Anatomia Vegetal UNIDADE 1 INTRODUÇÃO À ANATOMIA VEGETAL - PDF
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Mateus Varejão Balsemão
1 Anatomia Vegetal UNIDADE 1 INTRODUÇÃO À ANATOMIA VEGETAL Você sabia que a anatomia vegetal é o ramo da botânica que se ocupa em estudar a estrutura interna das plantas e que sua história confunde-se com a descoberta da célula? Quando Robert Hooke descobriu a célula em 1663, ele utilizou um pedaço de cortiça, que na verdade são células vegetais mortas que fazem parte da periderme dos caules e raízes em crescimento secundário. Portanto, a anatomia vegetal nasceu juntamente com os primeiros estudos da estrutura celular. Podemos estudar a anatomia dos órgãos vegetativos (raiz, caule e folha) e dos órgãos reprodutivos (flor, fruto e semente). Em nosso curso daremos ênfase, principalmente, à estrutura anatômica dos órgãos vegetativos. Um dos ramos da anatomia vegetal que tem revelado informações importantes é a anatomia da madeira ou anatomia do lenho. Essa parte da anatomia objetiva estudar a estrutura do xilema secundário e é muito aplica em estudos de tecnologia da madeira e no entendimento do fluxo da água no corpo da planta. Estudos de dendrocronologia e paleobotânica valem-se do conhecimento da estrutura da madeira e são utilizados em pesquisas de paleontologia. Atualmente estuda-se anatomia vegetal de uma forma mais aplicada, ou seja, faz-se uma anatomia funcional. Essa forma de estudar anatomia vegetal permite relacionar as diversas estruturas internas da planta com suas funções e assim verificar possíveis tendências adaptativas da planta aos diversos ambientes e entender a funcionalidade dos mecanismos fisiológicos da planta. Outra aplicação importante da anatomia vegetal á a sua utilização na verificação de possíveis semelhanças entre grupos com certo grau de parentesco e auxiliar o posicionamento taxonômico desses indivíduos. Nos cursos de graduação das áreas de Ciências Biológicas e Agrárias, devido à necessidade de se conhecer a estrutura interna das plantas, são ministrados os conteúdos de anatomia vegetal. Muitas áreas de estudo nos cursos citados utilizam os conhecimentos da anatomia vegetal para desenvolvimento de pesquisa. De acordo com o os objetivos pode-se escolher um dos muitos ramos da anatomia vegetal, entre eles: Anatomia descritiva revela a estrutura dos tecidos vegetais e sua distribuição no corpo da planta. Anatomia ecológica ocupa-se em relacionar a estrutura interna das plantas com as condições ambientais. Anatomia fisiológica busca entender as funções dos diversos tecidos vegetais e relacionálos com as atividades fisiológicas da planta. Anatomia ontogenética estuda a formação e desenvolvimento dos tecidos vegetais. Anatomia aplica à sistemática procura identificar estruturas que possam juntar ou separar grupos vegetais. Assim, esperamos que os conteúdos de anatomia vegetal possam ajudar na descoberta de fatos novos que venham enriquecer sua formação acadêmica. 361
2 UNIDADE 2 CÉLULA VEGETAL E MERISTEMAS 1. A CÉLULA VEGETAL 1.1. PAREDE CELULAR Sabemos que plantas e animais apresentam muitas diferenças e para isso besta fazer uma rápida observação no ambiente em que vivemos. Portanto, as diferenças nem sempre são visíveis. Você sabia que as células vegetais e animais são eucarióticas e podem apresentar semelhanças e diferenças entre si? Organelas como as mitocôndrias, o complexo golgiense e o retículo endoplasmático são comuns a ambas as células. Já os vacúolos, os plastídios e a parede celular celulósica são considerados estruturas típicas da célula vegetal (Figura 1). Figura 1. Célula vegetal com as principais organelas. Fonte: - Pesquisa realizada em 20/06/09 A parede celular resulta da atividade secretora do protoplasma e de algumas enzimas como a glicose uridinadifosfato (GUDP). A parede celular envolve a membrana plasmática e diferentemente do que se imagina, é parte dinâmica da célula e passa por modificações durante o crescimento e desenvolvimento celular. É responsável não só pela forma e rigidez da célula, mas também pela restrição da expansão do protoplasto, pela defesa contra bactérias e fungos e por impedir a ruptura da membrana pela entrada de H 2 O no interior da célula. 362
3 A parede celular é formada durante a telófase, fase final da mitose, momento no qual os grupos de cromossomos iniciam a separação e migração para as regiões polares. Nesse momento, nota-se a formação de um fuso de aspecto fibroso, o fragmoplasto (Figura 2) entre os grupos de cromossomos. O fragmoplasto, na linha mediana, inicia a formação da placa celular. Essa etapa é considerada a primeira evidência da parede celular que se inicia como um disco suspenso no fragmoplasto. Figura 2. Divisão celular. Formação da parede celular na região equatorial da célula vegetal. Citocenose (I e II), formação das células-filhas com parede celular primária. Fonte: - Pesquisa realizada em 22/06/09 São os dictiossomos e retículo endoplasmático os responsáveis pela liberação das vesículas que formam a placa celular que se estende lateralmente até fundir-se com a parede da célula mãe. Depois de formada a parede celular, o protoplasma libera o material para formação da lamela média que irá unir células adjacentes. Formada externamente à membrana plasmática, a parede celular apresenta-se como primária e secundária. As primeiras camadas formam a parede primária e as camadas depositadas posteriormente, conforme ocorre o desenvolvimento celular, formam a parede secundária que fica localizada internamente à parede primária e externamente à membrana plasmática, ficando assim entre a membrana e parede primária (Figura 3). A parede secundária pode apresentar até três camadas, S 1, S 2 e S 3. As paredes primárias e secundárias diferem muito em sua composição. A parede primária possui arranjo molecular frouxo e um percentual de aproximadamente 70% de água, os 30% restantes correspondem à matéria seca que está representada em sua maioria por polissacarídeos (celulose, hemicelulose e pectina). Estão presentes também, na parede primária, algumas proteínas como a expansina e a extensina. Já a parede secundária possui arranjo molecular firme, é composta principalmente por celulose (cerca de 50 a 80% da matéria seca), porém, também estão presentes 363
4 cerca de 5 a 30% de hemicelulose e 15 a 35% de lignina, já as pectinas e glicoproteínas estão aparentemente ausentes. Devido à deposição de lignina (polímero hidrofóbico), a parede secundária possui baixo teor de água, cerca de 20% apenas. As células com paredes secundárias, geralmente, são células mortas, logo, as mudanças que nela ocorrem são de caráter irreversível. A lignina é um componente frequente nas paredes secundárias de tecidos como o xilema e o esclerênquima. A lignina aparece incrustando a matriz da parede e a sua produção se inicia na lamela mediana, progredindo até atingir a parede secundária, onde está presente em maior intensidade. O incremento de lignina na parede celular leva a lignificação da parede e aumenta sua resistência. Entre as paredes primárias de duas células vizinhas encontra-se a lamela média e tem como função preencher espaços entre as células e funciona como uma espécie de cimento que irá unir células vizinhas. Fazendo a conexão entre células vizinhas encontram-se os plasmodesmos, estes são formados por pequenos canalículos e pelas projeções do retículo endoplasmático liso (desmotúbulo) (Figura 3). Figura 3. Parede celular. Observe a posição das paredes. Primária e secundária e a presença dos plasmodesmas. Fonte: - Pesquisa realizada em 23/06/09 Os plasmodesmos atravessam a parede primária e a lamela média de células adjacentes permitindo a intercomunicação celular. Estas estruturas formam os campos primários de pontoação, que correspondem às porções da parede primária onde ocorre menor deposição de microfibrilas de celulose, formando pequenas depressões. Geralmente, nenhum material de parede é depositado durante a formação da parede secundária onde estão presentes os campos primários de pontoação, originando as pontoações. As pontoações variam em tamanho e detalhes estruturais. Dentre os vários tipos de pontoações os mais comuns são: pontoação simples e pontoação areolada (Figura 4). A pontoação simples é apenas uma interrupção da parede secundária sobre a parede primária, geralmente, sobre os campos de pontoação primário. O espaço em que a parede primária não é recoberta pela secundária constitui a chamada câmara da pontoação. Entre as paredes das duas células vizinhas podem existir pontoações que se correspondem e constituem um par de 364
5 pontoações. Neste caso, além das cavidades de pontoação, existe a membrana de pontoação, formada pelas paredes primárias de ambas as células do par mais a lamela mediana entre elas. Figura 4. Pontoações simples e pontoações areoladas Fonte: www. professores.unisanta.br/maramagenta/imagens - Pesquisa realizada em 19/06/09 A pontoação areolada recebe este nome porque em vista frontal se mostra como uma aréola, ou seja, apresenta uma saliência de contorno circular e no centro desta encontra-se uma abertura, também circular. Neste tipo de pontoação, a parede secundária forma a aréola e a interrupção desta parede corresponde à abertura da aréola. Como a parede secundária apresenta-se bem separada da parede primária, delimita-se internamente uma câmara de pontoação. Pontoações areoladas deste tipo são encontradas em células como as traqueídes e os elementos de vaso do xilema. Nas paredes das traqueídes (célula condutora do xilema das gimnospermas e de algumas angiospermas), ocorre, na região central da membrana da pontoação areolada, um espessamento especial denominado toro. Eventualmente, uma pontuação pode ser simples de um lado e areolada de outro, formando a pontoação semiareolada. Existem ainda as pontoações cegas, quando ela existe de um lado e do outro a parede é completa. Nas aberturas das pontoações podem ocorrer impregnações de parede celular na forma de projeções, sendo definidas como pontoações guarnecidas. Esse tipo de pontoação auxilia na redução da pressão sobre a membrana que separa duas pontoações adjacentes, evitando a formação de embolias no interior dos vasos, que é responsável pela interrupção do fluxo de água no xilema. Esse tipo de pontoação é bastante comum em plantas de ambientes com pouca disponibilidade hídrica, como no caso da caatinga. 365
6 1.2. VACÚOLO O vacúolo é uma estrutura característica da célula vegetal representando, muitas vezes, cerca de 90% do espaço intracelular (Figura 1). É delimitado por uma membrana simples denominada tonoplasto. Contendo em seu interior água e diversas substâncias orgânicas e inorgânicas, muitas das quais estão dissolvidas, constituindo o chamado suco vacúolar. Devido à composição das substâncias existentes no interior do vacúolo (açúcares, ácidos orgânicos, proteínas, sais e pigmentos) seu ph geralmente é ácido. Osmoticamente ativo, o vacúolo desempenha papel dinâmico no crescimento e desenvolvimento da planta (controle osmótico), participa da manutenção do ph da célula, é responsável pela autofagia (digestão de outros componentes celulares) e também pode ser compartimento de armazenagem dinâmico, no qual íons, proteínas e outros metabólitos são acumulados e mobilizados posteriormente. O vacúolo também pode armazenar pigmentos e substâncias ergásticas, como inclusões de oxalato de cálcio ou outros compostos, na forma de cristais prismáticos, drusas, estilóides ou ráfides, que atuam na defesa e na osmorregulação. Substâncias ergásticas correspondem a produtos do metabolismo celular. Muitas dessas substâncias são materiais de reserva e/ou produtos descartados pelo metabolismo da célula. São encontradas na parede celular e nos vacúolos. Podendo também estar associadas a outros componentes protoplasmáticos. Entre as substâncias ergásticas mais conhecidas destacam-se: celulose, amido, corpos protéicos, lipídios, sais orgânicos e inorgânicos e até mesmo minerais na forma de cristais, como por exemplo, os cristais prismáticos (ráfides, drusas e areias cristalíferas). Um exemplo bem conhecido de vacúolo de reserva é o que ocorre nas células do endosperma da semente de mamona (Ricnus communis Euphorbiaceae), cujos microvacúolos contém proteínas que são conhecidas como grãos de aleurona. As proteínas de reserva da maioria das sementes são sintetizadas no retículo endoplasmático liso e transportadas até o complexo golgiense, onde ocorre uma glicolisação posterior, sendo então empacotadas em corpos protéicos. Durante a germinação, uma protease é transportada para o interior do vacúolo, degradando as proteínas de reserva PLASTÍDIOS Os estudos de filogenia dos eucariontes revelam que as mitocôndrias e os plastídios parecem ser remanescentes de organismos que estabeleceram relações simbióticas com os ancestrais dos eucariontes atuais. Estes estudos demonstram que os plastídios são organelas derivadas de cianobactérias, podem se autoduplicar e possuem genoma próprio. Os plastídios são classificados de acordo com a presença ou ausência de pigmento, ou com o tipo de substância acumulada, sendo encontrados três grandes grupos de plastídios: cloroplastos, cromoplastos e leucoplastos. O proplastídio é o precursor de todos os plastídios, ocorrendo na oosfera e nos tecidos meristemáticos (Figura 5). Os cloroplastos são organelas celulares que contém como pigmento principal a clorofila, estando também presentes os pigmentos carotenóides, ambos associados à fotossíntese. São encontrados em todas as partes verdes da planta, sendo mais numerosos e diferenciados nas folhas. No sistema de tilacóides do cloroplasto de plantas superiores distinguem-se pilhas de tilacóides em 366
7 forma de discos chamados de grânulo e os tilacóides de estroma, os quais conectam os grânulos (grana) entre si. Figura 5. Proplastídio e formação os plastídios. Fonte: - Pesquisa realizada em 23/06/09 Os cromoplastos são plastídios portadores de pigmentos carotenóides e usualmente não apresentam clorofila ou outros componentes da fotossíntese, sendo encontrados usualmente nas células de pétalas e em outras partes coloridas de flores. Já os leucoplastos são tipos de plastídios que não possuem pigmentos e podem armazenar várias substâncias. Os que armazenam amido são chamados de amiloplastos e são comuns em órgãos de reserva com as raízes, caules e sementes. Um bom exemplo são os tubérculos de batata inglesa (Solanum tuberosum Solanaceae). O estioplasto é um tipo de plastídio que se desenvolve no escuro e é considerado um cloroplasto em fase de diferenciação. Isso por que na presença da luz se converte rapidamente em cloroplasto. 2. MERISTEMAS Você já observou que as plantas apresentam uma forma de crescimento baste peculiar e que não param de crescer. Você sabe qual o motivo deste crescimento constante ou indeterminado? A explicação para essa pergunta é que as células vegetais podem sofrer muitas divisões sucessivas e um grupo especial de células, denominadas meristemas são as responsáveis por este característica dos vegetais. As células meristemáticas apresentam capacidade de sofrer divisões sucessivas e por isso podem originar um ou vários tecidos. Dependendo de sua capacidade em originar os tecidos vegetais, as células meristemáticas são classificadas como unipotentes, multipotentes, pluripotentes e totipotentes. Os meristemas são responsáveis pela formação dos diversos tecidos que formam o corpo da planta e são divididos em meristemas primários ou apicais e meristemas secundários ou laterais. Os meristemas primários são: a protoderme, o procâmbio e o meristema fundamental (Figura 6). Os meristemas secundários são: o câmbio e o felogênio (Figura 7). As células meristemáticas são responsáveis pela origem dos diversos tipos celulares que formam 367
8 o corpo da planta. Caracterizam-se por possuírem parede celular primária delgada, proplastídios e redução de algumas organelas. Os meristemas apicais, exceto o do procâmbio, apresentam vacúolos grandes, citoplasma denso, numerosos vacúolos minúsculos e forma isodiamétrica. Nos meristemas laterais, as células iniciais cambiais ativas apresentam vacúolo grande, núcleo conspícuo e formas variadas. Figura 6. Meristemas apicais da raiz e do caule. Fonte: - Pesquisa realizada em 23/06/09 Figura 7. Meristemas laterais Fonte: Pesquisa realizada em 20/06/ MERISTEMAS APICAIS E LATERAIS As plantas, independente da idade, estão sempre acrescentando o número de células nos seus diversos tecidos através, principalmente, da atividade dos meristemas apicais presentes nas extremidades do caule e da raiz. Esses se originam a partir dos promeristemas. 368
9 Os meristemas apicais: protoderme, meristema fundamental e procâmbio formam o corpo primário das plantas. Na região pró-meristemática há um conjunto de células que se dividem frequentemente. Entretanto, após a divisão, uma célula permanece como meristemática (a que fica na região pró-meristemática), enquanto a outra se desloca dessa região e se torna uma nova célula acrescida ao corpo da planta. As células que permanecem na região pró-meristemática são denominadas inicias e as que são acrescidas ao corpo da planta são denominadas derivadas. Geralmente, denominam-se meristema apical a um conjunto complexo de células que abrange as células iniciais e as derivadas mais recentes, inclusive os três meristemas apicais que irão formar o corpo primário da planta: protoderme, meristema fundamental e procâmbio. As derivadas também sofrem divisão e podem formar uma ou mais gerações de células. As maiorias das células, ao atingirem o processo final de diferenciação, perdem a capacidade de sofrer divisão. O caule com seus nós e entrenós, folhas, gemas axilares, ramos e mais tarde as estruturas reprodutoras é mais complexo que a raiz. Todas estas estruturas resultam basicamente da atividade dos meristemas apicais. Entre as teorias que descrevem o ápice meristemático caulinar, a de Schmidt, proposta em 1924 é a mais simples e aplicável à maioria das angiospermas, apesar de falhas em algumas situações. Esta teoria admite o conceito de túnica-corpo. Assim, o meristema apical consiste da túnica abrangendo uma ou mais camadas periféricas de células que se dividem em planos perpendiculares à superfície do meristema (divisões anticlinais), e do corpo, agrupamento situado abaixo da túnica, no qual as células dividem-se em vários planos. As divisões que ocorrem no corpo permitem que o meristema apical aumente em volume, enquanto que na túnica permitem um crescimento em superfície. Tanto a túnica quanto o corpo formam novas células, sendo que as mais velhas vão se incorporando às regiões do caule abaixo do meristema apical. O corpo, assim como cada uma das camadas da túnica, possui suas próprias iniciais. As iniciais da túnica contribuem para a formação da parte superficial do caule: as células produzidas pelo corpo são adicionadas ao centro do eixo, isto é ao meristema da medula e, comumente, também à parte da região periférica do caule. Os meristemas podem ser divididos em apicais (protoderme, meristema fundamental e procâmbio) e laterais (felogênio e câmbio). A protoderme origina a epiderme; o meristema fundamental origina o parênquima, o colênquima e o esclerênquima e o procâmbio origina o xilema e floema secundários. Já o felogênio origina o felema e a feloderma e a câmbio origina o xilema e o floema secundários. Didaticamente podemos dividir os meristemas em primários (axial) e secundários (laterais). PERGUNTAS??? Como as plantas conseguem se ajustar as diferentes condições ambientais e ajustar seu desenvolvimento sem sair do lugar? 369
10 UNIDADE 3 TECIDOS VEGETAIS 1. EPIDERME As plantas assim como os animais apresentam uma diversidade de tecidos e cada um desempenhando diferentes funções. Você já sabe com se formam os diferentes tecidos vegetais e agora vai aprender seus tipos, características e funções. A epiderme é o tecido mais externo dos órgãos vegetais em estrutura primária, sendo substituída pela periderme em órgãos com crescimento secundário. Tem origem nos meristemas apicais, mais precisamente na protoderme. Geralmente é composta por uma única camada de células vivas, vacuoladas, perfeitamente justapostas e sem espaços intercelulares. Sua principal função é de revestimento, podendo desempenhar várias outras funções. A disposição compacta das células previne contra choques mecânicos e a invasão de agentes patogênicos (defesa), além de restringir a perda de água. Realiza trocas gasosas através dos estômatos, absorve água e sais minerais por meio de estruturas especializadas, como os pêlos radiculares, protege a planta contra a radiação solar devido à presença de cutícula espessa e presença de tricomas (Figura 8A). A característica mais importante da parede das células epidérmicas das partes aéreas da planta é a presença da cutina. A cutina é uma substância de natureza lipídica, que pode aparecer tanto como incrustação entre as fibrilas de celulose, como depositada externamente sobre a parede, formando a cutícula. O processo de incrustação de cutina na matriz da parede é denominado cutinização e à deposição de cutina sobre as paredes periclinais externas, dá-se o nome de cuticularização. A cutícula ajuda a restringir a transpiração; por ser brilhante ajuda a refletir o excesso de radiação solar e por ser uma substância que não é digerida pelos seres vivos, atua também como uma camada protetora contra a ação dos fungos e bactérias. A formação da cutícula começa nos estádios iniciais de crescimento dos órgãos. Acredita-se que a cutina é o resultado da polimerização de certos ácidos graxos produzidos no reticulo endoplasmático das células epidérmicas e depositada externamente através de poros existentes na parede celular. A epiderme pode apresentar vários tipos de células exercendo diferentes funções, constituindo um tecido complexo. A maior parte do tecido é composta por células epidérmicas de formato tabular, porém algumas apresentam formas e funções específicas, como as células-guarda dos estômatos (únicas células epidérmicas que sempre apresentam cloroplastos), as células buliformes, os litocistos, as células suberosas e silicosas e uma grande variedade de tricomas. Entre os diversos tipos de células epidérmicas merecem destaque os estômatos (Figura 8B). O termo estômato é utilizado para indicar uma abertura, o ostíolo, delimitado por duas células epidérmicas especializadas, as células-guarda. A abertura e o fechamento do ostíolo são determinados por mudanças no formato das células-guarda, causadas pela variação do turgor dessas células. Muitas espécies podem apresentar ainda duas ou mais células associadas às células-guarda, que são conhecidas como células subsidiárias. Estas células podem ser morfologicamente semelhante às demais células epidérmicas, ou apresentarem diferenças na morfologia e no conteúdo. 370
11 Figura 8A. Secção da folha evidenciando epiderme. Figura 8B. Visão geral do estômato. Fonte: Pesquisa realizada em 23/06/09 Fonte: Pesquisa realizada em 23/06/09 O estômato, juntamente com as células subsidiárias, forma o aparelho estomático ou complexo estomático. Em secção transversal, podemos ver sob o estômato uma câmara subestomática, que se conecta com os espaços intercelulares do mesofilo. Os estômatos desempenham uma importante função, são responsáveis pelas trocas gasosas. É através dos estômatos que as plantas captam o CO 2 de atmosfera e liberam o oxigênio vital para a nossa sobrevivência. (Figura 8B). As células-guarda, ao contrário das demais células epidérmicas, são clorofiladas e geralmente têm o formato reniforme, quando em vista frontal e são comuns nas eudicotiledôneas (Figura 9). As paredes dessas células apresentam espessamento desigual: as paredes voltadas para o ostíolo são mais espessas e as paredes opostas são mais finas. Nas monocotiledôneas, as células-guarda assemelham-se a alteres; suas extremidades são alargadas e com paredes finas, enquanto a região mediana, voltada para o ostíolo, é mais estreita e apresenta paredes espessadas (Figura 9). 371
12 Figura 9. Estômatos. Parte superior estômatos de eudicotiledônea e na inferior de monocotiledônea Fonte: - Pesquisado em 25/06/09 O tipo, número e posição dos estômatos são bastante variados. Quanto à sua posição na epiderme, os estômatos podem se situar acima, abaixo ou no mesmo nível das demais células epidérmicas, em criptas estomáticas ou mesmo em protuberâncias. A sua frequência também é variável, mas geralmente são mais numerosos nas folhas. No entanto, este número também varia nas duas superfícies foliar, bem como, em diferentes folhas de uma mesma planta ou nas diferentes regiões da mesma folha. A posição dos estômatos nas folhas, geralmente, está relacionada às condições ambientais. Nas folhas flutuantes das plantas aquáticas, os estômatos são encontrados apenas na face superior da folha, enquanto que, nas plantas de ambientes xéricos (secos), os estômatos podem aparecer na face inferior da folha, escondidos em criptas estomáticas ou não, numa tentativa de reduzir a perda de água na forma de vapor, quando estes se abrem. Quanto à distribuição dos estômatos, as folhas podem ser classificadas em: anfiestomáticas, quando os estômatos estão presentes nas duas faces da folha; hipoestomáticas, com os estômatos apenas na face inferior da folha e epiestomáticas, com os estômatos presentes apenas na face superior. Características como: posição e número dos estômatos na epiderme podem variar e ser altamente influenciadas pelo ambiente em que a planta vive, apresentando assim, pouca aplicação taxonômica. No entanto, existem classificações baseadas na presença ou não, e na origem das células subsidiárias, que podem ter utilização taxonômica. Os estômatos apresentam-se de várias formas e dependo da disposição, presença ou ausência das células do complexo estomática, estes podem ser classificados segundo Metcalfe e Chalk (1950) em: Anomocítico ou tipo de células irregulares (ranunculáceo) - não apresenta células subsidiárias, possui um número variado de células epidérmicas circundando irregularmente o estômato; 372
13 Anisocítico ou tipo de células desiguais (crucífero) - envolvido por três células subsidiárias, sendo uma delas de tamanho diferente das outras duas; Paracítico ou tipo de células paralelas (rubiáceo) - há duas células subsidiárias, cujos eixos longitudinais são paralelos ao das células-guardas; Diacítico ou tipo de células cruzadas (cariofiláceo) - duas células subsidiárias, cujas paredes comuns formam ângulo reto com o eixo longitudinal do estômato; Tetracítico - estômato com quatro células subsidiárias, sendo duas polares e duas laterais (este tipo é comum em algumas Monocotiledôneas). Os tricomas, tipos especiais de células epidérmicas, são altamente variados em estrutura e função e que podem ser classificados em: tectores, secretores e peltados. Tectores: podem ser unicelulares, como por exemplo, as fibras de algodão que são tricomas da semente do algodoeiro, formados por uma única célula que se projeta para fora da epiderme e apresentam paredes secundárias celulósicas espessadas. Os tricomas tectores não produzem nenhum tipo de secreção e acredita-se que possam, entre outras funções, reduzir a perda de água por transpiração das plantas que vivem em ambientes xéricos (secos), auxiliar na defesa contra insetos predadores e diminuir a incidência luminosa. Secretores: esses tricomas possuem um pedúnculo e uma cabeça (uni ou pluricelular) e uma célula basal inserida na epiderme. A cabeça geralmente é a porção secretora do tricoma. Estes são cobertos por uma cutícula. A secreção pode ser acumulada entre a(s) célula(s) da cabeça e a cutícula e com o rompimento desta, a secreção é liberada ou a secreção pode ir sendo liberada gradativamente através de poros existentes na parede. Estes tricomas podem apresentar funções variadas, dentre elas: produção de substâncias irritantes ou repelentes para afastar os predadores; substâncias viscosas para prender os insetos (como nas plantas insetívoras) e substâncias aromáticas para atrair polinizadores. Tricomas peltados (escamas): esses tricomas apresentam um disco formado por várias células que repousa sobre um pedúnculo que se insere na epiderme. Nas bromeliáceas os tricomas peltados estão relacionados com a absorção de água da atmosfera (Figura 10). 373
14 Figura 10. Tricomas tectores e glandulares Fonte: - Pesquisado em 20/06/09 Pelos radicais: são projeções das células epidérmicas que se formam inicialmente como pequenas papilas na epiderme da zona de absorção de raízes jovens das plantas. Estes são vacuolados e apresentam paredes delgadas, recobertas por uma cutícula delgada e estão relacionados com absorção de água do solo. Estes também são conhecidos como pelos absorventes. Apesar de se originarem sempre da protoderme, o desenvolvimento dos tricomas é bastante complexo e variado, dependendo de sua estrutura e função. 2. PARÊNQUIMA, COLÊNQUIMA E ESCLERÊNQUIMA O parênquima, o colênquima e o esclerênquima são tecidos simples, presentes no corpo primário da planta, pertencentes ao sistema fundamental e são originados a partir do meristema fundamental. O parênquima é constituído de células vivas, considerado um tecido potencialmente meristemático, conserva a capacidade de divisão celular. Geralmente suas células possuem apenas paredes primárias delgadas, com grandes vacúolos e espaços intercelulares característicos. Esse tecido está distribuído em quase todos os órgãos da planta, apresentando funções essenciais como: fotossíntese, reserva, transporte, secreção e excreção. Comumente o parênquima se especializa para determinada função, podendo-se distinguir três tipos básicos de parênquima: de preenchimento, clorofiliano e de reserva. Dependendo da posição no corpo do vegetal e do conteúdo apresentado por suas células, os principais tipos de parênquima são: fundamental, clorofiliano, reserva, aquífero e aerênquima (Figura 11). 374
15 Figura 11. Células parenquimáticas Fonte: - Pesquisado em 22/06/09 Fundamental ou de Preenchimento: encontrado no córtex e na medula do caule e no córtex da raiz. Apresenta células aproximadamente isodiamétricas, vacuoladas, com pequenos espaços intercelulares. Clorofiliano: ocorre nos órgãos aéreos dos vegetais, principalmente nas folhas. Suas células apresentam paredes primárias delgadas, numerosos cloroplastos e são intensamente vacuoladas. O tecido está envolvido com a fotossíntese, convertendo energia luminosa em energia química, armazenando-a sob a forma de carboidratos. Os dois tipos de parênquimas clorofilianos mais comuns encontrados no mesofilo são: o parênquima clorofiliano paliçádico, cujas células cilíndricas se apresentam dispostas perpendicularmente à epiderme e o parênquima clorofiliano esponjoso, cujas células, de formato irregular, se dispõem de maneira a deixar numerosos espaços intercelulares (Figura 12). Figura 12. Desenho esquemático de uma folha Fonte: - Pesquisado em 20/06/09 375
16 Reserva: o parênquima pode atuar como tecido de reserva, armazenando diferentes substâncias ergásticas, como por exemplo, amido, proteínas, óleos, etc., resultantes do metabolismo celular. São bons exemplos de parênquimas de reserva, o parênquima cortical e medular dos órgãos tuberosos e o endosperma das sementes (Figura 11). Aerênquima: as angiospermas aquáticas e aquelas que vivem em solos encharcados desenvolvem parênquima com grandes espaços intercelulares, o aerênquima, que pode ser encontrado no mesofilo, pecíolo, caule e nas raízes dessas plantas. O aerênquima promove a aeração nas plantas aquáticas, além de conferir-lhes leveza para a sua flutuação (Figura 13). Figura 13. Aerênquima da região cortical da raiz. Fonte: mazinger.sisib.uchile.cl - Pesquisado em 21/06/09 Aquífero: as plantas suculentas de regiões áridas, como certas cactáceas, euforbiáceas e bromeliáceas possuem células parenquimáticas que acumulam grandes quantidades de água - parênquima aquífero. Neste caso, as células parenquimáticas são grandes e apresentam grandes vacúolos contendo água e seu citoplasma aparece como uma fina camada próxima à membrana plasmática. O colênquima, assim como o parênquima, é constituído de células vivas e é capaz de retornar à atividade meristemática. Possui parede primária com espessamento irregular, com campos primários de pontoação. Possui função de sustentação em regiões onde o crescimento é primário ou que estão sujeitas a movimentos constantes. Pode ser classificado de acordo com o tipo de espessamento da parede celular, podendo ser: angular; lamelar, lacunar e anelar. Às vezes o colênquima pode sofrer espessamento mais acentuado e lignificar-se, sendo convertido em esclerênquima. Colênquima angular - quando as paredes são mais espessas nos pontos de encontro entre três ou mais células, como por no caule de Curcubita (aboboreira) (Figura 14). Colênquima lamelar - as células mostram um maior espessamento nas paredes tangenciais internas e externas, como o visto no caule jovem de Sambucus (sabugueiro) (Figura 15). 376
17 Colênquima lacunar - quando o tecido apresenta espaços intercelulares e os espessamentos de parede primária ocorrem nas paredes celulares que limitam estes espaços. Este tipo de colênquima pode ser encontrado no caule de Asclepia (erva-de-rato) e de Lactuca (alface) (Figura 16). Colênquima anelar ou anular quando as paredes celulares apresentam um espessamento mais uniforme, ficando o lume celular circular em secção transversal (Figura 17). A polpa de frutos quando são maciços e comestíveis geralmente são colenquimatosas. Raízes terrestres raramente formam colênquima, uma exceção pode ser encontrada nas raízes de videiras (Vitis vinifera). O esclerênquima é um tecido de sustentação, normalmente possui células mortas com parede secundária espessa e uniforme, possuindo cerca de 35% de lignina, o que lhe fornece um revestimento estável, evitando ataques químicos, físicos ou biológicos. É encontrado em vários órgãos e pode formar faixas ou calotas ao redor dos tecidos vasculares, fornecendo proteção e sustentação. Há basicamente dois tipos celulares no esclerênquima: as fibras e as esclereides. As fibras são células longas e largas, com paredes secundárias espessas e lignificadas, suas extremidades são afiladas e possuem a função de sustentar partes do vegetal que não se alongam mais. Já as esclereides são células isoladas ou em grupos esparsos, distribuídas por todo o sistema fundamental da planta. Possuem paredes secundárias espessas, muito lignificadas, com numerosas pontuações simples. Figura 14. Colênquima angular Figura 15. Colênquima lamelar Epiderme (e). colênquima lamelar (c) Fonte: Pesquisado em 26/06/09 Fonte: Pesquisado em 26/06/09 377
18 Figura 16. Colênquima lacunar. Espaço intercelular (setas) Figura 17. Colênquima anelar Fonte: Pesquisado em 26/06/09 Fonte: Pesquisado em 26/06/09 Tipos de esclereides: Braquiesclereídes ou células pétreas: são isodiamétricas, ocorrendo, por exemplo, na polpa de Pyrus (pêra) e no marmelo, onde aparecem em grupos entre as células parenquimáticas (Figura 18). Macroesclereídes: são células alongadas ou colunares distribuídas em paliçadas e podem ser encontradas no envoltório externo (testa) das sementes das leguminosas, por exemplo, em Pisum (ervilha) e Phaseolus (feijão) (Figura 19). Osteoesclereídes: esclereídes alongadas, com as extremidades alargadas, lembrando a forma de um osso, como as esclereídes observadas sob a epiderme (tegmen) da semente das leguminosas (células em ampulheta) (Figura 20). Astroesclereídes: com a forma de uma estrela, com as ramificações partindo de um ponto mais ou menos central. São comumente encontradas nas folhas de Nymphaea sp (lírio d'água) (Figura 21). Tricoesclereídes: esclereídes alongadas, semelhante à tricomas, ramificados ou não, como vistas nas folhas de Olea deliciosa (oliveira) e nas folhas de Musa sp (bananeira). 378
19 Figura 18. Braquioesclereídes Figura 19. Macroesclereídes Fonte: Pesquisado em 26/06/09 Figura 20. Osteoesclereídes Fonte: Pesquisado em 26/06/09 Figura 21. Astroesclereídes Fonte: Pesquisado em 26/06/09 Fonte: Pesquisado em 26/06/09 3. ESTRUTURAS SECRETORAS Muitos dos metabólitos que resultam das diversas atividades celulares ficam depositados em células especiais, denominadas idioblastos excretores, ou serem liberadas para o meio externo através dos tricomas secretores. O material secretado, denominado exsudato, apresenta uma composição química bastante variável (água, mucilagem, goma, proteínas, óleo, resinas, látex e néctar). De um modo geral, as células secretoras se caracterizam por apresentarem paredes primárias delgadas, núcleo desenvolvido, citoplasma ativo, com organelas envolvidas na síntese protéica, muitos vacúolos diminutos, muitos plasmodesmos e mitocôndrias em grande quantidade para garantir o suprimento energético utilizado nas diversas atividades de síntese. São exemplos de estruturas secretoras (nectários, glândulas digestivas, glândulas de sal, hidropódios, tricomas urticantes, laticíferos, hidatódios). Os tricomas urticantes são bons exemplos de estruturas secretoras e funcionam como defesa das plantas contra a herbivoria. O tricoma consiste de uma única célula vesiculosa na base e gradualmente afilada em direção ao ápice, cuja região intermediária entre a base e o ápice lembra um tubo capilar fino. Quando este tricoma é tocado, o ápice rompe-se ao longo de uma linha determinada e o líquido que está no interior do tricoma é introduzido no corpo do animal. Outro exemplo são os nectários presentes em órgãos vegetativos (raiz, caule e folha) e reprodutivos (flor, fruto e semente) das plantas. Apresentam diversas funções, entre elas atrair 379
20 agentes polinizadores, no caso das flores. Os nectários produzem, principalmente, sacarose, glicose e frutose que servem de recompensa para os agentes polinizadores (Figura 22). Basta observar os insetos e aves que visitam as flores em busca de alimento e acabam por atuar na primeira etapa da reprodução das angiospermas, a polinização. Quanto à posição, o nectário pode ser classificado em extrafloral (ocorrem em folhas, caules e pecíolos) e floral (restritos à flor). Figura 22. Flores com nectários. Fonte: - Pesquisado em 27/06/09 AREGAÇANDO AS MANGAS!!! Você sabe que um dos grandes problemas ambientais que tem levado, segundo alguns pesquisadores, ao aquecimento global é o aumento da emissão de gases dos efeitos estufa na atmosfera. Agora pense e responda: Qual a ligação entre os estômatos e o processo de aquecimento global? 4. SISTEMA VASCULAR Uma das principais mudanças na estrutura do corpo das plantas para conquista do ambiente de terra firme foi o desenvolvimento de um sistema vascular capaz de transportar água, sais minerais e nutrientes e os compostos orgânicos produzidos durante o processo de fotossíntese. As primeiras plantas a apresentarem esse sistema, foram as pteridófitas (plantas vasculares mais simples) e completou sua complexidade nas gimnospermas e finalmente nas angiospermas. As briófitas por não possuírem esse tipo de sistema são chamadas plantas avasculares. Formado pelo xilema e floema, o sistema condutor origina-se do procâmbio (xilema e floema primários) e do câmbio (xilema e floema secundários). 380
21 4.1. XILEMA O xilema é o tecido responsável pelo transporte de água e solutos a longa distância, armazenamento de nutrientes e suporte mecânico. Esse sistema pode apresentar-se como primário (originado do procâmbio), ou secundário (formado a partir do câmbio). Sendo, portanto, um tecido complexo e formado por elementos traqueais, células parenquimáticas e fibras. Há dois tipos básicos de elementos traqueais: as traqueídes, que são células imperfuradas e mais encontradas em gimnospermas; e os elementos de vaso, dotados de placas de perfuração e mais frequentes em angiospermas. Tanto as traqueídes como os elementos de vaso perdem seus protoplasmas, tornando-se aptos para o transporte de água e sais minerais (Figura 23). No xilema primário podemos encontrar o protoxilema e o metaxilema. No início do desenvolvimento da planta surge o protoxilema, que se desenvolve pouco e apresenta menor diâmetro quando comparado ao metaxilema, que amadurece mais tarde e possui maior diâmetro (Figura 24). Figura 23. Elementos traqueais do xilema e do floema Fonte: - Pesquisado em 17/05/09 A deposição de parede secundária pode variar de acordo com o desenvolvimento do sistema vascular da planta (Figura 24). Essa deposição pode ocorrer de duas formas: ocupando pouca área da parede primária, com a vantagem de extensibilidade, representado pelos padrões anelar e helicoidal (protoxilema); ou ocupando quase toda a área, tendo a resistência como vantagem maior e sendo representado pelos padrões escalariforme, reticulado e pontoado (metaxilema). 381
22 Figura 24. Elementos do xilema primário Fonte: - Pesquisado em 19/06/09 Após a parede secundária ter sido depositada, as células entram em processo de lise do protoplasto e de certas partes da parede celular. Terminados os processos de diferenciação, síntese e deposição de material de parede, lignificação da parede depositada, lise do citoplasma e formação das placas de perfuração, a célula torna-se funcional em condução. A placa de perfuração está presente nos elementos de vaso e ausente nas traqueídes (Figura 25). Os elementos de vaso são característicos das angiospermas e é considerado um avanço evolutivo. Já as traqueídes são células características das gimnospermas. Os parênquimas, classificados em axial e radial, possuem a função de armazenamento e translocação de água e solutos a curta distância. As fibras são células de sustentação, responsáveis pela rigidez e flexibilidade da madeira, possuem forma alongada e extremidades afiladas, com maior dimensão no sentido do eixo longitudinal do órgão. O xilema secundário apresenta os mesmos tipos celulares básicos do sistema primário. A diferença é que os tipos celulares do xilema primário estão organizados apenas no sistema axial, enquanto que no secundário, além do sistema axial, ocorre também o sistema radial. O xilema em estrutura secundária é comercialmente chamado de madeira. A organização do lenho das gimnospermas e angiospermas apresentam padrões específicos e característicos de cada grupo. Ausência, predominância e forma de distribuição de alguns elementos celulares estão entre estas diferenças. (Figuras 26 e 27). 382
23 Figura 25. Traqueídes e elementos de vaso Fonte: Esaú (1974) Figura 26. Madeira de gimnospermas. Note diâmetro das traqueídes (seta) Figura 27. Madeira de angiospermas. Elementos de vaso (maior diâmetro) Fonte: Pesquisado em 19/06/09 Fonte: Pesquisado em 19/06/09 383
24 4.2. ESTRUTURA DO LENHO DAS GIMNOSPERMAS Ausência de elementos de vaso. Os elementos condutores são as traqueídes, tipo celular com pontoações areoladas, toro e espessamento helicoidal. Fibrotraqueídes podem ocorrer; fibras libriformes estão ausentes. Parênquima axial pode ou não estar presente. Parênquima radial com largura de uma célula ou bisseriado (Figura 26). Como base no Glossário de termos da IAWA (1964) e no trabalho de Burger e Richter (1991), a estrutura do lenho das gimnospermas apresenta. Traqueídes axiais: são células alongadas e estreitas, quando comparadas com os elementos de vaso, são mais ou menos pontiagudas, não possuem placa de perfuração e ocupam até 95% do volume da madeira (Figura 26). Uma vez formados pelo câmbio, estes elementos celulares têm uma longevidade muito curta; perdem o conteúdo celular tornando-se tubos ocos de paredes lignificadas que desempenham funções de condução e sustentação do lenho. As paredes dessas células apresentam pontoações areoladas, pelas quais os líquidos circulam célula a célula. O estudo dessas pontoações e sua disposição têm grande valor para a identificação e utilização da madeira. Parênquima radial ou raios: são faixas de células parenquimáticas de altura, largura e comprimento variáveis, que se estendem radialmente no lenho, em sentido perpendicular ao dos traqueídes axiais, cuja função é armazenar, transformar e conduzir transversalmente substâncias nutritivas. Os raios das Gimnospermas podem ser constituídos unicamente de células parenquimáticas: raios homogêneos, como em Araucaria; ou apresentar traqueídes radiais geralmente em suas margens: raios heterogêneos, como em Cedrus. Nos gêneros Pinus, os raios heterogêneos, além de células parenquimáticas comuns e traqueídes radiais, podem apresentar canais resiníferos delimitados por células parenquimáticas epiteliais produtores de resina. Neste caso são mais alargados, recebendo o nome especial de raios fusiformes. Traqueídes dos raios (traqueídes radiais): São células da mesma natureza dos traqueídes axiais, portanto caracterizadas pela presença de pontoações areoladas em suas paredes, porém bem menores que aqueles. Dispõem-se horizontalmente e ocorrem associados aos raios, normalmente formando suas margens superiores e inferiores, e só mais raramente encontram-se no seu interior. Sua presença é característica de alguns gêneros como em Pinus, ao passo que em outros são sempre ausente, como em Araucaria. Tem como função a condução transversal de nutrientes no lenho e a sustentação do vegetal. Parênquima axial: São células de formato retangular e paredes normalmente finas e não lignificadas, bem mais curtas do que os traqueídes axiais, que tem por função o armazenamento de substâncias nutritivas no lenho. Esse tipo de célula nem sempre ocorre em gimnospermas, estando ausente, por exemplo, nas Araucaria. Quando existentes, podem estar dispersas pelo lenhoparênquima axial difuso formando faixas junto aos limites dos anéis de crescimento parênquima axial marginal; ou associadas aos canais resiníferos. A presença desse tipo celular nas gimnospermas é bastante discutida, visto que muitos autores não aceitam sua existência neste grupo de planta. Células epiteliais: São células de parênquima axial, especializadas na produção de resina, que delimitam os canais resiníferos formando um epitélio. Morfologicamente distinguem-se dos elementos de parênquima axial por serem mais curtas e hexagonais e conterem um núcleo grande e um denso citoplasma enquanto vivas. 384
25 Canais resiníferos: São espaços intercelulares delimitados por células epiteliais, que neles vertem a resina. Podem ocupar no lenho a posição vertical ou horizontal. Podem surgir em consequência de ferimentos provocados na árvore, mesmo em madeiras que os canais são ausentes, sendo denominados canais resiníferos traumáticos. Traqueídes em séries verticais: Observados em algumas espécies, caracterizam-se como um tipo especial de traqueíde, mais curto, de extremidades retas, semelhante morfologicamente às células de parênquima axial, das quais se distinguem pela presença de pontoações areoladas. Tem como função a condução e a sustentação da árvore. São provavelmente vestígios do processo evolutivo do reino vegetal. Ocorrem no lenho em séries verticais principalmente associadas aos canais resiníferos, junto com as células de parênquima axial, quando essa última existe ESTRUTURA DO LENHO DAS ANGIOSPERMAS A madeira das angiospermas é mais complexa do que a das gimnospermas. Nas angiospermas, os elementos de vaso são responsáveis pela condução de água e apresentam maior diâmetro quando comparado com os traqueídes das gimnospermas (Figura 27). Algumas angiospermas podem apresentar tanto traqueídes como elementos de vaso. A distribuição dos vasos pode variar, sendo a distribuição difusa mais comum. As fibras dividem-se em: libriformes (com pontoações simples) e fibrotraqueídes (que possuem pontoações areoladas). O parênquima pode ser (axial e radial) e dependendo da distribuição são classificados em: apotraqueal e paratraqueal. Como base no Glossário de termos da IAWA (1964) e no trabalho de Burger e Richter (1991), a estrutura do lenho das angiospermas apresenta. Vasos: São tipos celulares que ocorrem nas Angiospermas, salvo raras exceções, e por esse motivo constitui o principal elemento de diferenciação entre estas e as gimnospermas. Para permitir a circulação de substâncias líquidas, os elementos vasculares possuem extremidades perfuradas, denominadas placas de perfuração, que podem ser múltiplas (escalariforme, reticulada e foraminada) ou simples. O tipo de placa de perfuração e os aspectos dos elementos de vasos são características relacionadas ao estádio evolutivo do vegetal e adaptação deste às condições ambientais. Além da placa de perfuração, os vasos apresentam pontoações em suas paredes laterais para comunicação com as células vizinhas, cuja disposição, aspecto, tamanho e forma caracterizam algumas madeiras e constituem importante elemento para sua identificação. Quando estabelecem contato de vaso para vaso são denominadas pontoações intervasculares; quando a comunicação é de vaso para parênquima axial, pontoações parênquimo-vasculares; quando de vaso para raio, denominam-se raio-vasculares. Nas áreas de contato entre vaso e fibra existe rara ou nenhuma pontoação. Quanto à disposição, as pontoações intervasculares podem apresentar-se como alternas, opostas e escalariformes. Variam ainda, na sua forma (arredondadas, poligonais e ovaladas). A abertura das pontoações pode apresentar-se dentro das aréolas (inclusas), encostadas nas aréolas (tocantes) ou se estender para fora destas (exclusas). Quando a abertura de duas ou mais pontoações se tocam, temos as chamadas pontoações intervasculares coalescentes, de aspecto escalariforme. Em ambientes com pouca disponibilidade de água, como a caatinga, é comum a ocorrência de pontoações guarnecidas (Figura 28). Esse tipo de pontoação caracteriza-se por apresentar projeções na abertura da pontoação que tendem a evitar a embolia (formação de bolhas no interior dos 385