INTRODUÇÃO He who plants a tree Plants a hope. Lucy Larcom (1826-93) Plant a Tree, st. 1. As plantas são uma parte vital do nosso planeta, fornecendo oxigénio a todos os seres vivos e constituindo a mais importante reserva alimentar. Mas como é que as plantas, seres aparentemente imóveis, reagem ao meio que as rodeia? Existirá alguma semelhança com as reacções dos animais? Através desta experiência procurou-se desvendar algumas das reacções das plantas aos elementos da Natureza, observando como estes influenciam o seu comportamento. O meio ambiente está em permanentes modificações que actuam sobre as plantas, provocando nestas as mais variadas reacções, ou seja, as plantas estão constantemente a sofrer a influência de estímulos externos. As principais reacções das plantas a estes estímulos manifestam-se por: tropismos, resposta das plantas a estímulos ambientais (luz, gravidade, toque, água, agentes químicos) através de movimentos traduzidos sob a forma de mudanças na orientação da direcção de crescimento e, portanto, na sua postura; movimentos de turgescência, que consistem na curvatura de órgãos vegetais, como as folhas ou as flores, causados por modificações na pressão de turgescência, os quais são iniciados pelo movimento do Sol, duração do dia e contacto; reacções morfogenéticas à duração do dia, ou fotoperiodismo, e pela acção das hormonas e enzimas na regulação do crescimento. Na experiência realizada, estudaram-se alguns fenómenos de tropismos das plantas, nomeadamente o fototropismo e o geotropismo. As plantas, por serem seres autotróficos, necessitam de utilizar ao máximo a sua única fonte de energia, a luz, constituindo esta uma das mais importantes influências ambientais sobre a orientação da planta. A maior parte das plantas cresce em direcção a uma fonte de luz, num movimento a que se chama fototropismo (figura 1). Figura 1- Plantas curvando-se em direcção à luz (fototropismo). A gravidade também tem uma influência decisiva na orientação das plantas, denominando-se este movimento geotropismo ou gravitropismo. As raízes de uma planta apresentam um geotropismo positivo, crescendo em sentido descendente, enquanto que os caules revelam um geotropismo negativo, ao fazê-lo no sentido oposto ao da força da gravidade. As folhas apresentam um geotropismo transversal. Existem ainda outros tipos de tropismo como o tigmotropismo, em que as plantas se desenvolvem de acordo com um estímulo mecânico (por exemplo o crescimento em torno de um suporte das plantas trepadeiras), e o hidrotropismo, verificando-se este principalmente nas zonas áridas em que o crescimento das plantas se dá em direcção à água. Vários foram os indivíduos que dedicaram parte da sua vida a estudar estas respostas das plantas aos estímulos do meio, principalmente o porquê de as plantas se curvarem na direcção da luz. Por volta de 1880, Charles Darwin e seu filho realizaram várias experiências utilizando sementes de gramíneas, em especial, sementes de aveia. A escolha desta família de plantas deve-se ao facto de a primeira zona da plântula que emerge do solo ser o coleóptilo, baínha cilíndrica que protege as folhas jovens. Darwin observou através das suas experiências (figura 2) que as plantas com o coleóptilo coberto com material transparente e as plantas cobertas com material opaco excepto os ápices, continuavam a curvar-se em direcção à luz. Em plantas em que se tinha retirado o coleóptilo ou em que este se tinha coberto com material opaco, não existia sinais de curvatura. Com estes resultados, Darwin concluiu que as plântulas, quando submetidas a uma luz lateral, transmitem uma mensagem da parte superior da planta para a parte inferior, provocando a curvatura dos coleóptilos. Darwin foi assim o primeiro investigador a reunir dados que permitiram o desenvolvimento da ideia de que as plantas produzem hormonas que influenciam o comportamento das plantas. Figura 2- Experiências de Charles e Francis Darwin. Três décadas mais tarde, o botânico dinamarquês Boysen-Jensen, continuou o estudo das respostas fototrópicas das plantas realizando uma série de experiências utilizando sementes de aveia. Boysen-Jensen seccionou as extremidades dos coleóptilos de aveia, colocou um bloco de gelatina a separar o coleóptilo da planta num grupo e uma placa de mica na mesma posição noutro grupo. Ambos os grupos estavam na presença de luz lateral. Num terceiro grupo, colocou uma placa de mica em apenas metade do coleóptilo, variando a posição da luz lateral. No primeiro grupo, houve reacção à luz apresentando as plantas uma curvatura e no segundo grupo nâo houve reacção à luz apresentando as plantas um crescimento sem curvatura. No terceiro grupo, observou-se que quando iluminada no lado oposto ao da placa, a planta não reage à luz e quando iluminada do lado em que se encontra a placa de mica a planta apresenta curvatura. Perante estes resultados, Boysen-Jensen concluiu que havia alguma substância na planta que era influenciada pela luz. Por sua vez, esta substância influenciava o crescimento da planta em direcção à luz. Em 1928, experiências efectuadas pelo botânico holandês Fris Went (figura 3) permitiram-lhe concluir que a curvatura das plantas é consequência da acção de uma substância química produzida na extremidade do coleóptilo, confirmando os resultados obtidos por Boysen-Jensen. Went observou que, ao colocar o bloco de ágar, contendo o mensageiro químico, centrado no topo do coleóptilo, o crescimento do caule não apresenta curvatura. Contudo, se o bloco não for colocado no centro do coleóptilo, este começa a curvar-se para o lado oposto ao que tem o bloco de ágar, como se fosse em direcção a uma fonte luminosa. Went concluiu que a substância química produzida na extremidade do coleóptilo estimula o crescimento. Figura 3- Experiências de Francis Went. A curvatura dos caules das plantas, quando submetidas a uma luz lateral, é assim explicada devido ao maior crescimento das células do lado oposto à fonte luminosa em relação às células do lado iluminado, provocado pela maior concentração na zona não iluminada de um mensageiro químico ou hormona do crescimento vegetal (figura 4), para a qual Went escolheu o nome de auxina (do grego auxein = aumentar). Na raíz, ocorre o oposto do sucedido no caule. Figura 4- Acção da concentração de auxina num caule. Experiências realizadas mais tarde, revelaram a presença de outras substâncias químicas que controlam o crescimento e desenvolvimento das plantas afectando a divisão, o alongamento e a diferenciação das células. Estas substâncias, que controlam toda a actividade vital dos vegetais, são designadas por fito-hormonas, conhecendo-se, para além das auxinas, as citocininas, as giberilinas, o ácido abcísico e o etileno. No entanto, as auxinas são as que estão mais ligadas às curvaturas das plantas, sendo a mais comum o ácido indolacético (IAA). As auxinas são produzidas nas extremidades superiores dos caules sendo transportadas até à raíz, provocando uma diminuição da sua concentração na extremidade superior. Figura 5- Ácido indol-3-acético (auxina). As auxinas também estão relacionadas com o geotropismo: quando a planta se encontra na horizontal, as zonas do caule e da raíz voltadas para baixo recebem maior quantidade de auxinas do que as zonas superiores. A elevada concentração de auxinas favorece o crescimento do caule e inibe o crescimento da raíz. Assim, a região inferior do caule alonga-se mais depressa, crescendo a planta no sentido oposto da gravidade; diz-se que o caule apresenta geotropismo negativo. Na raíz ocorre o oposto dizendo-se, portanto, que apresenta geotropismo negativo. As auxinas são de grande utilidade na agricultura pois provocam um grande desenvolvimento dos frutos. Por isso, foram criadas auxinas sintéticas que também destroem as ervas daninhas, permitindo às plantas um desenvolvimento normal sem terem que competir pela água e sais minerais. Como se verificou, as plantas são seres muito complexos, sendo constituídos por compostos que só agora o Homem começou a estudar e compreender e a descobrir como esses mecanismos podem ser aproveitados para o seu bem-estar. PROTOCOLO EXPERIMENTAL MATERIAL caixas de Petri vasos areia (turfa) algodão água sementes de trigo METODOLOGIA GEOTROPISMO Coloque de 6 a 7 sementes de trigo a germinar em 2 caixas de Petri contendo areia ou algodão humedecido com água. Coloque também em 3 vasos fragmentos de tradescância. Deve ter o cuidado de distribuir as sementes pela caixa de Petri de uma forma homogénea. Aguarde aproximadamente 8 dias. Coloque uma das caixas de Petri na vertical, um vaso na horizontal e coloque um outro vaso ao contrário tendo o cuidado de não entornar a areia. Observe regularmente durante cerca de 15 dias as plantulas e tenha o cuidado, durante este período, de lhes proporcionar boas condições de crescimento. Observe os resultados finais, registando as direcções de crescimento dos caules e raízes no trigo e na tradescância. FOTOTROPISMO Coloque de 6 a 7 sementes de trigo a germinar em 3 caixas de Petri contendo areia ou algodão humedecido com água. Tenha os mesmos cuidados na distribuição das sementes. Aguarde aproximadamente 8 dias. Coloque uma das caixas de Petri num meio de completa escuridão, outra coberta com papel de alumínio apresentando apenas um orifício e outra em condições normais de luminosidade. Observe regularmente durante cerca de 15 dias as plantulas e tenha o cuidado, durante este período, de lhes proporcionar boas condições de crescimento. Observe os resultados finais, registando as direcções de crescimento dos caules e raízes no trigo. RESULTADOS Figura 6- Resultados obtidos. ESQUEMA DOS RESULTADOS OBTIDOS GEOTROPISMO FOTOTROPISMO DISCUSSÃO Na experiência realizada estudou-se e observou-se as respostas geo e fototrópicas das plantas, obtendo-se resultados semelhantes aos de outros investigadores tais como Darwin e Went. Inicialmente, observou-se as respostas geotrópicas das plantas, ou seja, o efeito da gravidade no crescimento e desenvolvimento das plantas. Na caixa de Petri 1 e no vaso A, verificou-se que as plantas desenvolveram os coleóptilos no sentido oposto da gravidade, enquanto que as raízes o faziam no sentido directo da gravidade. Observou-se na caixa de Petri 2 e no vaso B que as plantas desenvolveram uma curvatura de modo a que o coleóptilo e a raíz seguissem os sentidos verificados nos outros recipientes. No vaso C, a tradescância sofreu uma grande curvatura no seu coleóptilo e na sua raíz, repetindo-se os mesmos resultados. Assim, verificou-se que as plantas possuem algum mecanismo que lhes permite desenvolver curvaturas para que o seu coleóptilo se desenvolva de modo a contrariar a gravidade e que a raíz cresça no sentido desta. Na segunda fase da experiência, estudou-se a resposta fototrópica das plantas, ou seja, a sua reacção ao estímulo da luz. Na caixa de Petri 3, verificou-se que os coleóptilos das gramíneas desenvolveram uma curvatura em direcção à fonte de luz unidireccional. Comparou-se este crescimento com o do vaso A contendo a tradescância, obtendo-se resultados semelhantes. Estes dados provam que o comportamento das plantas em relação à luz é semelhante, ou seja, todas as plantas reagem da mesma forma ao estímulo da luz. Nas raízes, verificou-se que a curvatura se dava no sentido contrário à fonte luminosa. Portanto, os coleóptilos das plantas têm uma reacção positiva em relação à luz, enquanto que as raízes têm uma reacção negativa ao mesmo tipo de estímulo. Para verificar se esta teoria estava correcta, observámos a caixa de Petri 4. Nesta caixa, as plântulas desenvolveram uma curvatura que lhes permitisse um crescimento em direcção à única zona que lhes proporcionava um contacto com a luz, ou seja, o orifício pelo qual a luz passava. Na caixa de Petri 5, a qual foi mantida em total escuridão, as plântulas cresceram mais rapidamente e não apresentavam nenhuma curvatura, tendo crescido apenas na vertical. Através destes dados, observou-se que as plantas são influenciadas pela luz no seu crescimento, desenvolvendo-se sempre na direcção desta. Na sua ausência, as plantas desenvolvem-se rapidamente e sem curvatura, apresentando também uma côr amarelada. CONCLUSÃO Ao contrário do que se pensa, as plantas, tal como os animais, são capazes de responder aos estímulos do meio. Os resultados obtidos nesta experiência podem ser explicados através da teoria auxínica das plantas. A auxina encontra-se concentrada no coleóptilo e na zona apical da raíz quando a planta germina. Quando a planta se começa a desenvolver, o coleóptilo entra em contacto com a luz o que provoca o deslocamento da auxina para o lado oposto à fonte luminosa. A elevada concentração de auxina nesse lado favorece o crescimento das células do coleóptilo, provocando a curvatura em direcção à luz. No entanto, na raíz verifica-se que o lado que contém uma elevada concentração de auxina se desenvolve mais lentamente, provocando uma curvatura oposta à luz. Por isso, diz-se que o caule apresenta fototropismo positivo e a raíz fototropismo negativo, pois o primeiro desenvolve-se no sentido do estímulo e o segundo no sentido oposto ao estímulo. Assim, conclui-se que a presença da luz influencia a distribuição da auxina e, por sua vez, esta controla a direcção do crescimento da planta. Este mecanismo é muito importante uma vez que a luz é fundamental para as plantas, necessária para o seu metabolismo (produção de substâncias orgânicas). A resposta geotrópica das plantas também é produto da acção da auxina. Quando se encontra na posição horizontal, a concentração de auxina aumenta no lado inferior da planta o que provoca um rápido crescimento das células nesse lado do caule, originando uma curvatura que faz com que a planta se desenvolva no sentido oposto da gravidade - geotropismo negativo. Na raíz, ocorre o oposto: a auxina inibe o crescimento das células do lado inferior da raíz provocando uma curvatura que faz com que a raíz se desenvolva no sentido da gravidade - geotropismo positivo. Contudo, esta teoria não explica completamente o desenvolvimento da planta quando esta se encontra na posição contrária, ou seja, o coleóptilo voltado para baixo. No entanto, nesta experiência é possível explicar o crescimento da planta, uma vez que esta também estava sob a influência de uma fonte luminosa. Assim, a luz provocou um deslocamento na auxina para um dos lados desenvolvendo-se a curvatura da planta. Ao mesmo tempo que se desenvolvia em direcção à luz, o coleóptilo também se desenvolvia no sentido oposto ao da gravidade. Esta situação levanta um problema: como se desenvolverá a planta quando colocada para baixo e num meio de total escuridão? Uma vez que a luz não influenciará a distribuição da auxina, como é que as plantas continuam a desenvolver-se do mesmo modo? Este é um dos factos que ainda não permite a total compreensão do modo como as fito-hormonas actuam nas respostas da planta. ANEXOS Nesta secção encontram-se algumas experiências alternativas para o estudo dos movimentos das plantas. Verificará que no decorrer destas experiências se levantam algumas questões relacionadas com a interpretação dos resultados obtidos. Estas experiências foram retiradas integralmente do livro Curso Práctico de Fisiologia Vegetal. «Experiência 150. Fototropismo. - Retire os invólucros a cerca de uma dúzia de cariopses de aveia. Lave os grãos, cuidadosamente, em água corrente da torneira e ponha-os a demolhar durante uma ou duas horas em água da torneira. Coloque depois os grãos numa camada de algodão cardado humedecido no fundo de uma tina rectangular. Cubra a tina com uma placa de vidro e conserve-a numa câmara escura. Quando os coleóptilos tiverem atingido uma altura de 2-3 cm, exponha a tina a uma luz difusa, vinda de uma única direcção. Isto obtem-se, envolvendo a tina com um cilindro de cartão, cujas paredes interiores foram pintadas com uma tinta preta baça. Feche, completamente, o cilindro, servindo-se de fita gomada, de modo que ele fique à prova de luz. Abra um orifício pequeno (cerca de 1 cm2 de área) a cerca de 10 cm de distância do topo do cilindro, e oriente-o de modo a que a luz difusa entre pelo orifício. Passadas cerca de 48 horas, abra o cilindro de cartão e examine os coleóptilos. Qual a sua orientação, em relação à luz incidente? Porquê? Explique estes resultados em função da teoria auxínica do fototropismo. Esta teoria explica cabalmente todas as reacções fototrópicas? Coloque uma planta de sardinheira, ou uma planta de chagas, no parapeito de uma janela virada a Norte, ou onde receba luz difusa, principalmente de uma só direcção. Observe qualquer alteração que ocorra na posição das folhas e dos ramos. Onde ocorre a curvatura? Porque razão se encurvam os ramos? E as folhas? Observe a posição das folhas de uma trepadeira, tal como a hera, crescendo nas paredes de uma casa. Em que extensão cobrem as folhas a superfície da parede? As folhas recobrem-se, apreciavelmente, umas às outras?Como se explicam tais mosaicos de folhas?» «Experiência 152. Geotropismo. - Ponha a germinar algumas cariopses de trigo. Quando os coleóptilos tiverem 1-2 cm de comprimento, encha, até meio, uma tina de vidro, com solo húmido. Introduza um certo número de cariopses germinadas entre o vidro e o solo, de tal maneira, que fiquem bem visíveis o vértice radicular e o coleóptilo. Coloque algumas plântulas com o coleóptilo voltado para baixo, outras com o coleóptilo voltado para cima, e ainda outras em posições intermédias. Acabe de encher a tina e exponha-a a uma luz difusa. Cubra as paredes laterais da tina com papel de alumínio depois de realizar as observações. Observe o comportamento das raízes e dos coleóptilos, à medida que as plantas forem crescendo. A direcção de crescimento da raiz é determinada pela posição da plântula? Que factor determina a direcção de crescimento da raíz e do coleóptilo, nas condições desta experiência? Que explicação dá para a diferença do efeito da gravidade, na direcção de crescimento da raiz e do caule?» AS GRAMÍNEAS A família das gramíneas, do ponto de vista do número de indivíduos, é a mais vasta e largamente distribuída de entre as famílias de plantas vasculares. Em competição com outras plantas, torna-se o clímax vegetativo em vastas regiões ou áreas de baixa precipitação como as planícies e pradarias da América do Norte ou as estepes e planícies da Eurásia. Taxonomicamente é uma das mais vastas famílias de plantas com semente do mundo, possuindo cerca de 450 a 585 géneros, existindo géneros monotípicos e géneros que possuem 200 ou mais espécies cada. Figura 7- Algumas espécies de trigo (gramíneas). Do ponto de vista económico, as gramíneas são provavelmente mais importantes do que qualquer outra família de plantas. À escala mundial a sua importância pode ser evidenciada em várias utilizações como na alimentação humana (arroz, milho, trigo, centeio, aveia, cevada: açúcar, farinha de milho, bebidas), na construção de abrigos (coberturas de colmo, estruturas de bambu, esteiras), nas indústrias (papel de jornal, álcool etílico e seus derivados) e como ornamentos. Gramíneas (Gramineae) Sub-Classe das Monocotiledóneas Espiguetas multiflorais Todas as flores férteis Flor superior em posição lateral no ráquis, com eixo inferiormente a esta flor Glumas persistentes na maturação Flores saindo das glumas Lemas multinérveas Lemas herbáceas semelhantes a folhas Lemas não aristadas Lodículas em número de 6 ou 3 6 estames, em 2 verticilos 3 estigmas Quadro 1- Características gerais das Gramíneas. Esta família de plantas é especialmente útil para o estudo das plantas e das suas reacções aos elementos do meio pois são plantas de fácil cultivo e de rápida germinação, e como são de pequeno porte podem-se facilmente controlar e manipular para testar as teorias àcerca dos comportamentos das plantas. AUTO-CRÍTICA A actividade realizada foi muito útil para a compreensão de certas reacções das plantas. No entanto, verifiquei que executando eu próprio a experiência e recolhendo dados diários do comportamento de plantas da mesma família da utilizada na actividade, ajudou muito para essa compreensão e para a realização deste relatório, o qual ocorreu sem grandes problemas. Contudo, verifiquei que ao longo deste relatório, especialmente na introdução houve uma certa dificuldade em não repetir e em explicitar com clareza os assuntos tratados, dificuldades que penso não ter superado na totalidade, pelo que peço desculpa se a introdução parecer um pouco confusa. BIBLIOGRAFIA Enciclopédia do Conhecimento - Ciência e Tecnologia - As Plantas, págs. 22-23, Resomnia Editores, Mem Martins, 1990. Gramaxo, Fernanda el al, Terra, Universo de Vida, Biologia - 12º Ano, 2ª Parte, págs. 399-405, Porto Editora, Porto, 1995. Lawrence, G.H.M., Taxonomia das Plantas Vasculares, II Volume, págs. 360-364, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, Maio de 1977. Marques, Eva et al, Técnicas Laboratoriais de Biologia, Bloco III, 2ª Parte, págs. 309-331, Porto Editora, Porto, 1997. Meyer, B.S. et al, Curso Prático de Fisiologia Vegetal, págs. 284-286, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, Setembro de 1969. Foi ainda consultada a enciclopédia multimédia em CD-ROM Encarta 95 sobre o assunto tratado. Copyright 1998 Todos os direitos reservados