia o processo de germinação. Se uma semente estiver totalmente submersa na água, em geral, ela não germina, com exceção das plantas aquáticas. Nas sementes, a entrada de água se dá porque seu potencial hídrico (ψ) é menor do que o potencial hídrico a seu redor. A princípio, o baixo potencial hídrico da semente é determinado pelo potencial mátrico (ψm) muito negativo. Quando o embrião retoma o crescimento, o amido começa a ser quebrado. Então, o potencial osmótico (ψs) se torna mais negativo, pois a quebra do amido produz glicose, substância osmoticamente ativa. Assim, o potencial hídrico é reduzido ainda mais, o que permite a entrada de mais água na semente. ● luz; A luz pode ser um sinal externo de grande importância para uma semente, pela capacidade de percepção dessa semente em relação à sua posição acima ou abaixo do solo. As sementes só germinam quando há luz suficiente para o desenvolvimento da planta. ● temperatura. A temperatura é particularmente importante para espécies típicas de locais com estações do ano bem marcadas. Algumas sementes só têm sua dormência quebrada se expostas a temperaturas baixas. Isso garante a elas não germinarem no outono, pois as plântulas não sobreviveriam ao inverno rigoroso. Já a germinação, ao final do inverno, garante às plântulas melhores condições de sobrevivência na primavera. e) Discorra sobre os fatores internos que determinam o tempo de germinação da semente: ● impermeabilidade da testa e inibidores de crescimento; A casca da semente (ou testa) pode ser praticamente impermeável à água, exceto num ponto, na micrópila. Mesmo que a água tenha entrado na semente, a testa pode impedir ou retardar a germinação por meio de mecanismos que: ➔ limitam a troca gasosa entre o embrião e a atmosfera; assim o embrião não tem oxigênio suficiente para respiração celular; ➔ produzem inibidores do crescimento, impedindo que o embrião se desenvolva; ➔ impedem que os inibidores de crescimento que existam no interior da semente saiam da mesma; ➔ oferecem uma barreira física para a saída da radícula, que é o primeiro sinal visível de que uma semente está germinando. Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. ● idade da semente. As sementes podem perder a viabilidade em apenas algumas semanas ou levar anos para que isso ocorra. Isto depende fortemente da espécie em questão e do conteúdo hídrico da semente. 14) Explique detalhadamente o processo de germinação. Para que a radícula cresça é preciso que o embrião retome seu desenvolvimento. Isso ocorre graças ao suprimento de energia gerada pela quebra do amido pela enzima α-amilase. Conforme o amido vai sendo quebrado, a glicose se difunde para o embrião, e é utilizada para fornecer energia ao crescimento. A α-amilase só é encontrada a partir da liberação do hormônio giberelina pelo embrião. Esse fato só ocorre após a entrada de água da semente (embebição). O único tecido, além do embrião, metabolicamente ativo na semente é a camada de aleurona. Portanto, essa camada e o embrião são os responsáveis pela síntese de α-amilase. 15) Os estudos da luz e das plantas visto em Botânica I. Após ler e relembrar, responda: a) Quais são os principais pigmentos presentes nas plantas? Clorofila a e clorofila b são os principais pigmentos fotossintéticos em plantas. b) Com relação ao papel da luz, o que difere a fotossíntese da abertura estomática? Na fotossíntese, as plantas utilizam a energia da luz solar (fótons), transformando-a em energia química. E, na abertura estomática, a luz é um sinalizador do ambiente, de forma a ajustar seu crescimento às condições ambientais. c) O que é fototropismo? Se refere ao crescimento direcionado pela luz. Nos vegetais, a resposta fototrópica à luz pode ser positiva ou negativa, ou seja, pode ser em direção à luz ou no sentido contrário. A parte aérea do vegetal cresce em direção à luz, e a maioria das raízes responde à luz, crescendo em direção contrária, em direção ao solo. d) Com relação ao desenvolvimento das plantas, por que é importante ter conhecimento que a luz solar, ao atingir diferentes superfícies na Terra, pode sofrer refração, reflexão ou absorção? Isso causa alteração na proporção de cada comprimentode onda que compõe a luz solar. Essas alterações variam com a hora do dia ou a época do ano. Como as plantas são capazes de perceber essas alterações, elas conseguem identificar, por exemplo, se estão na sombra, no escuro ou na luz solar direta. 16) Quanto à luz azul responda: a) Como foi possível ter conhecimento que há tipos independentes de resposta à luz azul (movimento estomático e fototropismo), que consequentemente são mediados por mais de um tipo de fotoreceptor? Nesta questão é preciso citar a Arabidopsis. As descobertas dos diferentes receptores de luz azul foram possíveis graças à produção de mutantes por manipulação genética, como de Arabidopsis e de tabaco. Tais mutantes podem possuir um gene que deixou de ser expresso ou teve sua expressão muito aumentada no mutante. E quando se conhece a proteína que esse determinado conjunto de genes codifica, pode-se começar a inferir sobre quais substâncias estariam envolvidas com determinadas funções na planta. Assim, um mutante de Arabidopsis que não converte violaxantina em zeaxantina possui estômatos incapazes de responder à luz azul. Entretanto, observa-se que esse mutante cresce normalmente em direção a uma fonte de luz – fototropismo. Trata-se de tipos independentes de resposta à luz azul (movimento estomático e fototropismo), e, consequentemente, mediados por mais de um tipo de fotoreceptor. Fototropismo b) De que forma as plantas se movimentam em resposta à luz? Explique o experimento de Darwin, complementando com os conhecimentos atuais e citando a substância relacionada a este movimento e onde se localiza na planta. Há séculos notou-se que as plantas cresciam em direção à luz (fototropismo), mas foram Charles Darwin e seu filho Francis, por volta de 1880, que demonstraram que o local de percepção da luz e o de crescimento diferenciado são distintos. Eles fizeram isso através de uma experiência com ápice de coleóptilo, os Darwin demonstraram que o local de percepção da luz é o ápice do coleóptilo. Ao removê-lo, a planta perde a capacidade de se curvar em direção à luz. E nem é preciso cortá-lo, se o cobrirmos, a planta Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. também não se curva mas, se cobrirmos o restante do coleóptilo, exceto o ápice, o movimento de curvatura em direção à luz (fototropismo) não será afetado. Na primeira década do século passado, mais experiências mostraram que a substância responsável pelo movimento podia atravessar um bloco de ágar. A substância responsável pela curvatura em direção à luz pode, ainda, ser armazenada em blocos de ágar e estimular a curvatura de outro coleóptilo. A substância armazenada no bloco de ágar precisa passar para o lado sombreado para produzir a resposta. Em meados de 1930, foi determinada a estrutura química da substância responsável pelo fototropismo – o ácido 3-indolacético, um tipo de auxina. c) O que é a fototropina, qual sua relação com o fototropismo e a luz azul? E quais as hipóteses do que ocorre após sua ativação (diferencie-as explicando com base nos experimentos)? Uma proteína quinase, denominada fototropina, era responsável por produzir a curvatura em direção à luz em hipocótilos de Arabidopsis e em coleóptilos de aveia. Essa proteína é autofosforilada em resposta à luz azul, desencadeando a resposta fototrópica. A hipótese atual (conhecida como Modelo de Cholodny-Went) é a de que o gradiente de fototropina, fosforilada no ápice do coleóptilo, induz primeiro um movimento lateral da auxina em direção ao lado sombreado. Posteriormente, a auxina se move em direção à base, ao longo do lado sombreado do coleóptilo. As células desse lado começam a alongar-se, enquanto as do lado iluminado não. Assim, ocorre um crescimento diferenciado e a planta se curva em direção à luz. Outra hipótese é a de que a auxina seria degradada do lado iluminado, à medida que fosse descendo uniformemente ao longo dos dois lados do coleóptilo. Na primeira, a quantidade de auxina que é produzida no ápice do coleóptilo não diminui, apenas migra para o lado sombreado. Já na segunda, a quantidade de auxina diminuiria, à medida que fosse sendo degradada no lado iluminado. Regulação do alongamento do caule d) Discorra sobre a diferença do alongamento do hipocótilo de plantas expostas a ambiente bem iluminado e a ambiente sombreado. Existe um outro processo também regulado pela luz azul: o alongamento do hipocótilo (caule). Uma semente, após emitir radícula, começa a se alongar. Ao vencer a camada de solo, se a plântula encontra luz, o alongamento do caule pode ser reduzido para que a plântula use suas reservas energéticas para se estabelecer melhor naquele local (ampliando seu sistema radicular e o número de folhas). Porém, pode ocorrer que uma planta tenha emergido numa área sombreada. Se ela for uma planta de sol (ou seja, uma planta que requer alta incidência luminosa), precisará investir suas reservas energéticas para continuar crescendo (o caule continua se alongando) na tentativa de chegar a uma área ensolarada. e) Qual a proteína relacionada ao alongamento celular? Explique o que ocorre quando há grande concentração e quando há pouca concentração dessa proteína. É o comprimento de luz na faixa do azul que fornece informação à planta para cessar ou não o alongamento do caule. Mutantes de Arabidopsis, que não possuem o gene que codifica para a proteína criptocromo, são incapazes de cessar o alongamento do caule em presença de luz solar direta ou de luz azul sozinha, enquanto outros mutantes, que expressam em demasia esta proteína são hipersensíveis à luz azul. Esses achados indicam ser o criptocromo o receptor responsável por essa resposta nas plantas. 17) Quais são os outros tipos de tropismo? Explique-os citando os hormônios envolvidos. Gravitropismo: Crescimento direcionado em resposta à força da gravidade. O coleóptilo crescerá contra a força da gravidade, para cima, e as raízes crescerão para baixo. A auxina é transportada lateralmente para baixo. Tigmotropismo: Crescimento direcionado em resposta ao toque ou ao vento. Um exemplo é o que ocorre em árvores que crescem na borda de uma plantação ou floresta castigada por fortes ventos, as quais se tornam mais baixas e atarracadas. Etileno e auxina estão envolvidos. 18) Quanto à luz vermelha responda: a) Qual o pigmento relacionado à luz vermelha? É apenas um pigmento? Justifique sua resposta. O fitocromo, que é na realidade, uma família de substâncias, já foram identificados cinco tipos, cada qual Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. codificado por diferentes genes nas células e denominados fitocromos A, B, C, D e E. As pesquisas têm demonstrado que sua ação fisiológica pode ser individual ou em sincronia com mais de um fitocromo. Controle do desenvolvimento da clorofila b) Explique o processo de produção de clorofila correlacionado ao pigmento da luz vermelha. A luz é necessária em uma das etapas da síntese de clorofila. A reação de fotorredução que produz clorofilídeo pode ocorrer a partir de um milésimo de segundo de luz intensa. A produção de clorofila ocorrerá mais rapidamente se houver fornecimento de luz contínua em seguida. Essas reações na via de síntese da clorofila são mediadas pelo pigmento fitocromo (F), o qual possui duas formas: a sensível ao vermelho (660nm) e aquela sensível ao vermelho longo (730nm). O controle da produção de clorofila, e de outros processos fisiológicos mediados pelo fitocromo, ocorre pela razão entre esses dois estados do fitocromo (Fv e Fve, respectivamente). c) Quais são os dois estados do pigmento da luz vermelha? Explique cada um destes e o processo de razão entre esses dois estados desta. A forma inativa do fitocromo (Fv) é sensível à luz vermelha, enquanto a ativa biologicamente (Fve) é sensível ao vermelho extremo. A proporção dos comprimentos de onda vermelho/vermelho extremo na luz incidente sobre a planta determina o balanço entre Fv/Fve. A forma inativa é aquela sintetizada na planta e, em seguida, conforme a luz incidente, uma parte de Fv passa para Fve, numa proporção determinada pela quantidadee qualidade da luz incidente. Esse mecanismo permite, por exemplo, que as plantas “percebam” a proximidade de outras. A luz solar direta já possui uma proporção maior de luz vermelha do que de luz vermelho longo. Assim, sob luz solar direta, como sob luz vermelha, a maior parte do fitocromo passa da forma Fv para Fve. E como resultado vários processos são desencadeados. Por isso o fitocromo na forma Fve é também chamado de biologicamente ativo. d) Qual o estado do pigmento de luz vermelha produzido pelas plantas? Por que elas só produzem este estado? O fato do fitocromo ser sintetizado sempre na forma Fv e o fato da forma Fve ser reconvertida durante a noite na forma Fv, garante que a planta receba, diariamente, informações sobre as condições de luz do ambiente. Pois, a cada dia pode mudar a proporção de Fv:Fve em resposta às condições luminosas do dia. As várias funções desempenhadas pelo pigmento da luz vermelha e) Discorra sobre ritmo circadiano e luz vermelha. Apenas a luz vermelha está envolvida neste ciclo? Explique. Trata-se de um ritmo endógeno dos organismos, conhecido como ritmo circadiano. Os processos regulados endogenamente são sensíveis tanto à luz azul quanto à luz vermelha. Portanto, receptores de luz azul e os de luz vermelha estão envolvidos com a manutenção interna do ciclo circadiano nas plantas. Além de as plantas precisarem sincronizar seu metabolismo com a hora do dia, é necessário, ainda, terem informação do período do ano. f) Discorra sobre fotoperíodo. Podemos classificar as plantas quanto ao momento do ano em que florescem. A duração do período luminoso em um período de 24h varia ao longo do ano. Têm-se as chamadas plantas de dia longo, plantas de dia curto e aquelas indiferentes ao comprimento do dia. O local da planta sensível ao estímulo luminoso é a folha. Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. A germinação de sementes g) Por qual estado do pigmento da luz vermelha a germinação é fortemente influenciada? Explique a ação do processo de conversão dos estados do pigmento da luz vermelha na germinação. Assim como o fotoperíodo e a produção de clorofila, a germinação é mediada pelo fitocromo, já que a germinação é fortemente afetada pela forma biologicamente inativa do fitocromo (Fv). A exposição das sementes à luz vermelho-longo transforma o fitocromo que estava na forma ativa (Fve) novamente para a forma Fv, reduzindo drasticamente o percentual de sementes germinadas. 19) É afirmado que “As plantas possuem um verdadeiro arsenal de substâncias químicas que as auxiliam na constante batalha pela sobrevivência.” Com base neste conhecimento, responda as questões abaixo: Quanto a água a) Defina estresse hídrico e cite situações em que as plantas encontram-se em estresse hídrico. Qual as semelhanças entre as diferentes situações? Estresse hídrico é a pressão ambiental por falta d’água, pode ser causado por pouca água no solo, água do solo congelada ou água do solo salgada. Em todas as situações, a água pode até estar presente, mas não significa que esteja disponível para as plantas. b) Qual comprometimento é causado nas plantas pelo estresse hídrico e como elas resolvem este estresse? A transpiração fica comprometida, sucedendo de comprometimento da subida de água e nutrientes, da fotossíntese e da expansão celular. Para resolver esse problema, solutos se acumulam nas células periféricas das raízes, concomitantemente, é preciso que a planta reduza a taxa de transpiração, isso ocorre através da diminuição da abertura do estômato. Para que a planta seja capaz de ativar esses diferentes mecanismos de proteção contra o estresse hídrico, é necessário sinalizar às suas células o perigo de dessecação. O ácido abscísico (ABA) é o principal hormônio sinalizador de situações de estresse hídrico. c) Defina anoxia. E explique como a planta responde em casos de anoxia citando os hormônios envolvidos no processo. Quando uma planta está em solo alagado, ela passa a sofrer falta de oxigênio nas raízes. Quando este não está disponível em quantidade adequada, a planta pode aumentar a aeração dos seus tecidos e/ou reduzir seu metabolismo, de forma a necessitar de menos oxigênio até que baixe o nível da água e o oxigênio novamente se difunda no solo. A produção de ABA é estimulada, e ele é transportado para as folhas onde sinaliza para o fechamento estomático. d) O que é aerênquima? Aerênquima é um tecido que possui um sistema contínuo de espaços aéreos na planta que facilita a difusão de O2 da parte aérea à raiz. e) O que são pneumatóforos, em que plantas são encontradas? Explique como funcionam. São raízes respiratórias, de espécies de mangue. Essas estruturas garantem a troca gasosa eficiente, pois a inundação é periódica, ocorrendo em função das marés e somente uma parte do sistema radicular fica permanentemente sob a linha d’água. f) Explique estratégia de escape e os hormônios envolvidos. Na estratégia de escape, as plantas saem da condição de alagamento através do alongamento da parte aérea. Esse crescimento está associado a níveis mais altos de etileno, os altos níveis desse gás ocorre tanto pela maior produção de etileno, quanto por sua menor difusão para o exterior. 20) Quanto ao arsenal de defesa das plantas responda: a) Que tipo de proteções as plantas podem ter? Além da proteção dada pela presença de cutícula, suberina e cera, que tornam as plantas menos digeríveis e palatáveis, ou protegem o corpo vegetal evitando a penetração de fungos e bactérias, as plantas possuem os metabólitos secundários, que podem ser tóxicos ou torná-las ainda menos digeríveis e palatáveis. Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. b) O que são metabólitos secundários? Diferencie-os dos metabólitos primários. São substâncias orgânicas que não participam diretamente nas reações de manutenção celular, as quais geram energia para manter a planta viva. Os metabólitos secundários, em geral, não estão presentes em todas as espécies de plantas, sendo característicos de determinados grupos vegetais e diferindo dos de outros grupos. Já os metabólitos primários são comuns a todas as espécies. c) O que é alelopatia? É o efeito negativo que algumas espécies vegetais provocam sobre outras, a partir de metabólitos excretados pelas raízes ou folhas ou pela decomposição de restos vegetais. d) Discorra sobre os três principais grupos de metabólitos secundários (terpenóides, alcalóides e fenóis) e suas ações nas plantas. ➔ Os terpenóides, também conhecidos como terpenos, derivam da condensação de unidades isoprênicas de cinco átomos de carbono. Sua fórmula geral pode ser representada das seguintes formas: 1. CH3C(CH3)CHCH3 2. CH3CH(CH3)CHCH2. Os terpenóides podem ser formados a partir de intermediários do metabolismo primário do carbono, através da via metabólica conhecida como Via do Ácido Mevalônico. Vários terpenóides atuam em funções essenciais nas plantas, entre eles, alguns hormônios: as Giberelinas e o ABA, e alguns pigmentos: os carotenóides e as cadeias laterais da clorofila. Os terpenóides estão associados, principalmente, à proteção contra invasores e à atração de polinizadores. ➔ Os alcalóides são de extrema importância na nossa sociedade. Nas plantas, eles têm ação defensiva contra predadores, principalmente mamíferos. Entre os alcalóides mais conhecidos estão a nicotina, a morfina, a cafeína e a cocaína. Os alcalóides são formados a partir de ácidos aminados, como triptofano, arginina e tirosina, ou seja, possuem sempre átomos de nitrogênio na sua estrutura. ➔ Os fenóis estão largamente presentes na parede celular, conferindo resistência e durabilidade, além de fazer parte das flores e frutos, dando-lhes cor e sabor. Uma grande variedade de metabólitos secundários contém um grupamento fenol, incluindo os flavonóides. Esse grupamento é caracterizado por um anel aromático com uma hidroxila. Os fenóis têm origem em vias metabólicas, como a Via do Ácido Chiquímico e a Via do Ácido Malônico, a partir de carboidratos de estrutura simples. e) O que são óleos vegetais e como atuam nas plantas?Qual grupo de metabólitos secundários possui óleos vegetais? As plantas podem apresentar misturas de terpenos voláteis, que são chamadas óleos essenciais, frequentemente encontrados em flores e folhas. Muitos terpenóides funcionam como repelentes de insetos. Exemplo de planta produtora de óleos essenciais é o hortelã, o componente principal do óleo essencial é o mentol. f) Cite três substâncias fenólicas e sua ação nas plantas. ➔ Lignina: é a segunda substância mais abundante nas plantas, ficando atrás apenas da celulose; confere rigidez às células e torna as plantas menos digeríveis. ➔ Antocianinas: flavonóides coloridos que protegem as plantas da radiação ultravioleta e atraem polinizadores, guiando-os aos nectários e ao pólen. ➔ Taninos: presente em folhas e frutas não maduras, conferindo-lhes certa adstringência ao paladar. Funciona, ainda, como repelente contra insetos e previne o ataque de fungos e bactérias. Tornam as plantas menos palatáveis e mais difíceis de digerir. 21) Como as plantas não se intoxicam com seu próprio veneno? Em geral, não armazenam a forma final ou tóxica de uma substância. Por exemplo, o trevo produz glicosídeos cianogênicos, que são atóxicos. Para que se tornem tóxicos é preciso que sejam hidrolisados, isso acontece quando as células da planta são injuriadas, pois em células íntegras, a enzima e a substância tóxica ficam em diferentes compartimentos celulares, elas só se encontram quando a planta é triturada. 22) As plantas se comunicam entre si e com animais. Como ocorre a comunicação entre as plantas e seus “guarda costas” e a comunicação entre plantas? Algumas plantas possuem um sistema de proteção Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. baseado em relações mutualísticas. Logo depois de iniciado o ataque de insetos herbívoros (ex.: lagarta), ocorre a liberação de metabólitos secundários voláteis, como os óleos essenciais, que atraem predadores e parasitas naturais desses herbívoros (ex.: vespas). Cada espécie vegetal apresenta seu arsenal de moléculas que atrai “guarda-costas” específicos, é um exemplo de coevolução. As plantas são, ainda, capazes de se comunicar graças aos metabólitos secundários. Experiências mostraram que quando a planta Acer saccharum era vítima de ataque de herbivoria, outras plantas sadias próximas apresentavam o arsenal de defesa química como se tivessem também sido atacadas. Esse fato ocorria mesmo quando as plantas estavam em potes separados. Quem viabiliza essa comunicação são metabólitos secundários voláteis, como terpenos e fenóis de pequeno tamanho molecular. 23) A Aula 29 do caderno didático aborda o tema biotecnologia vegetal. Defina biotecnologia. E explique a história da biotecnologia vegetal correlacionada com a agricultura. A Biotecnologia pode ser definida como um processo ou um produto que se obtém a partir da manipulação de seres vivos. A utilização de plantas pelo homem é muito antiga. O principal marco da construção das primeiras sociedades humanas foi o estabelecimento de populações em locais fixos, o homem deixa de ser um animal migrador e meramente coletor, passando a interferir intensamente na seleção de plantas, cultivando aquelas que eram de seu interesse, trata-se de um processo de domesticação ou seleção artificial. A agricultura não é um processo biotecnológico por definição, mas a grande demanda por alimentos fez com que as atenções dos cientistas se direcionassem para a melhoria dos meios de produção de plantas. A seleção artificial, até então empírica, foi substituída por técnicas de melhoramento genético, graças a Mendel. O processo de seleção era inicialmente realizado em campos de cultivo; no entanto, com o advento das técnicas de cultivo de plantas em ambientes controlados, livres de microrganismos e de outros patógenos, é perfeitamente viável, hoje em dia, realizá-lo também em laboratório. Tal procedimento de trabalho, em que plantas inteiras ou suas partes crescem em condições de cultura, dentro de frascos, em ambiente asséptico, ou seja, livre de contaminantes, é denominado cultura in vitro. A Biotecnologia Vegetal inicia-se com as técnicas de cultivo em condições controladas, visando à obtenção de plantas sadias e com melhor crescimento. 24) O que é OGM? Organismo geneticamente modificado. 25) Qual princípio garantiu a descoberta dos elementos minerais essenciais e também os efeitos dos hormônios e de outras substâncias sobre o padrão de desenvolvimento das plantas, como as vitaminas? Explique a importância para a ciência. Os cientistas tentavam descobrir quais compostos eram necessários ao desenvolvimento, e a melhor maneira encontrada para fazê-lo foi isolar o objeto de estudo do ambiente – a planta. Esse isolamento era feito mantendo-se a planta em locais com umidade relativa, temperatura e luminosidade controladas e em ambientes assépticos. A seguir, o que se oferecia para a planta crescer e se desenvolver era conhecido e, assim, os efeitos feitos de um fator isolado podiam ser, então, avaliados. Esse princípio garantiu a descoberta dos elementos minerais essenciais e também os efeitos dos hormônios e de outras substâncias sobre o padrão de desenvolvimento das plantas, como as vitaminas. Assim, foi possível preparar uma mistura de sais minerais, vitaminas e hormônios para garantir a sobrevivência da planta nas condições de laboratório, denominado meio de cultura. 26) Quais são os principais processos associados à cultura de tecidos de plantas? Cite e explique as vantagens e as desvantagens destes. ➔ Multiplicação de plantas pelo cultivo de segmentos nodais e micropropagação: Nas plantas, a região de saída do pecíolo da folha – nó – apresenta, pelo menos, uma gema axilar, deixada pelo meristema apical. Logo, a introdução desta região em um sistema de cultivo in vitro adequado irá possibilitar o seu pleno desenvolvimento, garantindo a formação de uma nova planta. Após algum tempo, a planta cresce e os segmentos nodais contendo uma gema, produzidos por esse indivíduo, são removidos, sempre ambiente asséptico, e são transferidos para novos frascos de cultura. Assim, o número de plantas obtidas vai aumentando geometricamente. A grande maioria das plantas in vitro tem estômatos pouco funcionais, apresentam baixas taxas de fotossíntese e são extremamente tenras, por possuírem muita água em seus tecidos. Logo, precisam de um período de adaptação, a fim de serem Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. transferidas para as condições de fora do frasco, ou ex vitro, em uma etapa denominada aclimatação. Assim, as plantas in vitro são gradativamente submetidas às condições do meio externo, de alta luminosidade, menor disponibilidade de água e de nutrientes. Por fim, podem ser transferidas para seus locais de crescimento, em campos agrícolas ou no seu ambiente natural. É possível, dessa forma, estabelecer uma propagação em massa de clones, de um genótipo previamente selecionado, nas condições de cultura in vitro, processo conhecido por micropropagação. No caso dos clones, a diversidade desaparece completamente, pois eles são geneticamente idênticos, além dos problemas óbvios relacionados à erosão genética, na eventualidade do surgimento de uma praga, toda a área de cultivo será igualmente afetada. ➔ Cultura de meristemas apicais e limpeza clonal: são utilizados os meristemas apicais de parte aérea para o estabelecimento da micropropagação. A limpeza clonal trata-se da limpeza do clone que está sendo trabalhado, com a remoção das bactérias e, principalmente, dos vírus que circulam dentro da planta. ➔ Embriogênese somática: Indução da produção de embriões a partir de células não-sexuais – do corpo. Os embriões assim obtidos regeneram plantas inteiras, que podem ser multiplicadas na micropropagação. Esses embriões podem ser também utilizados no processo de transgenia, ou encapsulados, formando as sementes sintéticas, que podem ser utilizadas em programas de reflorestamento. ➔ Protoplastos e a hibridização somática: Quando a parede da célula vegetal é removida, todo o seu conteúdo protoplasmáticofica exposto, e a célula passa a ser denominada protoplasto. Isso não ocorre em condições naturais, e foi primeiramente obtido por Klercker, em 1892, através de cortes sucessivos de tecidos em meio isotônico. Eles isolaram diversas enzimas aptas para digerir a parede celular e, em 1960, Cocking, E.C. conseguiu obter protoplastos através de digestão enzimática, o que aumentou muito a eficiência do processo. O que ocorre é a fusão de células somáticas de dois indivíduos da mesma espécie. Essa fusão pode ser induzida quimicamente, pelo uso de altas concentrações de cálcio ou PEG (polietileno glicol), ou através da aplicação de correntes elétricas. Em ambos os casos, há a desestabilização da membrana plasmática, que permite a fusão das duas células. O híbrido resultante segue normalmente as etapas da micropropagação. ➔ Cultura de calos e desdiferenciação celular: Uma estrutura completamente diferenciada e com crescimento determinado, o pecíolo, perdeu suas características, formando o calo. Como a diferenciação celular foi perdida, o processo é denominado desdiferenciação celular. Não é mais possível identificar claramente as estruturas que o caracterizam, e ocorre apenas um pequeno número de células especializadas. Essas massas de células podem ser dissociadas em meio de cultura líquido, formando suspensões de células; esta técnica é denominada cultura de células em suspensão. Em condições específicas e sob o balanço hormonal adequado, um grupo de células – ou até apenas uma célula do calo – pode reassumir um padrão de determinação celular, formando novas estruturas, inclusive um novo organismo. 27) Explique as principais etapas da obtenção de um OGM. Explique os métodos (direto e indireto) para produção de OGMs vegetais e suas vantagens e desvantagens. O gene é retirado de uma célula e introduzido em outra. Métodos indiretos: dependem da utilização de bactéria ou vírus, que funcionam como vetores da transformação, ou seja, levam o gene recombinante e garantem a sua integração ao genoma da planta. O vetor bacteriano mais utilizado é o Agrobacterium tumefaciens, sendo tal estratégia aquela que possibilitou, até o momento, a obtenção do maior número de transgênicos. Já a transformação mediada por vetores virais, dentre eles o vírus CaMV, ou Caulimovírus, é bem menos corriqueira. Métodos diretos: neste caso, o gene recombinante é inserido na célula sem a participação de bactérias ou vírus. Podem ser utilizados células intactas e órgãos em culturas, como embriões somáticos, calos, ápices meristemáticos etc., ou ainda protoplastos de diferentes origens (de órgãos diferenciados ou de calos). Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira. Referências Bibliográficas ● Botânica II. v. 3 / Anaize Borges Henriques; Cecília Maria Rizzini; Fernanda Reinert. - Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2005. Respostas de Yasmin S. F. de Oliveira.
Compartilhar