MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA (UFRA)
INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS (ICA)
Translocação de Solutos Orgânicos no
Floema das Plantas
Prof. Dr. ROBERTO CEZAR LOBO DA COSTA
Belém – Pará
2012
INTRODUÇÃO
Os primeiros autores consideravam que os vegetais obtinham
seus nutrientes diretamente do solo
Desde o século XVII, já se tinha evidências experimentais de
que o floema transporta substâncias importantes para o
crescimento das plantas. Uma dessas evidências foi apontada
pelo biólogo italiano Marcelo Malpighi, o qual chamou atenção
para o intumescimento resultante do anelamento de troncos e
galhos.
Em 1679, Malpighi demonstrou que a seiva bruta originária
do solo era modificada nas folhas através da ação da luz solar,
sendo convertida em seiva elaborada que alimentava outras
partes da planta.
Anelamento ou Cintamento (Anel de Malpighi)
Figura 1: Anel de Malpighi. O intumescimento da região logo acima do anel evidencia que
substâncias são transportadas pelo floema. Se o anelamento for realizado no caule principal, a
falta de suprimentos provocará a morte das raízes e posteriormente do vegetal como um todo.
O floema é, portanto, a ponte que permite a passagem de suprimentos da parte aérea (produtos
da fotossíntese) para as raízes. Esses suprimentos permitem que as raízes continuem
exportando água e sais minerais para a parte aérea.
Extraído de www.cpa.unicamp.br/sbfv
Ainda no século XVIII consideravam-se que as correntes de
seiva ascendente e descendente moviam-se no xilema.
Em 1837, Hartig descobriu os tubos crivados no floema
secundário de espécies arbóreas, considerando que os mesmos
eram os canais de movimento da seiva elaborada.
23 anos depois, Hartig observou a ocorrência de exsudação
de seiva que este
estava relacionado com a corrente
descendente originária das folhas, verificando que ele continha
até 33 % de açúcar.
Somente em 1930 as idéias de Hartig receberam o devido
reconhecimento como resultado de novos experimentos
envolvendo anelamento, enxertia, sombreamento da folhagem
e remoção das folhas.
Estudou-se mais detalhadamente com o advento da
microscopia eletrônica e com a utilização de corantes
fluorescentes e radioisótopos como: 14C, 13C, 13P, 35S, dentre
outros usados como traçadores radioativos.
A aplicação simultânea de 13C na folha e de 32P no sistema
radicular demonstrou que o anelamento do floema não
interfere com o movimento de substâncias no xilema. O
movimento descendente do 13C assimilado é impedido pelo
anelamento, enquanto o transporte ascendente do 32P não.
Em 1945 Rabideau e Burr acondicionaram folhas de feijoeiro,
realizando fotossíntese no interior de uma câmara de vidro
com a introdução de 13CO2, e com o bloqueamento do floema
comprovou a translocação dos fotoassimilados contendo 13 C
pelo floema.
A sacarose marcada com 14C não só tem confirmado o
movimento destas substâncias no floema, como também têm
demonstrado de forma conclusiva que os açúcares são
transportados nos tubos crivados.
Figura acima: translocação de solutos orgânicos em uma folha de fava (Vicia faba) com
a utilização de corantes fluorescentes vermelho (que cora as membranas) e verde (que
cora proteínas-P).
Figura abaixo: experiência realizada com a utilização do isótopo radioativo carbono – 14
(14C), através da incorporação de 14CO2 em folhas de beterraba (Beta vulgaris) produção
de fotoassimilados marcados com 14C e rotas de translocação dos assimilados das fontes
para os drenos. (extraído Taiz & Zeiger, 2005)
Experiência de Rabideau e Burr (1945)
CÂMARA DE VIDRO
13CO
2
D
D
Fonte
D
D
D
Utilização
do
carbono – 13, do
gás
carbônico
(13CO2), Rabideau e
Burr comprovaram
a translocação de
assimilados
no
floema.
OS AFÍDEOS
Pequenos insetos sugadores que parasitam os canais de translocação da
seiva orgânica – comprovação do floema como condutor de assimilados
orgânicos.
Introdução de estruturas bucais (estiletes) no caule ou nas folhas, até
que a ponta perfure um tubo crivado.
A pressão de turgor força a seiva pelo trato digestivo que sai na
extremidade posterior como gotículas de uma solução açucarada.
OS PESQUISADORES
Durante a alimentação os afídeos são anestesiados e separados dos seus
estiletes, a exsudação da seiva do tubo crivado sai continuamente.
Análises do exsudato coletado com uma micropipeta revelou que a seiva
do tubo contém de 10 a 25% de matéria seca, sendo 90% dela açúcar
(principalmente sacarose) e menos de 1% de aminoácidos e outras
substâncias contendo nitrogênio.
Esse método biológico estabelece a localização das células funcionais do
floema e permite obter amostras da seiva orgânica sem nenhum tipo de
contaminação.
Utilização dos Afídeos na translocação orgânica
O
afídeo
Longistigma
caryae
alimentando-se no caule da Tília (Tilia
americana). Gotículas de secreção
açucarada vista saindo do afídeo. Esta
solução é altamente rica em sacarose,
que por sua vez será consumida por
formigas. Estas conseguem capturar
alguns afídeos e mantê-los presos no
formigueiro numa relação de sinfilia
denominada esclavagismo. Extraído de
Raven, P.H; Evert, R.F & Eichhorn, S.E
– Biologia Vegetal, 2001.
Esclavagismo
Formigas
Solução
Açucarada rica
em sacarose
Objetivos
 Conhecer os aspectos anatômicos e fisiológicos do floema
através da análise ultraestrutural dos elementos de tubo
crivado e células companheiras.
 Determinar os mecanismos
orgânicos no floema
de
transporte
de
solutos
 Identificar as substâncias transportadas no floema das fontes
para os respectivos drenos
 Relacionar a translocação no floema com a produtividade
vegetal
 Contribuir para o acervo material das disciplinas anatomia,
morfologia, fisiologia vegetal e bioquímica voltadas para o
ensino da graduação e pós-graduação.
Características do Floema
CONCEITO:
Tecido de condução
transporte e
distribuição de nutrientes
Áreas de síntese ou órgãos de reserva
Áreas de consumo ou armazenamento
FOLHAS NOVAS
FLORES FRUTOS SEMENTES
Características do Floema
Constituição: Conjunto de células vivas especializadas:
- elementos crivados
- células companheiras
- células do parênquima vascular
- fibras, esclereídes e células lactíferas
Origem: A partir da diferenciação das células do câmbio
vascular em direção ao exterior, dispondo-a na parte mais
externa da área vascular
- origem primária (protofloema)
- origem secundária (floema).
Características do Floema
Origem celular: Uma célula meristemática no câmbio
vascular divide-se longitudinalmente, sendo que uma das
células-filhas se diferencia em um elemento crivado e a outra
célula-filha se diferencia em uma ou mais células
companheiras.
Tubos crivados (TCs): células vivas que contém mitocôndrias,
plastídeos e retículo endoplasmático liso. Contudo perdem seu núcleo e
tonoplasto durante o desenvolvimento.
Cada TC tem uma ou mais células companheiras (CC). Na maturidade,
essas células irmãs permanecem interligadas por plasmodesmas.
Componentes presentes nos TCs: São a calose e a proteína P
(encontradas em dicotiledôneas e muitas monocotiledôneas, mas está
ausente em gimnospermas).
Células Companheiras: São fonte de ATP e de diversas
substâncias para os TCs.
A proteína P é constituída de 2
subunidades: PP1 e PP2. A PP1 é um
filamento do floema e PP2 é uma lectina
do floema. As 2 subunidades protéicas são
sintetizadas nas CC.
Uma das funções da proteína P é selar
os poros dos TCs que são danificados. Os
TCs estão sob continua pressão e as
proteínas P são importantes para que o
conteúdo transportado no floema não
extravase.
A calose é um β-1,3 glucano, que também
serve para selar os TCs, sendo, contudo
uma solução a longo prazo. A calose é
sintetizada no TC em resposta a um dano,
início de dormência ou alta temperatura.
Quando o TC se recupera, a calose
desaparece.
A calose sintetase é a enzima que produz
calose, localiza-se na parede celular e reage
com anilina azul.
Figura 7: Acima, maturação de um tubo crivado. Abaixo,
2 elementos de tubos crivados maduros
Alocação de Assimilados
Conceito: é a regulação da divisão do carbono fixado entre as
várias vias metabólicas. Ela compreende o armazenamento, a
utilização e o transporte do carbono fixado.
Destinos metabólicos do carbono fixado: a utilização na
respiração, síntese de reservas e síntese de materiais
estruturais (parede celular,lignificação, etc.)
O processo de alocação pode ocorrer tanto na fonte como no
dreno.
- Fontes: após a fotossíntese, sob a forma de amido nos
cloroplastos e sacarose nos vacúolos (noite)
A regulação entre a síntese de amido ou de sacarose é um
processo regulado de modo competitivo nos vegetais.
A sacarose é sintetizada no citosol, a triose fosfato destinada
para isso deve vir do cloroplasto. Ao mesmo tempo, a síntese
de ATP no cloroplasto requer um suprimento de fosfato vindo
do citosol.
O translocador de fosfato é o responsável pela troca entre o fosfato (ou
fosfato inorgânico Pi) vindo da síntese da sacarose no citoplasma para a síntese
de ATP nos cloroplastos e a triose fosfato vinda do cloroplasto para a síntese
de sacarose.
As enzimas chaves na biossíntese de sacarose no citoplasma são a
sacarose fosfato sintase (SPS) e a frutose -1,6- bifosfatase. No cloroplasto, a
enzima chave para na síntese do amido é a ADP-glicose pirofosfatase
A ADP-glicose pirofosfatase é
inibida por fósforo inorgânico (P.i). Se
o nível de P.i é alto no citossol, ele
será trocado por triose fosfato para a
síntese de sacarose e a síntese de
amido será inibia
Figura : A síntese de sacarose libera fosfato
(Pi) no citoplasma e o Pi é trocado com a
triose fosfato pelo translocador de fosfato
(TPi) favorecendo a contínua síntese de
sacarose. A luz também afeta a alocação de
assimilados, sendo que ela promove a
desfosforilação da enzima SPS, tornando-a
ativa
Nodificado e Taiz $ Zeiger; e
www.cpa.unicamp.br/sbfv.
Partição de Assimilados
Conceito: processo de redistribuição de nutrientes (inorgânicos e orgânicos)
entre as várias partes da planta através do floema, sendo importante para que
todos os órgãos sejam supridos.
A força motriz que transporta os solutos inorgânicos é a transpiração,porém os
nutrientes provenientes do solo tendem a se acumular nos órgãos que
transpiram mais, como as folhas maduras, em detrimento dos que transpiram
menos , como os brotos novos e frutos. Para corrigir isso, os vegetais
redistribuem os nutrientes de um órgão para outro através do floema.
O gráfico ao lado fornece um exemplo
de distribuição de nutrientes (partição
de assimilados) móveis e imóveis no
floema entre as folhas e os frutos de
tomateiro. Note que os elementos
móveis no floema (nitrogênio, fósforo e
potássio) tendem a se acumular nos
frutos, mas os que não se movem
(Cálcio) ficam retidos nas folhas.
Nutrientes como Ca=2, SO4- e Fe ficam
em baixas concentrações. Elaborado a
partir de dados apresentado por Adams,
1986 apud castro, Kluge & Peres, 2005).
www.cpa.unicamp.br/sbfv.
A partição de nutrientes feita através do floema segue um critério
relativamente simples: ela é feita no sentido da fonte para o dreno, sendo que os
drenos mais fortes recebem mais nutrientes.
Fonte: qualquer órgão exportador de nutrientes,tipicamente folhas maduras
expandidas, que são capazes de produzir fotossintatos em excesso para as
necessidades. Os órgãos de reserva exportadores também são fontes
Em plantas bianuais, no primeiro ano o órgão de reserva funciona como dreno
e no segundo como fonte. Muitas raízes tuberosas são resultados da seleção de
plantas bianuais que passaram a ser drenos permanentes (beterraba e cenoura)
Drenos: órgãos não fotossintéticos do vegetais e que portanto não produzem
fotossintatos em quantidades suficientes para sua próprias necessidades de
crescimento ou de reserva.
Exemplo de Drenos: tecidos vegetativos em crescimento (ápices caulinares e
radiculares), tecidos de armazenamento quanto estão importando assimilados
(raízes e caules) e unidades de reprodução e dispersão (frutos e sementes).
Fatores que definem a força do Dreno são:
Proximidade: Normalmente as fontes translocam
nutrientes para os drenos que estão mais próximos
dela. Como critério geral, as folhas da porção superior
das plantas costumam translocar nutrientes para o
folhas novas e caules em crescimento, as folhas da
porção basal exportam para o sistema radicular.
Desenvolvimento: Durante a fase vegetativa ao
maiores drenos são os ápices radiculares e ápices
caulinares.Na fase reprodutiva os frutos se tornam
dominantes.
Conexão vascular: fontes translocam assimilados
preferencialmente para drenos com os quais elas têm
conexão vascular direta.
Pode-se levar em conta alguns desses critérios
para o manejo correto de culturas a fim de se
aumentar a força dos drenos desejáveis e
conseqüentemente a produtividade.
Figura: Modelo esquemático
fonte – dreno: folhas mais
velhas e outras folhas são
fontes
para
o
desenvolvimento de flores e
frutos
Mecanismos de Transporte no Floema
Fluxo de Massa ou Pressão
Fluxo Eletrosmótico
Corrente Protoplasmática
Proteínas Contrácteis
H2 O
H2 O
H2O
H2 O
H2 O
H2 O
Carregamento do Floema
Envolve o movimento dos produtos dos cloroplastos nas células do mesófilo
para as células do tubo crivado (TC)
Existem dois tipos principais de carregamento: simplástico (através de
plasmodesmas) e o apoplástico (os açúcares presentes no espaço intercelular e
na parede celular devem ser transportados ativamente para atravessarem a
membrana citoplasmática e entrarem no complexo TC – CC.
A via apoplástica ocorre em plantas que possuem CC comuns ou células de
transferência nas nervuras terminais. Essas espécies transportam quase que
exclusivamente sacarose (famílias: Solanaceae (batata, tomateiro), Fabaceaea
(feijão, ervilha), Chenopodiaceae (beterraba), Asteraceae, etc..
A via simplástica ocorre em plantas que possuem CC intermediárias. Essas
espécies transportam 20 a 80% de seus açúcares na forma de rafinose e/ou
estaquiose, além de sacarose. (famílias: Cucurbitaceae (abobrinha, melão),
Labiatae (Coleus blumei) e Convolvulaceae
Carregamento do Floema por via Simplástica
GLICOSE
SACAROSE
FRUTOSE
GALACTOSE
RAFINOSE
Carregamento do Floema por via Apoplástica
Apoplasto
Citoplasma
Descarregamento do Floema
Descarregamento do Floema
Descarregamento do Floema
APOPLASTO
Descarregamento do Floema
APOPLASTO
CITOPLASMA
Substâncias Transportadas
A concentração de sacarose transportada varia entre 0,3 a 0,9 M. Além da sacarose, o
floema transloca outros açúcares não redutores (pois são menos reativos), tais como:
rafinose (sacarose + galactose), estaquiose (sacarose + 2 galactoses) e verbascose
(sacarose + 3 galactoses). Açúcares cujos grupos aldeído e cetonas foram reduzidos a
álcool (manitol, sorbitol) também são translocados
O nitrogênio ocorre no floema na forma de aminoácidos (glutamato e aspartato) e aminas
(glutamina, asparagina), mas nunca na forma de nitrato. Proteínas essenciais para o
funcionamento celular (tiorredoxina, quinases, ubiquitina, chaperonas) também são
translocadas.
O floema também transporta substâncias sinalizadoras, sendo importante na
comunicação entre as várias partes das plantas. Entre as substâncias sinalizadoras
transportadas no floema, estão os hormônios vegetais do tipo auxina, giberelina,
citocinina e ácido abscísico. Outro importante sinal transportado pelo floema é o RNA
mensageiro (mRNA).
A água é a substância mais abundante transportada no floema. Os solutos
translocados, sobretudo carboidratos, estão dissolvidos em água. Apesar do floema
não transportar nitrato, ele transporta muitos nutrientes minerais, tais como:
Mg2+,PO43-, Cl- e K+. , o floema também transporta outras macromoléculas como
peptídeos (ex. sistemina) e partículas virais
Velocidades de Transporte
Em geral, as velocidades medidas por várias técnicas são, em média, da ordem
de 10 a 100 cm h-1, com obtenções ocasionais de 300 cm h-1, em plântulas
jovens. As velocidades de transporte no floema são bastante altas, muito além
da taxa de difusão em grandes distâncias. Portanto, qualquer mecanismo
proposto para translocação no floema deve levar em conta essas altas
velocidades.
PLANTAS
VELOCIDADE(cm. H-¹)
Metasequóia
48 - 60
Batata
20 - 80
Beterraba
50 - 135
Feijoeiro
107
Cucúrbita sp.
250 – 300
Trigo
100
Cana-de-açúcar
240 - 350
Poda e Partição de Assimilados
A poda é uma técnica de manipulação de fontes e drenos utilizada por
horticultores com a finalidade de modificar a partição de assimilados. Tem como
objetivo deslocar os fotoassimilados para os drenos de interesse e
conseqüentemente aumentar a produtividade.
É comum eliminar - se os ramos ladrões em fruteiras perenes e brotações
laterais em culturas anuais de tomateiro. A poda é útil para quebrar a
dominância apical em plantas ornamentais e frutíferas para incrementar o
florescimento e a melhor produção dos frutos.
Figura 22 :
Prática do anelamento na
produção de uva (videiras).
Nessa
cultura,
faz-se
o
anelamento dos ramos que
contém racemos ainda em flor
para provoca a retenção dos
assimilados. Com isto, ocorre
um aumento na quantidade de
assimilados nesse ramo que é
translocado para o dreno de
interesse. (é o caso dos frutos)
conseqüentemente ocorre a
melhoria na produção e na
qualidade das uvas produzidas
naquele cacho. Extraído de
www.cpa.unicamp.br/sbfv
Elementos de tubos crivados maduros unidos, formando um tubo
crivado. Com destaque para as placas crivadas e as áreas laterais
crivadas. Extraído de Taiz & Zeiger, 2004; Raven; Evert &
Eichorn, Biologia vegetal, 2001.
Secção transversal de caules de árvores revelando o crescimento
primário e secundário. O floema e o xilema primários são formados
diretamente através da diferenciação do meristema apical. Porém o
floema e xilema secundários são formados pelo câmbio, o qual
diferencia ao mesmo tempo células de floema para fora
(centrifugamente) e células de xilema para dentro (centrípetamente).
Extraído de Raven, P.H; Evert, R.F & Eichhorn, S.E – Biologia Vegetal,
2001 e www.cpa.unicamp.br/sbfv.