Introdução
A maioria das pessoas foca-se na fotossíntese quando pensa em plantas. Mas este guia Respiração nas Plantas: O Guia Completo do Processo aborda o seu parceiro esquecido. Os cientistas publicam 3 artigos sobre fotossíntese por cada 1 sobre respiração nas plantas. Esta lacuna deixou os jardineiros às escuras sobre como as suas plantas se alimentam de dia e de noite.
Ensinei biologia vegetal durante anos antes de perceber quão pouco as pessoas sabem sobre a respiração celular. Aprendem que as plantas produzem oxigénio e pensam que isso conta toda a história. A verdade é que a respiração das plantas liberta cerca de 60 petagramas de carbono por ano. Esse número é 6 vezes superior a todas as emissões humanas combinadas. Fiquei chocado quando li estes dados pela primeira vez numa revista científica.
O que distingue este processo da fotossíntese? A fotossíntese só funciona quando a luz atinge as folhas. Mas a respiração funciona 24 horas por dia em cada célula viva. As suas plantas de interior respiram enquanto dorme. Os vegetais do seu jardim queimam combustível durante a noite. Este metabolismo energético vegetal constante alimenta o crescimento mesmo quando o sol se põe.
Este guia divide o processo em três fases claras que acontecem dentro de cada célula. Vai aprender como as plantas convertem glicose em energia utilizável. Os três passos são a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia transportadora de eletrões. Também verá onde isto acontece e porque é importante para o seu jardim. Estes conceitos básicos ajudam-no a tomar melhores decisões sobre rega, cuidados do solo e controlo de temperatura.
As 3 Fases da Respiração das Plantas
Pense na respiração das plantas como uma fábrica com 3 estações numa linha de montagem. Cada estação pega no produto da anterior e acrescenta mais valor. A glicose entra no início. A produção de ATP acontece em cada fase. As três fases são a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia transportadora de eletrões.
A glicólise acontece primeiro no fluido celular fora das mitocôndrias. Esta fase divide uma glicose em duas partes mais pequenas chamadas piruvato. O processo produz 2 moléculas de ATP. Também liberta eletrões com alta energia. Estes eletrões são passados para alimentar as fases seguintes. A glicólise funciona com ou sem oxigénio.
O ciclo de Krebs assume o controlo a seguir, dentro das mitocôndrias. Também pode ouvir chamar-lhe ciclo do ácido cítrico. Aqui o piruvato decompõe-se ainda mais e liberta dióxido de carbono como resíduo. Esta fase captura mais eletrões e produz mais 2 ATP. A maior parte da energia ainda está nesses eletrões capturados à espera da fase final.
A cadeia transportadora de eletrões termina o trabalho na membrana interna das mitocôndrias. Os eletrões fluem através de proteínas que funcionam como pequenas rodas de água. Pode ouvir o seu professor chamar a este passo fosforilação oxidativa, mas pode pensar nele simplesmente como o grande prémio energético. A maior parte dos 23 a 24 ATP vem desta fase final. O oxigénio agarra os eletrões usados no final e transforma-os em água.
A maioria dos manuais ainda afirma que as células produzem 36 a 38 ATP por glicose. A investigação moderna mostra que o número real está mais próximo de 27 a 28 ATP. As plantas também podem usar uma via alternativa que reduz o rendimento em mais 15% a 31%. Esta via ajuda as plantas a lidar com o stress mas custa-lhes energia. Passei anos a ensinar os números antigos antes de sair a investigação atualizada.
Respiração Aeróbia vs Anaeróbia
As suas plantas podem respirar de duas formas diferentes consoante o ambiente. A respiração aeróbia é como comer uma refeição completa que extrai toda a energia dos alimentos. A respiração anaeróbia é mais como um lanche rápido que desperdiça a maior parte dos nutrientes. A diferença chave é a disponibilidade de oxigénio no solo à volta das raízes das suas plantas.
Uma vez reguei em excesso uma fila de tomateiros até as raízes ficarem em solo encharcado durante dias. As plantas ficaram amarelas e fracas mesmo tendo muita água. O solo encharcado quase não tem oxigénio para as raízes. Os meus tomateiros mudaram para a via anaeróbia e ficaram sem energia. Este erro ensinou-me porque é que a eficiência energética das plantas é tão importante.
A fermentação nas plantas funciona como um sistema de reserva quando o oxigénio se esgota. As células das suas plantas produzem etanol durante este processo em vez dos produtos residuais normais. Algumas plantas adaptaram-se para sobreviver a inundações usando esta via por curtos períodos. O arroz lida melhor com raízes molhadas do que a maioria dos vegetais que cultiva no seu jardim. Mas mesmo o arroz não consegue funcionar apenas com fermentação durante muito tempo.
Como as Plantas Trocam Gases
Os seus pulmões bombeiam ar para dentro e para fora para respirar. As plantas funcionam de forma muito diferente. A troca gasosa nas plantas acontece através de difusão passiva por pequenas aberturas e paredes celulares finas. Isto significa que a área de superfície e os níveis de humidade são muito importantes para o quão bem as suas plantas conseguem absorver oxigénio e libertar dióxido de carbono.
Investigação do US Forest Service mostra que aproximadamente metade da respiração total das plantas vem das folhas. O resto acontece nos caules, raízes e outros tecidos vivos. Cada parte da sua planta tem a sua própria forma de obter os gases que precisa para manter a respiração a funcionar. As células de guarda nas folhas controlam quando os estomas abrem e fecham com base na luz, humidade e níveis de água na planta.
Estomas nas Superfícies das Folhas
- Localização: Encontram-se principalmente na parte inferior das folhas, com algumas espécies tendo estomas também nas superfícies superiores.
- Função: Estes poros microscópicos permitem que o dióxido de carbono entre para a fotossíntese e o oxigénio saia durante a respiração, enquanto também libertam vapor de água.
- Regulação: As células de guarda que rodeiam cada estoma abrem e fecham com base na luz, humidade e níveis de dióxido de carbono, controlando o momento da troca gasosa.
- Densidade: Uma única folha pode conter milhares de estomas por centímetro quadrado, maximizando a área de superfície para troca gasosa.
Lenticelas nos Caules e Casca
- Localização: Encontram-se nos caules lenhosos, ramos e casca de árvores e arbustos onde a camada exterior impede a difusão de gases.
- Estrutura: Estes pontos elevados e suberosos contêm células dispostas de forma solta com espaços de ar entre elas, permitindo a passagem de gases.
- Função: Permitem que o oxigénio alcance os tecidos vivos sob a casca para a respiração enquanto permitem que o dióxido de carbono escape.
- Aparência: Frequentemente visíveis como pequenos pontos, linhas ou manchas rugosas nas superfícies da casca de muitas espécies de árvores.
Pelos Radiculares e Arejamento do Solo
- Localização: Extensões finas semelhantes a pelos das células epidérmicas das raízes que se estendem para os espaços de ar do solo entre as partículas.
- Fonte de Gás: As raízes absorvem oxigénio dissolvido na água do solo e das bolsas de ar retidas entre as partículas do solo.
- Importância: Solos encharcados ou compactados carecem de oxigénio adequado, forçando as raízes a uma respiração anaeróbia ineficiente.
- Ligação à Jardinagem: Isto explica porque é que um solo bem drenado e evitar a rega excessiva são críticos para uma respiração radicular saudável.
Troca Direta pelas Células Epidérmicas
- Localização: A camada exterior de células que cobre caules jovens, raízes e outras partes não lenhosas da planta.
- Mecanismo: Em plantas herbáceas e tecidos jovens, os gases podem difundir-se diretamente através de paredes celulares finas e membranas.
- Limitação: À medida que os tecidos amadurecem e desenvolvem camadas protetoras mais espessas, estruturas especializadas como as lenticelas tornam-se necessárias.
- Papel: Fornece troca gasosa suplementar além dos estomas e lenticelas nas partes apropriadas da planta.
Aprendi sobre a respiração nas raízes da forma difícil quando compactei demasiado o solo à volta de um novo arbusto. As raízes não conseguiam obter oxigénio suficiente através da terra densa. As suas plantas precisam de solo solto e arejado para que a respiração nas folhas e a respiração nas raízes possam funcionar bem. Os estomas e lenticelas tratam das partes acima do solo enquanto os pelos radiculares fazem o trabalho abaixo.
Porque é Que a Respiração é Importante para o Crescimento
Pense na respiração como pagar a conta de eletricidade da fábrica da sua planta. A fotossíntese constrói glicose a partir da luz solar e do ar. Mas a sua planta deve gastar parte dessa glicose apenas para manter as luzes acesas e as máquinas a funcionar. A importância da respiração mostra-se em cada parte de como as suas plantas crescem e se mantêm vivas.
Aqui está um número que me surpreendeu quando li a investigação pela primeira vez. As plantas enviam aproximadamente 50% do carbono que fixam através da fotossíntese de volta para fora através da respiração. Parece muito desperdício. Mas essa energia ajuda a sua planta a crescer mais e a ganhar mais peso. Este crescimento chama-se acumulação de biomassa. Também ajuda na absorção de nutrientes e alimenta a resposta ao stress. Sem ela, a sua planta não conseguiria adicionar novas células ou combater doenças.
Os tecidos jovens em crescimento precisam de muito mais energia do que as partes maduras da sua planta. Uma plântula ou rebento novo tem células que se dividem e expandem rapidamente. Cada nova célula precisa de ATP para construir as suas paredes, copiar ADN e produzir proteínas. É por isso que a respiração para o crescimento das plantas funciona intensamente na primavera quando tudo acorda. As folhas maduras que pararam de crescer precisam de menos energia para a manutenção básica.
Costumava questionar-me porque é que os meus transplantes murchavam e sofriam durante semanas depois de os mudar. Agora sei a resposta. Quando arranca uma planta, danifica muitas das suas raízes. A planta deve regenerar essas raízes rapidamente, o que requer uma enorme explosão de energia. Mas com menos raízes a planta não consegue absorver tanta água ou nutrientes. Esta crise energética é o que chamamos choque de transplante.
Pode ajudar as suas plantas sabendo quando a procura de respiração dispara. Stress hídrico, ondas de calor e ataques de pragas desencadeiam elevadas necessidades de resposta ao stress. A sua planta queima glicose rapidamente para reparar danos e ajustar-se a novas condições. Plantas saudáveis com boas reservas de energia lidam melhor com estes desafios do que as stressadas ou esfomeadas.
Fatores Que Afetam a Taxa de Respiração
Muitos fatores que afetam a respiração das plantas controlam a rapidez com que as suas plantas consomem energia. Alguns vêm do interior da própria planta. Outros dependem do mundo à sua volta. Estes fatores ajudam a explicar porque é que as plantas se comportam da forma que o fazem.
A ligação entre temperatura e respiração segue uma regra chamada Q10. A taxa de respiração da sua planta aproximadamente duplica por cada 10°C de aumento dentro do intervalo normal. Isto explica porque é que os produtos alimentares se estragam mais depressa no calor do verão. O frio abranda este processo no seu frigorífico. Tenho esta regra em mente quando colho tomates em dias quentes. Levo-os para a sombra fresca rapidamente para abrandar o seu consumo de energia.
Efeitos da Temperatura
- Resposta Q10: A taxa de respiração aproximadamente duplica por cada 10°C de aumento dentro do intervalo ideal para aquela espécie de planta.
- Limite Superior: Temperaturas muito altas degradam as enzimas respiratórias, causando uma queda rápida da respiração e podendo matar o tecido vegetal.
- Armazenamento a Frio: Temperaturas mais baixas abrandam a respiração significativamente, razão pela qual a refrigeração prolonga o prazo de validade de frutas e vegetais colhidos.
- Uso Prático: Esta relação ajuda os jardineiros a prever o aumento das necessidades de água e nutrientes durante tempo quente.
Disponibilidade de Oxigénio
- Condições Normais: Oxigénio adequado no solo e no ar permite que a respiração aeróbia eficiente prossiga, gerando o máximo de energia ATP.
- Solo Encharcado: Quando os poros do solo se enchem de água, o oxigénio não consegue alcançar as raízes, forçando a mudança para respiração anaeróbia ineficiente.
- Danos nas Raízes: A perda de oxigénio a longo prazo leva à morte das raízes pois as células não conseguem produzir energia suficiente para as funções de sobrevivência.
- Soluções de Arejamento: Canteiros elevados, drenagem adequada e evitar a compactação do solo ajudam a manter oxigénio adequado na zona radicular.
Disponibilidade de Substrato
- Fornecimento de Glicose: As plantas precisam de hidratos de carbono produzidos pela fotossíntese como combustível para a respiração, pelo que plantas à sombra ou stressadas podem ficar com níveis baixos.
- Resposta à Fome: Sem substrato adequado, as plantas não conseguem manter as taxas de respiração necessárias para as funções de crescimento e reparação.
- Reservas de Armazenamento: Raízes, tubérculos e sementes armazenam amido que pode converter-se em glicose durante a germinação ou períodos de baixa fotossíntese.
- Dica Prática: Garantir luz adequada para a fotossíntese suporta a respiração necessária para um crescimento saudável.
Idade da Planta e Tipo de Tecido
- Tecidos em Crescimento: Folhas jovens e frutos em desenvolvimento têm taxas de respiração muito mais altas do que tecidos maduros.
- Manutenção vs Crescimento: Os tecidos maduros precisam de energia para manutenção básica, enquanto os tecidos em crescimento ativo requerem energia extra para divisão e expansão celular.
- Mudanças Sazonais: As exigências de respiração atingem o pico durante períodos de crescimento ativo e diminuem durante a dormência em plantas perenes.
- Germinação de Sementes: As sementes mostram grandes aumentos na respiração quando quebram a dormência e começam o crescimento ativo.
Dois fatores adicionais destacam-se nos meus anos de jardinagem. A disponibilidade de oxigénio no seu solo decide se as raízes conseguem respirar bem. A sua planta também precisa de disponibilidade de substrato, que é apenas um termo elaborado para ter combustível de glicose suficiente. A seca corta o fornecimento de glicose enquanto a inundação corta o oxigénio. Mantenha o seu solo húmido mas não encharcado para a melhor taxa de respiração.
Respiração e Alterações Climáticas
A respiração das plantas desempenha um papel enorme no ciclo global do carbono em que a maioria das pessoas nunca pensa. As plantas libertam cerca de 60 petagramas de carbono todos os anos. É o que chamamos libertação de carbono pela respiração. Esse número é aproximadamente 6 vezes superior a todas as emissões humanas. Isto torna o orçamento de carbono do ecossistema uma peça chave do puzzle das alterações climáticas.
Aprendi sobre estes números pela primeira vez num artigo científico. Mudaram a forma como penso sobre o meu jardim. A troca total de carbono atinge cerca de 120 gigatoneladas por ano. Esse número inclui tanto a libertação como a absorção de carbono. Só as culturas agrícolas adicionam cerca de 8 gigatoneladas de CO2 por ano. São números grandes que se acumulam rapidamente.
É aqui que as alterações climáticas criam um ciclo de retroalimentação. Temperaturas mais altas aceleram as taxas de respiração como vimos com a regra Q10. Se o planeta aquecer, as plantas respiram mais depressa e libertam mais carbono. Esse carbono extra pode reter mais calor, o que torna o planeta ainda mais quente. Os cientistas receiam que isto possa tornar as alterações climáticas piores do que os modelos atuais preveem.
Investigação do PMC mostra outra coisa que surpreendeu os especialistas. Muitos pensavam que as plantas respirariam menos quando cultivadas em condições de efeitos de CO2 elevado. Mas os dados mostram que as taxas de respiração se mantêm aproximadamente iguais mesmo com mais CO2 no ar. Isto significa que não podemos contar que as plantas abrandem a sua libertação de carbono à medida que os níveis de CO2 sobem.
O que significa isto para si como jardineiro? As suas plantas fazem parte deste sistema global. Plantas saudáveis que crescem bem absorvem mais carbono através da fotossíntese do que libertam através da respiração. Mas plantas stressadas ou a morrer podem tornar-se fontes líquidas de carbono. Boas práticas de jardinagem ajudam a manter a sua pequena parte do orçamento de carbono do ecossistema no lado positivo.
5 Mitos Comuns
As plantas apenas produzem oxigénio e nunca libertam dióxido de carbono para a atmosfera à sua volta.
As plantas libertam CO2 continuamente através da respiração 24 horas por dia. Durante o dia, a fotossíntese excede a respiração, criando produção líquida de oxigénio.
Dormir perto de plantas à noite é perigoso porque elas consomem todo o oxigénio do quarto.
A quantidade de oxigénio que uma planta de interior usa durante a noite é insignificante comparada com o volume de ar do quarto. Uma única pessoa usa muito mais oxigénio do que dezenas de plantas.
A respiração das plantas produz exatamente 36 a 38 moléculas de ATP de cada molécula de glicose consumida.
Investigação moderna revista por pares mostra que o rendimento real de ATP é de 27-28 por molécula de glicose, significativamente inferior aos valores desatualizados dos manuais.
A respiração só acontece nas folhas onde os estomas permitem troca gasosa com o ambiente.
A respiração ocorre em todas as células vivas das plantas, incluindo raízes, caules, flores e frutos. Cada tecido tem estruturas adaptadas para a troca gasosa.
A fotossíntese e a respiração são processos opostos que se anulam completamente.
Embora quimicamente opostos, plantas saudáveis fixam mais carbono através da fotossíntese do que libertam através da respiração, permitindo o crescimento e a acumulação de biomassa.
Conclusão
A respiração nas plantas funciona 24 horas por dia em cada célula viva. O processo de respiração das plantas decompõe a glicose através de três fases. Isto produz 27 a 28 moléculas de ATP de energia. Cada célula da sua planta depende deste combustível para se manter viva e fazer o seu trabalho.
A fotossíntese recebe a maior parte da atenção. Mas a respiração merece igual reconhecimento da sua parte. As suas plantas precisam de ambas para prosperar. Uma constrói o alimento enquanto a outra o queima para alimentar o crescimento. Sem respiração, as suas sementes nunca germinariam. As suas flores nunca floresceriam. Penso nisto sempre que passeio pelo meu jardim.
As lições práticas deste guia podem ajudá-lo a cultivar melhores plantas. Mantenha o seu solo solto para que as raízes possam respirar. Vigie a sua rega para evitar afogar essas raízes em solo encharcado. Mova os produtos colhidos para armazenamento fresco rapidamente para abrandar a respiração e mantê-los frescos. Dê aos transplantes cuidados extra enquanto reconstroem os seus sistemas radiculares.
Todo o metabolismo energético das plantas que leu hoje é o motor oculto por trás do seu jardim. Desde o primeiro rebento verde até ao último tomate, a respiração nas plantas faz tudo acontecer. Use estas dicas para um crescimento saudável das plantas no seu quintal hoje.
Fontes Externas
Perguntas Frequentes
O que é a respiração nas plantas?
A respiração das plantas é o processo bioquímico em que as plantas convertem glicose e oxigénio em energia ATP, libertando dióxido de carbono e água como subprodutos.
Como é que as plantas respiram sem pulmões?
As plantas trocam gases através de estruturas especializadas:
- Estomas (pequenos poros nas folhas)
- Lenticelas (poros nos caules e casca)
- Pelos radiculares (absorvem oxigénio dos espaços de ar do solo)
As plantas respiram à noite?
Sim, as plantas respiram continuamente 24 horas por dia. À noite, a respiração continua enquanto a fotossíntese para, tornando as plantas produtoras líquidas de CO2 na escuridão.
Qual é a diferença entre respiração e fotossíntese?
Principais diferenças entre os dois processos:
- A fotossíntese constrói glicose usando energia luminosa; a respiração decompõe-na
- A fotossíntese absorve CO2 e liberta O2; a respiração faz o oposto
- A fotossíntese ocorre apenas com luz; a respiração acontece 24 horas por dia
Porque é que as plantas precisam de oxigénio?
As plantas precisam de oxigénio para a respiração aeróbia, que extrai o máximo de energia (27-28 ATP) da glicose nas mitocôndrias.
Que fatores afetam as taxas de respiração das plantas?
Vários fatores influenciam as taxas de respiração:
- Temperatura (temperaturas mais altas aumentam a taxa até certo ponto)
- Disponibilidade de oxigénio nas raízes e tecidos
- Disponibilidade de substrato (glicose)
- Idade da planta e fase de crescimento
- Stress hídrico e condições ambientais
As plantas podem reduzir os níveis de dióxido de carbono em interiores?
As plantas absorvem mais dióxido de carbono do que libertam durante o dia através da fotossíntese, mas à noite libertam-no. No geral, plantas saudáveis em condições de boa luminosidade proporcionam uma redução líquida.
Quais são os tipos de respiração das plantas?
As plantas usam diferentes vias de respiração:
- Respiração aeróbia (com oxigénio, produz 27-28 ATP)
- Respiração anaeróbia/fermentação (sem oxigénio, produz 2 ATP)
- Fotorrespiração (dependente da luz, ocorre juntamente com a fotossíntese)
Como é que a respiração está ligada às alterações climáticas?
As plantas libertam 60 petagramas de carbono anualmente através da respiração. O aumento das temperaturas pode aumentar as taxas de respiração, afetando potencialmente o balanço global de carbono.
Porque é que os jardineiros se preocupam com a respiração?
Os jardineiros beneficiam de compreender a respiração porque:
- A temperatura afeta o crescimento e a eficiência energética
- Raízes encharcadas não conseguem respirar adequadamente
- O armazenamento pós-colheita requer gestão da respiração
- A poda e o transplante aumentam as exigências de respiração
