Prof. José Laércio Favarin

USP/ESALQ

Produção Vegetal

setembro - 2015

Cultura de café: da semente, ao crescimento e reprodução

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”. OPotencial de produção depende do melhoramento genético. Na prática, oresultado real é uma fração do potencial, e essa fração depende do ambiente eda qualidade da intervenção do homem -, os tratos culturais...

Fases da germinação...Fase I – embebição rápida de água do substrato, graças ao elevado potencialmatricial. Entrada de água reativa enzimas da respiração e atividade do GA. FaseIII é quando inicia o crescimento do eixo embrionário, notado pela protrusão daradícula. Nesta fase, o embrião não suporta desidratação, comum na fase II...

0 MP -0,5 Mpa 0 Mpa

-1,0 MPa

-2,0 MPa

I II III

Eira et al. (2006)

Lipídios Glicose

Acetil-CoA

NA

DH

2FA

DH

2C

arr

ega

do

res

de

po

der

red

uto

r

4H+ + O2

2H2O

ATPPi + ADP

CO2

CO2

e-

e-

e-

CO2

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...

embrião endosperma

H2O

H2OH2O

GA

Acetil-CoA

Eira et al. (2006)

F-punção: 1,4 a 1,0N

EB-mananase: 0 - 60%

F-punção: 1,0 a 0,6N

EB-manase: 60 - 100%

Celulase: 0 - 60% Celulase: 60 - 100%

Aumento porosidade parede celular

EndospermaMicropilar

Embrião

EB-mananase

Celulase

A-Porosidade p. celular

EndospermaLateral

DAE

Embebição radícula

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Entrada H2O►GA

Expansão embrião Crescimento protuberância

Aumento comp. cotilédone: 35%

Aumento do comprimento do eixo embrionário

Eira et al. (2006); modificado de Silva et al. (2004, 2005)

3 d 9 d6 d

Bioquímica da germinação...

Morfologia externa

Morfologia interna

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 aprotrusão da radícula (fisiologista) ou pela formaçãoda plântula (fitotecnista).

Endospermalateral Cotilédones

Eixoembrionário

EndospermaMicropilar

Eira et al. (2006)

Fatores influentes na germinação...

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)

Eira

et

al.

(2

00

6)

Coffea arabica

Tm: 18 °C a 22 °CDH: < 120 mmAltitude: > 800 m

Coffea canephora

Tm: 22 °C a 26 °CDH: < 150 mmAltitude: < 700 m

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

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.

coifa

Zonapilífera

Zonaelongação

M. apicaldivisão celular

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...

Diplóide: 2n = 22 cromossomos

Alógama: 100% fecundação cruz.

Incompatibilidade gametofítica

Tetraplóide: 2n = 44 cromossomos

Autógama: 90-100% autofecund.

C. eugenioides x C. canephora

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?

Re

sist

ên

cia

-M

Pa

dm

-2h

g-1

5

10

0-0,2-1,4 -1,0 -0,6

água no solo - MPa

Brunini & Angelocci (1998)

Resistência: raiz – caule - folha

5,2µm 15,8µm

Equação de Poiseuille

Jv = (Δ x x r4)/8 x

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).

R

Out. Jan. Jun.

Barros & Maestri (1974)55

9,2

27

4,59

0,9

AF: cm2

Taxa cresc.: cm2 sem.-1

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 sol folha sombra

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 àvelocidade luz (3 x 108 m s-1); λ ao comprimento onda (x 10-9 m).

V a V a L v

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

4H+

ATP

NADPH

PC

e-

PSI

H+

4H+

ADP + Pi

e-

e-

PSII

NADP + Pi

tilacóide

e-

e-

PC

2 H2O O2 +Lúmen: pH 5

Estroma: pH 8

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

NADPH

Pi

CH2O-P

CO2H2O

O2

CH2O

95% Massa

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...

450

450

1000 kg MSComposição

C - carbono

O - oxigênio

H - hidrogênio 50

CH2O – fotossínt. 950

Atmosfera

Água

-0,30-0,01

µ h-1MPaP-xilema

0,025,99

Ruiz et al. (1988)

Metabolismo do carbono e nitrogênio

N foliar – mmol m-2

Ru

bis

co–

µm

ol m

-2s-1

100

100

200

2000

clo

rofi

la –

mm

ol m

-2

100 2000

0,8

0,6

0,4

0,2

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...?

Neto & Favarin (2011)

8006000

27

40

60

80

100

Co

lhe

ita

rela

tiva

-%

N – kg ha-1

N foliar – g kg-1

28 29 30

200 400

Foto: Neto, A.P (2013)

Órgão reprodutivo das angiospermas é a flor. Café tem flor hermafrodita, possui aparte feminina e masculina na mesma flor. Flor têm quatro verticilos florais (cálice,corola, androceu, gineceu). O cálice é rudimentar, e possui sépalas verdes, a corolabranca, tem cinco pétalas. Androceu é formado pelos estames; e o gineceu peloscarpelos. Estames são folhas modificadas: filete “pecíolo”, e a antera “limbo foliar”.

Morfologia da flor de café

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)…

Laviola (2008)

5,94,11,0 K

0,20,30,06 P

3,84,30,7N

347,5201,730,4MS

GRmg por fruto

EXCH

1,3

0,5

60

Dias após florada

89 118 234147 176 118

Mas

sa f

resc

a -

g1,0

Geromel et al. (2006)

GR

EX

CH

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...

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.

Película prateadaou

resto perisperma

Endosperma

Eira et al. (2006)

Endocarpoou

pergaminho

Geromel et al. (2006)

0

20

40

60

Dias após floração89 118 234147 176 118

Mas

sa s

eca

–(%

)

60

Perisperma

Endosperma

E a história continua, até...

Prof. José Laércio Favarinfavarin.esalq@usp.br

Departamento de Produção Vegetal

Piracicaba/SP

ESALQ - USP

Produção Vegetal

setembro - 2015

Via chiquimato:

síntese alcalóides,

fenóis, flavonóides,

lignina, AA e AIA

Síntese: Terpenos, isoprenóides,

alcalóides derivado de terpenóides, GA e

ABA

GLICÓLISE

GLICOSE

Glicose – 6P

Frutose – 6P

Gliceraldeido –

Glicerato – 3P

Fosfoenolpiruvato

Gliceraldeido – 3P

Piruvato

Acetil – CoA

Succinil – CoA

2–oxoglutaratoFumarato

Malato

Oxalacetato

Isocitrato

Cis–Aconitato

Citrato

CICLODE

KREBS

Aminoácidos:Aspartato,

Alanina,Asparagina

Parte da respiração, assimilação N e defesa planta

Metabolismo secundário

Assimilação de N