ecofisiologia_fotossintese

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1
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE BOTÂNICA
DISCIPLINA DE ECOFISIOLOGIA
AULA 6
Ecofisiologia da Fotossíntese 
Exemplos práticos
Marcelo Francisco Pompelli
O Ciclo C4 da fotossíntese
CO2 atmosférico
HCO3-
Pi
PEP CarboxilaseMalato
desidrogenase
NADPHNADP+
OxaloacetatoMalato
NADPHNADP+ + CO2
Ciclo de Calvin
Piruvato
ATP Pi+PPi
Pi2
+AMP
Fosofoenol-
piruvato (PEP)
ATP
2 ADP
Enzima málica NADP+
Piruvato
fosfato
diquinase
Adenilato
quinase
CÉLULA DO MESOFILO
CÉLULAS DA 
BAINHA DO FEIXE
Anidrase
carbônica
Fonte: Taiz & Zeiger, 2009. 
Fisiologia Vegetal, 4. ed.
• Metabolismo C4
– 1% das espécies vegetais, especialmente as 
gramíneas
– separação espacial das carboxilases
– rubisco espacialmente separada da PEP 
– assim as células da bainha do feixe ficam sat
carboxilase que capta o CO2 atmosférico, 
ficam saturadas de CO2
– assim as plantas C4 não apresentam atividade 
fotorrespiratória
O Ciclo C4 da fotossíntese
Anatomia Kranz
Saccharum officinarum (cana de açúcar)
Anatomia Kranz
6 8 10 12 14 16 18
Horas do dia
200
600
1000
1400
1800
In
te
ns
id
ad
e 
lu
m
in
os
a 
(P
A
R
; 
mm
ol
m
-2
s-
1
)
Lima-Filho (2000) 
Pesq. Agrop. Bras. 3
5(5): 915-921
Irradiância x Fotossíntese em milho C4
6 8 10 12 14 16 18
Horas do dia
F
ot
os
sí
nt
es
e 
(m
m
ol
m
-2
s-
1
)
0
4
8
12
16
20
24
2
Morais et al. (2003) Pesq. 
Agrop. Bras. 38(10): 1131-1137
Irradiância x Fotossíntese em café C3
F
ot
os
sí
nt
es
e 
(m
m
ol
m
-2
s-
1
)
0
2
4
6
8
6 8 10 12 14 16 18
Horas do dia
10
Plantas sob sol
Plantas sob sombra
6 8 10 12 14 16 18
Horas do dia
200
600
1000
1400
1800
In
te
ns
id
ad
e 
lu
m
in
os
a 
(P
A
R
; 
mm
ol
m
-2
s-
1
)
12
14
Aumento do CO2 na atmosfera
1000 1200 1400 1600 1800 2000
Anos
270
290
310
330
350
370
[C
O
2]
 A
tm
os
fe
ra
 -
PP
M
[C
O
2
] 
A
tm
o
sf
er
a 
-
P
P
M
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Anos
Aumento do CO2 na atmosfera
[CO2]
Fotores-
piração
Produção Área
foliar
Carboxilação
rubisco
Yw foliar
Fonte: Long et al. Ann. 
Rev. Plant. Biol. 55: 
591-628, 2004
Larrea
divaricata, C3
Temperatura foliar (ºC)
Tidestromia
oblongifolia, C4
Larrea
divaricata, C3
15 20 25 30 35 40 45 50
CO2 elevado
Taiz & Zeiger (2009) Fisiologia 
Vegetal, Artmed
Fotossíntese C3 e C4 x Nível de CO2 na atmosfera
CO2 ambiente
Tidestromia
oblongifolia, C4
15 20 25 30 35 40 45 50
F
ot
os
sí
nt
es
e 
Lí
qu
id
a 
(m
m
ol
m
-2
s-
1 )
0
10
20
30
40
50
60
CO2
HCO3
-
OAA
MalatoMalato
OAA
NADPH
NADP+
Pi
PEP PEP
Piruvato
ATP Pi+
PPi + AMP
NADPH
NADP+
TP
3-PGA
RuBP
CALVIN
CLOROPLASTO
CITOSOL
CO2 anidrase carbônica
PEP carboxilase
Malato
desidrogenase
enzima málica
rubisco
Pi
enzima málica
PEP Di-Cinase
Fotossíntese C4 numa única célula Irradiância x Fotossíntese
Taiz & Zeiger (2009)
Fisiologia Vegetal, Artmed
3
Irradiância e Anatomia Ecológica
Taiz & Zeiger (2009) Fisiologia 
Vegetal, Artmed
Irradiância e Anatomia Ecológica
Cloroplastos
Taiz & Zeiger (2009) Fisiologia 
Vegetal, Artmed
4 horas após 
orientação 
oblíqua da luz
Irradiância e Anatomia Ecológica
Taiz & Zeiger (2009)
Fisiologia Vegetal, Artmed
Irradiância x Fotoinibição da Fotossíntese Efeito do encharcamento na fotossíntese
0 50 100 150
Profundidade (mm)
0
2
4
6
8
10
O
x
ig
ê
n
io
 d
is
so
lv
id
o
 (
m
g
L
-1
)
McFarlane et al. 
(2003) J Agric
Sci 141: 241-248
• Pode causar
– redução do crescimento, resultando em menor
ganho de massa seca e produtividade
– possivelmente por reduzir a aeração do solo 
que causa uma diminuição da atividade
respiratória da raiz e sintomas de deficiência
mineral
– a queda da fotossíntese é consequencia da
menor translocação de água e minerais da raiz
para a parte aérea
O encharcamento
4
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Controle encharcado salino salino +
encharcado
F
ot
os
sí
n
te
se
 (
mm
ol
m
-2
s-
1 ) Zheng et al. 
(2009) Plant Sci
176(4): 575-582
Trigo
0
5
10
15
20
25
30
controle encharcado controle echarcado contrrole encharcado controle encharcado 
7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
F
o
to
ss
ín
te
se
 (
mm
o
lm
-2
s-
1
)
Lolium perenne L.
McFarlane et al. 
(2003) J Agric
Sci 141: 241-248
Efeito do encharcamento na fotossíntese
0
5
10
15
20
25
30
B. japonicum +
G. fasciculatum
Bradyrhizobium
spp.
Glomus
fasciculatum
Glomus
tenue
Rhizobium
leguminosarum
Bradyrhizobium
spp.
Glomus
mosseae
Zea mays
Bradyrhizobium
japonicum
Rhizobium
spp.
Vicia faba
Vignia Trifolium
unguiculata repens
F
o
to
ss
ín
te
se
 (
%
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çã
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fu
n
g
o
s 
e 
m
ic
o
rr
iz
as
)
Kaschuk et al. (2009) Soil
Biology and Biochemistry
in press
Inoculação com fungos micorrízicos e a fotossíntese
0
2
4
6
8
10
12
14
pH 6,5pH 3,1 pH 6,5pH 3,1
Água comum Chuva ácida com S
Neves et al. (2009)
Sci total Environm
in press
Eugenia uniflora L. 
F
o
to
ss
ín
te
se
 (
mm
o
lm
-2
s-
1
)
Chuva ácida e a fotossíntese
• Espécies sensíveis
– são prejudicidas pela presença de poluentes
atmosféricos
– reduz ou elimina populações inteiras e 
culminando na diminuição da biodiversidade
– diminuindo a capacidade de recuperação dos 
ecossistemas no seu estado original
– O principal efeito das chuvas ácidas para a 
planta, é provavelmente devido ao aumento do 
acúmulo de H+ intracelular e outros ions 
danosos
Chuva ácida
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 250 500
NaCl (mol m-3)
CO2 ambiente (370 ppm) CO2 elevado (520 ppm)
0 250 500
NaCl (mol m-3)
F
o
to
ss
ín
te
se
 (
mm
o
lm
-2
s-
1
)
Geissler et al. (2009)
Environm Exp. Bot
65(2): 220-231
Halófita Aster tripolium L. 
Potencial osmótico e a fotossíntese
0
4
8
12
16
Controle NaCl NaCl + Zn NaCl +
Ácido nífúmico
F
o
to
ss
ín
te
se
 (
mm
o
lm
-2
s-
1
)
Qu et al. (2009)
Environm Exp. Bot
65(2): 304-309
Glycine max
Potencial osmótico e a fotossíntese
5
0
10
20
30
40
50
60
F
o
to
ss
ín
te
se
 (
mm
o
lm
-2
s-
1
)
0 5 10 15 0 5 10 15 0 5 10 15
Luz UV (kJ m-2 d-1)
Cultivar CB-5 Cultivar CB-27 Cultivar MPE
Surabhi (2009)
Environm Exp. Bot
in press
Vigna unguiculata (L.) 
Radiação UV e a fotossíntese Radiação UV e a fotossíntese
• Tem grandeimportância biológica
– porque é absorvida por importantes
macromoléculas tais como ácidos nucléicos, 
proteínas, lipídios e fitohormônios (Rozena et al., 1997)
– Caso o organismo não se defenda, uma ampla
faixa de respostas metabólicas podem surgir
• crescimento vegetal anormal
• redução da produtividade
• danos aos fotossistemas
• diminuição do pool de clorofilas
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
- + - + - + - + - + - + - + - + - +
- +
paraquat
Água Fluazifop-p-buty Haloxyfop Flusilazole Cuproxat Cyazofamid Imidacloprid Chlorpyrifos Abamectin
F
o
to
ss
ín
te
se
 (
mm
o
lm
-2
s-
1
)
Cucumis sativus (L.)
Xia et al. (2006)
Pest Bioch Physiol
86(1): 42-48
Herbicidas inibidores dos PS e a fotossíntese
Herbicidas inibidores dos PS e a fotossíntese
0
3
6
9
12
0 15 30 45
Dias de tratamento
F
ot
os
sí
nt
es
e 
líq
ui
d
a 
(m
m
o
lm
-2
s-
1
)
0 50 100 250 500 mM Cr
Vernay et al. (2007) 
Cromosphere
68(8): 1563-1575
Lolium perene L.
Metais pesados e a fotossíntese