• Em ambientes naturais as plantas terrestres podem ser mantidas em condiçõesde anoxia/hipoxia, isso ocorre em alagamentos e/ou solos saturados de água, ou no saco de superação na taxa de respiração das raízes em comparação com a disponibilidade de oxigênio do solo. As consequências seriam: redução da respiração aeróbica, acúmulo de metabólitos tóxicos, supressão do crescimento e desenvolvimento da planta, impacto na absorção de nutrientes.

• Em estresse hídrico, a resposta fisiológica da planta é a fermentação. Adaptações morfológicas também são ativadas, como os aerênquimas que são células do tecido parenquimático de reserva de O2 e as raízes aéreas - pneumatófaros - outra adaptação, e ainda, as lenticelas que são aberturas nos caules para absorção de O2. Além disso, o alagamento pode causar morte celular.

• A água que contém planta subaquática é mais ácida na parte da noite, pois a planta consome O2 e libera CO2 através da respiração, o que pode diminuir o pH da água. Diferente da atividade diária, em que as plantas subaquáticas absorvem CO2 e liberam O2 como resultado da fotossíntese.

A fotorrespiração se apresenta apenas nas plantas C3 devido a ausência de mecanismos especiais para evitar esse processo, como por exemplo a separação das etapas de fixação de CO2 e o Ciclo de Calvin, realizando-as em células diferentes, como acontece nas plantas C4, ou então separando essas etapas entre noite e dia, como nas plantas CAM.

A fotorrespiração é considerada um processo dispendioso devido ao consumo de carbono fixado e  desperdício de energia, potencialmente inibindo a formação de biomassa em até 50%.

- A fotorrespiração é um processo inevitável, essencial ou ambos? 

Ambos, pois em condições normais de temperatura os estômatos estão abertos e o CO2 se difunde para dentro, enquanto o O2 e a água se difundem para fora, minimizando a fotorrespiracao. 

Quando há um aumento da temperatura ambiental, os estômatos se fecham, para evitar a perda de água por evaporação. Com isso, o O2 proveniente da fotossíntese permanece dentro da folha e se acumula. Nessas condições a fotorrespiracao aumenta devido a alta concentração de O2 ao invés de CO2. 

Com a alta quantidade de O2, o rubisco apresenta maior afinidade a esse gás. Com altas temperaturas, a rubisco tem dificuldade em distinguir o CO2 do O2. Assim, reduzindo a fixação de CO2 pela planta. 

Além disso, o processo fotorrespiratorio se torna importante na medida em que remove o excesso de energia produzido sob altos níveis de radiação ou que não foram utilizados. 

Portanto, esse processo se torna necessário para o controle da transpiração excessiva, produção de energia e consumo dela, e inevitável na medida em que a fotorrespiracao ocorre em momentos de aumento de temperatura. 

- se a fotorrespiração pode ter repercussões tão negativas para grande parte das espécies vegetais por que persiste nas espécies contemporâneas? 

Ela persiste pois também apresenta benefícios para as plantas, como efeitos fotoprotetores, ajuda a manter o balanço redox das células, manter o sistema imune da planta, dissipação de agentes redutores e de energia, etc.  

- Por que não foi eliminada através das pressões de seleção no curso da evolução? 

A fotorrespiração provavelmente não foi ainda eliminada evolutivamente devido aos seus benefícios, como efeitos fotoprotetores, que impedem que danos fotoinduzidos atinjam moléculas envolvidas no processo fotossintético, auxílio para manter o balanço retox e sistema imune das plantas.

A anatomia das plantas C4 se diferencia da C3, por possuir um anel interno, conhecido como Anatomia de Kraz, de celulas na bainha do feixe. O que gera uma barreira de difusão que separa a absorção do C, permitindo apenas a ligação com o RUBISCO.

A enzima que permite a ligação do C com o RUBISCO é exclusiva, possue sítios especializados, que não permitem a ligação com o O2, que causaria grande desperdício de energia.

Por esse motivo a foto respiração é previnida nas plantas C4 e CAM, já nas C3, não há estruturas especializadas para a economia dessa energia.

Pergunta 2:

A fotorespiração é tanto um processo essencial, quanto inevitável. Por ser uma resposta fisiológica ao aumento da temperatura. O grupo cogitou que pelas mudanças climáticas cada vez mais extremas, talvez seja essencial que ocorra a fotorespiração para a sobrevivência de indivíduos futuros.

A fotorrespiração é inevitável considerando as condições atuais do ambiente, pois estão constantemente expostas a estresse hídrico, temperaturas extremas e concentração elevada de CO2.

- Nas plantas c3 as reações dependentes da luz estão envolvidas no ciclo de calvin, já em outras fisiologias como a c4, estes processos são separados. Isso ocorre quando a enzima rubisco atua sobre o oxigênio ao invés do dióxido de carbono e isso resulta em perda de energia.

A fotorespiração é considerada um mal necessário por acabar desperdiçando energia da planta, por outro lado, é responsável pela reciclagem de carbono e proteção contra estresse de altas temperaturas.

As plantas C4 têm em sua anatomia foliar uma adaptação/ especialização em vias metabólicas adicionais, que ajudam a concentração de CO2 a se aproximar do rubisco, reduzindo a probabilidade de reações com O2. Além disso, as plantas C4 apresentam a pepcase, que liga-se exclusivamente ao CO2, novamente diminuindo as reações com O2.

2. a) Se a fotorrespiração pode ter repercussão tão negativas para grande parte das espécies vegetais por que persiste nas espécies contemporâneas?

   b) Por que não foi eliminada através de pressões de seleção no curso da evolução?

   Ela pode ter desempenhado papéis essenciais em certos estágios da evolução das plantas e pode oferecer vantagens em condições ambientais específicas. Além disso, a eliminação completa da fotorrespiração exigiria mudanças genéticas complexas e potencialmente prejudiciais nos sistemas bioquímicos das plantas. Em vez disso, algumas espécies desenvolveram mecanismos para minimizar seus efeitos negativos, enquanto outras podem se beneficiar dela em determinadas circunstâncias ambientais. Assim, a persistência da fotorrespiração é resultado de um equilíbrio entre seus custos e benefícios ao longo da evolução das plantas.

3. A fotorrespiração é um processo essencial, inevitável ou ambos?

   A fotorrespiração pode ser considerada um processo inevitável nas plantas C3 devido à sua associação intrínseca com a fotossíntese e à natureza da enzima RuBisCO, que apresenta atividade carboxilativa e oxigenativa. A competição entre CO2 e O2 pelo mesmo sítio ativo da RuBisCO resulta na oxigenação da ribulose-1,5-bisfosfato (RuBP), levando à formação de produtos que não contribuem diretamente para a fotossíntese líquida.

Em situações de luz plena ou escuridão. Foram utilizadas sementes de girassol, com o intuito de compararmos as mudas que crescerão. Ex: pequena mas verde, ou grande e esbranquiçada.

Produção de O2 pelo processo fotossintético

• Fatores: CO2, 02, temperatura e radiação solar

• Um visual da produção momentânea do O2 no processo

• Uma estratégia de sobrevivência

• Dispendiosa com energia

• Perda de biomassa

• Estresse

  
  

  --> Relação com as fisiologias

  
  

• C3: soja, feijão, alface, árvores e palmeiras. Maioria das plantas --> adaptadas a temperaturas amenas

  • Superaquecimento de folhas com mudanças climáticas

  • RUBISCO: enzima mais abundadante

  • se liga ao O2 e não ao CO2 causando um desvio da etapa enzimática do cíclo de Calvin-Benson (ineficiência na fixação de carbono)--> fotorrespiração

  • INEVITÁVEL

    • Produção de pigmentos acessórios para a proteção contra radicais livres. Ex: bromélias laranjas da restinga da praia da ferrugem devido aos carotenóides.

    
    

    --> Evolução e adaptações que minimizam a fotorrespiração

  
  

• C4: poaceas/gramíneas como trigo, cana, milho e até as bromélias

  • Super eficientes - extração de biodiesel

  • BAINHA DO FEIXE (eficiência)

  • PEPcase

  • Forma o 4C (piruvato) e chega até a etapa enzimática com o ciclo de Calvin-Benson

    
    

• CAM: suculentas e cáctus

  • Estômatos noite/dia

  • Muito bem adaptadas para o calor

  • Hidricamente eficientes

  • ácido orgânico armazenado no vacúolo até o dia seguinte --> fotossíntese sem a necessidade de estar com os estômatos abertos

    
    

1) As mudanças de coloração no azul de Bromotimol foram identificadas no tubo 2 e 3 como resultado da acidificação gerada pela atividade respiratória das sementes germinadas e da fermentação acelerada pela sacarose. Houve mais liberação de CO2 no processo de fermentação. No intervalo de tempo da análise, os outros tubos nao apresentaram mudança de pH, ou seja, não houve liberação suficiente de CO2 que fosse identificado pelo azul de Bromotimol.

2) Em um processo de fermentação com sacarose, a liberação de CO2 é mais significativa pois há maior concentração de substrato para ser metabolizado.

3) A sacarose é adicionada a levedura para acelerar o processo de fermentação;

4) Não, pois haveria interferÊncia do ar na análise do experimento;

5) O tubo com sementes indicou uma atividade respiratória que contem como um subproduto comum o CO2, este é responsável pela diminuição de pH visível com o indicador. Caso essas sementes não estejam viáveis, nenhum mudança na coloração do indicador seria visível, indicando a inatividade metabólica.

6) Levedura: anaeróbica. Folha: aeróbica. Semente: aeróbica.

Semente Quiescente: Durante a quiescência, a semente está viva, mas inativa metabolicamente.

Semente Dormente: A dormência da semente é um estado mais profundo do que a quiescência.

A embebição é a primeira etapa e está relacionada com o processo físico de reidratação da semente (variando em sementes ortodoxas e recalcitrantes), esse processo está relacionado com a diferença de potencial hídrico entre a semente e o meio externo (ao menos no início do processo), este processo leva a uma ativação do metabolismo que fará com que o potencial osmótico venha a ter uma participação crescente no processo de embebição.

A entrada de água fica limitada por invólucros das sementes impermeáveis ou semipermeáveis que podem interferir na embebição, paredes permeáveis não afetam a velocidade de entrada de água na semente. Essa embebição tem mudanças com o decorrer do tempo, na primeira fase há uma grande entrada de água que estabiliza no início da segunda fase e tem uma nova grande entrada de água na fase três com o início da germinação visível. A etapa de extensão radicular inicia-se quando as alterações do metabolismo causadas pela embebição sessão durante o crescimento da radícula que marca o fim da germinação e início do desenvolvimento da plântula.

A extensão da radícula está relacionada a uma das hipóteses a seguir ou mesmo a relação entre a três, então o inicio do crescimento radicular deve iniciar com a maior entrada de água devido ao potencial osmótico que foi alterado pela hidrólise de polímeros, ou pode iniciar devido a uma extensibilidade da parede celular ou ainda pelo enfraquecimento do tegumento por ação enzimática, na região que recobre o ápice radicular.

2- Fruto climatérico

3- Flor

4- Raiz

5- Folha

6- Caule

7- Fruto não-climatérico

• Alta intensidade de respiração como fonte de ATP;

• Em raízes jovens é mais intensa do que em raízes mais velhas;

• O O2 é obtido do ar ou do solo. O carboidrato é obtido pelo floema;

• Adaptações e exemplos:

Avicenia nitida: pneumatóforos;

Nuphar: anaeróbica;

Ludwigia: aerênquimas.

Condição de Anoxia/Hipoxia

• O alagamento diminui ou zera a disponibilidade de O2 - um reagente necessário para a fotossíntese e a respiração celular

• Glicólise é um processo anaeróbio e continua acontecendo

• Mecanismo de urgência --> fermentação

  • A fermentação segue a glicólise e também não precisa de 02

  • Menos eficiente

• Morte celular ou adaptação as mudanças

  • Aerênquimas

  • Pneumatóforos

  • Lenticelas

--> O processo de glicólise (anaeróbio) leva ao processos de fermentação (anaeróbio) e respiração celular (aeróbico)

• A fermentação é menos eficiente mas permite a produção rápida de ATP na falta de oxigênio

  
  

No experimento:

Taxa respiratória alta na mistura de fermento e açúcar

• Fermentação: levedura metaboliza açúcar liberando CO2 e álcool

• Controle positivo

Taxa respiratória alta nas sementes germinadas

• Crescimento demanda muita energia

• Embebição

Taxa respiratória alta na folha coberta

• Sem acesso à luz a planta aumenta sua taxa de respiração celular para gerar energia sem a fotossíntese

• O azul de bromotimol é um indicador de ácido-básico orgânico sintético.

2) Em ambientes naturais as plantas terrestres podem ser submetidas ás condições anoxia/hipoxia? quais seriam as consequências da permanência prolongada nessas condições?

• Em ambientes naturais pode ocorrer casos em que a planta esteja em baixas concentrações de oxigênio, nestas condições, a plantas não conseguirá realizar fotossíntese de maneira satisfatória, o que pode acarretar em um menor crescimento ou até sua morte.

• Determinadas plantas podem optar por fazer fermentação, uma saída para locais alagados sem que ocorra a presença de oxigênio.

3) Quais estruturas morfológicas e fisiológicas são formadas/ativadas no estresse hídrico por alagamento?

• Raízes adventícias, produção de aerênquima, indução de fermentação e regulação de hormônios/etileno.

4)Por que águas contendo plantas subaquáticas são mais ácidas?

• Pois durantes o processo de fotossíntese é necessário tanto CO2 quanto O2, entretanto, durante a noite não há luz e as plantas não interrompem a fotossíntese, aumentando a concentração de CO2, assim acidificando a água.

2) Sim, em solos alagados, solos mal irrigados ou compactados. A consequência fisiológica da falta de oxigênio é a fermentação, se a condição continuar, acontece a morte celular, consequentemente levando a planta a morte. Entretanto há plantas aquáticas que possuem estratégias para sobreviver nesses ambientes, como aerênquimas.

3)Adaptações morfológicas são as aerênquimas, os pneumatóforos e as lenticelas, além das fisiológicas como a glicólise e a fermentação.

4)A respiração das plantas, no período noturno, ocorre sem a fotossíntese, já que a luz está ausente, fazendo com que o CO2 liberado não seja consumido nessa via, deixando a água ácida.

A fotossíntese e a respiração celular envolvem uma série de reações redox (reações que envolvem a transferência de elétrons). Na respiração celular, os elétrons fluem da glicose para o oxigênio, formando água e liberando energia. Na fotossíntese, eles vão na direção oposta, começando na água e terminando na glicose - um processo que requer energia que é fornecida pela luz.

Flores: As flores, embora não estejam diretamente envolvidas na respiração, requerem energia para o seu desenvolvimento. Durante o processo de crescimento das flores, a planta precisa respirar para fornecer energia para a síntese de proteínas, carboidratos e outros compostos necessários para formar as estruturas florais.

Raiz: A respiração nas raízes é essencial para a absorção de água e nutrientes do solo. As células das raízes precisam de energia para transportar ativamente íons e moléculas através das membranas celulares. A respiração também é importante para o metabolismo das raízes, incluindo o armazenamento de amido e outras reservas de energia.

Caule: O caule, assim como as raízes, requer energia para o transporte de água, nutrientes e produtos fotossintéticos entre as diferentes partes da planta. Durante a respiração, as células do caule consomem oxigênio para a produção de energia necessária para esses processos.

Fruto: O desenvolvimento do fruto requer respiração para fornecer energia para o crescimento e maturação. Durante o amadurecimento do fruto, ocorre a respiração climatérica, onde há um aumento significativo na taxa de respiração para amadurecer o fruto e converter amidos em açúcares, resultando em um aumento na doçura e na aromatização do fruto.

Semente: As sementes, durante a germinação, dependem da respiração para fornecer energia para o crescimento do embrião e a ruptura da dormência. Durante a respiração das sementes, ocorre a degradação das reservas de amido e gordura em açúcares e outros compostos que são utilizados como fonte de energia para o crescimento inicial da planta.

Em todas as partes da folha, menos no centro devido a ausência de clorofila.

2. Qual o papel da luz e dos cloroplastos na síntese de amido?

O papel da luz seria na transformação da energia solar em energia química, por meio do rompimento da molécula da água na fotólise. Já o cloroplasto é a organela responsável pela produção de ATP, sendo nele onde ocorre a fotossíntese.

3. Quais são as organelas celulares que acumulam amido?

Amiloplastos (Plastos que armazenam amido).

4. Tecidos internos de um caule não apresentam cloroplastos desenvolvidos. No entanto, o teste de lugol acusa a presença de amido. Explique.

O amido percorre pelas tecidos condutores (floema) da planta levando o que foi produzido na folha para toda a planta.

5. Qual a relação entre a prática executada e ponto de compensação luminoso das folhas?

A folha que se manteve no escuro ficou abaixo do ponto de compensação luminoso, por conta da falta de luminosidade e consequente falta de produção de glicose. Sem a glicose, não há um acúmulo de amido pela planta, não possuindo um rendimento liquido fotossintético.

Com a folha mantida na luz, elas atingem o ponto e o ultrapassam, pois com o lugol foi possível perceber a presença de amido. Já a folha mantida no escuro não atingiu o ponto de compensação luminoso, e com o lugol foi possível perceber a falta de amido.

6. Por que plantas mantidas em intensidade luminosa abaixo do ponto de compensação lumínico não sobrevivem?

Pois as plantas precisam de luz para sobreviver, mesmo que em pouca quantidade. Nenhuma planta consegue sobreviver no escuro. Sem luz a planta nem chega a produzir clorofila, impedindo a produção de glicose. Sem luz elas não conseguem fazer fotossíntese efetivamente.

7. É possível que após o tratamento com a água fervente uma folha retirada de uma planta em crescimento fique totalmente incolor?

Não é possível, pois a água fervente remove apenas a antocianina, não a clorofila. A clorofila não é degradada somente com a presença de água, fazendo com que a folha não fique incolor.

8. Suponha que após o tratamento com o lugol não houvesse qualquer alteração na cor da folha. Explique o que poderia estar acontecendo. Que relação você faria com a quantidade de luz incidente e o ponto de compensação luminoso da folha?

Se não houvesse alteração, a hipótese seria de que ela poderia não ter reserva de amido ou que ela estivesse no escuro, ou seja, não realizou fotossíntese.

9. Poderíamos dizer que uma folha de cor vermelha realiza fotossíntese? Justifique a resposta. Como você faria para demonstrar a resposta?

Sim, ela realiza fotossíntese pois toda folha possui clorofila. Pode-se provar pelo processo de fervura da folha em água, álcool e depois o uso do lugol

• O balanço de carbono em plantas refere-se à quantidade total de carbono presente no sistema, incluindo solo, parte aérea e serapilheira. Esse balanço é influenciado por fatores como espécies florestais, manejo e ciclagem de nutrientes. Plantios mistos tendem a acumular mais carbono do que plantios puros, devido à maior eficiência na ciclagem bioquímica e biogeoquímica.

Produção de Plantas no Escuro e na Luz:

- No Escuro: Plântulas germinadas no escuro apresentam maior número de cotilédones, comprimento do eixo hipocótilo-radicular e velocidade de crescimento. Isso ocorre devido ao estiolamento das plântulas. Porém, seu desenvolvimento pode ser comprometido.

- Na Luz: A luz é essencial para a fotossíntese. As plantas reconhecem padrões diários de luz e escuridão (fotoperiodismo) e respondem de acordo. Cada planta tem um fotoperíodo preferido para crescimento e produção. O fitocromo, uma proteína nas células, mede a duração da luz e da escuridão, afetando germinação, crescimento e floração.

Estresse Fisiológico - quais modificações a planta sofre para poder se "recuperar"?

O estresse fisiológico que possui maior possibilidade de recuperação vegetal é o estresse hídrico. No caso da falta de água a planta poderia desenvolver mudanças anatômicas como: transformação de folhas em espinhos para diminuir a área foliar e evitar transpiração excessiva e consequentemente diminui a fotossíntese; presença de pêlos e cera para reduzir a transpiração; alongamento da raiz por meio da ação do hormônio ABA, a fim de absorver maiores quantidades de água do solo. E mudanças fisiológicas como abertura de estômatos; diminuição da fotossíntese; ajuste osmótico (decréscimo por conta do acúmulo de solutos solúveis nas células); planta para de produzir hormônios de crescimento (auxina, citocina, giberelina).

Em estresses de alagamento, a planta poderia gerar mudanças morfológicas como desenvolvimento de raizes aéreas a fim de evitar morte por falta de oxigênio no solo com alta presença de água, e buscar o oxigênio ambiental; criação de aerenquimas que seriam tecidos parênquimaticos para reserva de oxigênio; desenvolvimento de lenticelas que são furos presentes ao longo do caule, gerando uma comunicação da planta com a atmosfera para captura de oxigênio. Além disso, mudanças fisiológicas também são observadas, como a diminuição da fotossíntese e aumento da glicólise e fermentação, que são processos anaeróbicos que produzem baixas taxas de ATP, podendo manter a planta viva por um período de tempo.

6 envelopes usados

2x p/ T0= controle de água

2x p/ T1= tratamento solução (água salina)

2x p/ T2= PEG

As sementes postas em solução PEG, desenvolveram radículas, mesmo com o ambiente apresentando falta de água, por conta da própria reserva energética, porém por conta do estresse hídrico o crescimento foi barrado.

As sementes controle se desenvolveram bem, com raízes, caule e até folhas verdadeiras em algumas, porém o caule acabou de esticando por contra de um fototropismo positivo, em busca da luz para continuar seu desenvolvimento.

Número de sementes germinadas:

Média de tamanho da radícula: 11,8 cm.

• O peso da parte aérea 0,78 g

• Uma com tamanho de 9,6 cm toda parte aérea apresenta 8 folhas 

• Uma com 4,5 cm toda parte aérea apresenta 4 folhas não abertas

• 2 tinham 4 cm que cresceram porém estamos secas 

• De tamanho 4 cm e 2,6 cm ambas com 3 folhas 

• 3 e  4,5 ambas com 4 folhas 

• 5 folhas de 4 cm 

No Escuro 

• 0,10 g de parte aérea 

• 0,5 cm parte aérea 

• Não tem raiz, apenas corpo e semente 

• Teve outras que cresceram porém ficaram secas 

Conclusão

Esse resultado ocorreu por falta de água. Porém mesmo com esse problema que atrapalhou o experimento, conseguisse perceber que a plantas da luz apresentavam caule mais grosso que as do escuro, mesmo estando secas. Assim concluindo que a falta de luz implica que a planta tenha uma germinação forçada por isso mais finas.

No com Sal ouve a inibição da germinação do feijão, por conta de em excesso afetar a capacidade das sementes de absorver água, que essencial para o processo de germinação. Sendo um estresse salino

Já com a solução PEG teve inibição da germinação, por ter colocado a solução PEG mais concentrado e essa solução criar uma película na semente que não permite a absorção de água. Sendo estresse hídrico

Na água germinação normal, sendo o experimento controle

Fatores: radiação solar,O2 e CO2 , temperatura

Controle (água) - 50 sementes

Solução salina - 50 sementes

PEG - 50 sementes