Relatório de aula prática: Curva de Luz × Fotossíntese

1 Introdução

Curvas de luz × fotossíntese são curvas que mostram a relação entre a produção primária e a irradiância. Seus parâmetros variam dependendo da espécie estudada, mas a forma geral é comum: a produção aumenta com o aumento da irradiância até o ponto P_max, a partir do qual ocorre fotoinibição.

Essas curvas são importantes, pois mostram diversas informações sobre a espécie à qual se referem e são cruciais para a modelagem da fotossíntese no oceano.

Os principais parâmetros dessas curvas são:

• Ângulo inicial (α): é determinado pela eficiência fotossintética, dependendo das reações de luz.
• Produção máxima (P_max): depende das reações de escuro ou das limitações de crescimento.
• I(k): parâmetro que combina Pmax e α. É mais baixo em espécies de sombra que em espécies de sol.
• Número de assimilação (ψ): é uma função ecologicamente análoga ao α, e pode ser considerado como uma escala de luz integrada com a profundidade.

Nesse experimento, foi obtida a curva de luz × fotossíntese de Tetracelmis gracilis (Chlorophyta - Prasinophyceae) utilizando-se a metodologia do oxigênio pelo método de Winkler (1888).

1.1 Objetivo

Este experimento teve por objetivo estimar a produção da Tetraselmis gracilis pela construção de duas curvas de luz, sendo uma delas normalizada pela biomassa. Os dados forma abtidos através de dados de concentração de oxigênio, obtidos por medição em laboratório em intensidades de luz diferentes.

2 Materiais e métodos

2.1 Determinação do Oxigênio Dissolvido

A concentração do oxigênio dissolvido foi medida usando-se o método de Winkler (1888). Nesse método, o oxigênio dissolvido da amostra reage quantitativamente com o hidróxido de manganês II em meio alcalino, formando o sólido Mn(OH)₃.

Após a completa fixação do oxigênio e a precipitação da mistura formada pelo hidróxido de manganês II excedente e o hidróxido de manganês III que reagiu quantitativamente, o meio é acidificado atingindo pH entre 2 e 1. No processo, o íon Mn⁺³ é liberado e atua como um oxidante forte em meio ácido e reage com o íon iodeto, previamente adicionado na amostra, junto com o hidróxido de potássio. O íon iodeto é oxidado a iodo, que se complexa com o excesso de iodeto, formando o complexo I₃⁻ . O complexo tem menor pressão de vapor do que o iodo, o que é vantajoso para a análise.

O iodo liberado é então titulado pelo tiossulfato: o iodo é reduzido a iodeto e o tiossulfato oxidado a tetrationato.

Através das reações verifica-se que são necessários 2 mols de tiossulfato para titular 1 mol de iodo, liberado por ½ mol de oxigênio. Portanto, 4 mols de tiossulfato equivalem a 1 mol de oxigênio.

2.2 Padronização da solução de tiossulfato

Como o tiossulfato não é um padrão primário, é necessária sua padronização. Neste caso, utiliza-se iodato de potássio como padrao primário.

No procedimento de titulação coloca-se num béquer 50 ml de água destilada e adiciona-se 1 ml de ácido sulfúrico, 1 ml de iodeto alcalino e 1 ml de cloreto de manganês II, nesta sequência, mantendo a homogeneidade da solução. Adiciona-se, então, 10 ml de iodato de potássio a solução e titular com tiossulfato até obter a coloração fracamente amarelada. Em seguida adiciona-se 1 ml de amido e continuase a titulação até a descoloração (ponto de viragem).

A normalidade do tiossulfato é calculada através da seguinte equação:

Onde:

• N_iodato é a normalidade do iodato padrão;
• N_tios é normalidade do tiossulfato;
• V_tios é o volume de tiossulfato gasto na titulação.

2.3 Cálculo da concentração de oxigênio dissolvido

Para fixar o oxigênio dissolvido presente nas amostras, foram adicionados 0.5 ml de R₁ (cloreto de manganês) e R₂ (iodeto alcalino), nesta ordem. O frasco foi agitado e deixado no escuro por 30 minutos.

Após esse período, foi adicionado ácido sulfúrico (0,5 ml) para dissolver o precipitado. Duas réplicas de cada amostra, 25 ml, foram pipetadas e transferidas para béqueres para titulação. Durante o processo de transferência tomou-se cuidado para evitar a formação de bolhas. As amostras foram tituladas com tiossulfato previamente normalizado e o teor de oxigênio dissolvido na amostra foi calculado de acordo com a expressão:

Onde:

• N_tios é a normalidade do tiossulfato;
• V_tios é o volume de tiossulfato gasto na titulação;
• F é o fator de correção.

O fator de correção é aplicado para descontar a quantidade dos reagentes ao volume titulado.

Onde:

• V_a é o volume da amostra titulada;
• V_f é o volume do frasco;
• V_R1+R2 é o volume dos reagentes.

Para o presente experimento, o volume do frasco utilizado era 77 ml e, portanto, F = 24,675.

2.4 Cálculo da produção primária líquida (PPL)

A produção primária líquida foi obtida a partir da concentração de oxigênio dissolvido pela Equação 12.

Nessa equação, a divisão por 0.7 converte a concentração de oxigênio de ml/l para mg/l; o T é o tempo de incubação (2 horas, nesse caso) e a multiplicação por 375 dá a produção primária líquida em mgCm⁻³h⁻¹.

2.5 Cálculo da PPL normalizada pela biomassa (PPL_norm)

A PPLnorm é calculada pela Equação 13.

Nesta equação, PPL é a produção primária líquida e Cl-a é a concentração de clorofila-a ativa na amostra.

2.6 Cálculo da produção primária bruta (PPB)

A PPB é calculada pela Equação 14.

nessa equação, ODT₀ é a concentração de oxigênio no início do experimento, OD_preto é a concentração de oxigênio dissolvido no frasco do preto e PPL é a produção primária líquida.

2.7 Cálculo do Número de Assimilação (ψ)

O número de assimilação é calculado pela Equação 15.

sendo P_max a produção máxima, Cl-a a concentração de clorofila-a ativa na amostra e IL a intensidade luminosa na qual ocorre a produção máxima.

2.8 Montagem do experimento

Inicialmente, 18 frascos de boro-silicato foram preenchidos com a cultura de Tetracelmis gracilis e fechados sem a formação de bolhas. Quatro desses frascos receberam 0,5 ml de fixadores R₁ e R₂ para a determinação do oxigênio dissolvido no início do experimento pelo método descrito na Seção 2.3.

Os demais frascos foram colocados em incubação a temperatura constante por duas horas sob intensidades de luz diferentes reguladas por filtros. A intensidade luminosa à qual cada frasco foi submetido foi determinada por um quanta-meter.

Terminada a incubação, a concentração de oxigênio em cada frasco foi obtida pelo método em 2.3. O tratamento desses dados será explicado a seguir.

3 Resultados

Ao fim do experimento, foram obtidos os dados da Tabela 1. Esses dados foram tratados e ordenados para que houvesse apenas um dado para cada intensidade luminosa e foram calculadas as concentrações de oxigênio correspondentes aos volumes de tiossulfato gastos na titulação. Subtraindo-se a concentração de oxigênio na condição inicial (T₀ = 6,1735) de todos os frascos, obtemos os dados da Tabela 2, que também contém a produção primária líquida.

Tabela 1: Valores obtidos durante a prática

Tabela 2: Concentração de oxigênio dissolvido (OD) e produção primária líqida (PPL) em relação à intensidade luminosa (IL)

Plotando os dados (circulos da Figura 1), vimos que não seria possível obter uma curva suave, o que dificultaria o cálculo dos parâmetros. Para resolver o problema, os dados foram adaptados a uma spline de ordem 3 pelo método dos quadrados mínimos (linha mais grossa na Figura 1). Para a obtenção do ângulo inicial, adaptamos uma reta aos sete primeiros pontos e obtivemos o arco-tangente do coeficiente angular desta reta. Como a produção máxima localizase no ponto de máximo da função, ela foi obtida derivando-se a spline e determinando-se o ponto no qual a derivada é nula. O valor de I(k) foi obtido resolvendo-se a equação da reta, do cálculo de α, para o valor de máximo da função. Os valores obtidos encontram-se anotados na Figura 1.

Figura 1: Curva de luz para a espécie estudada, obtida a partir dos dados da Tabela 2. Os círculos representam os dados obtidos no experimento. Não estão indicados no gráfico o mínimo da curva (−80,56 mgCm⁻³h⁻¹), o ponto de compensação (7,28 μEm⁻²s⁻¹) e a intensidade luminosa na qual ocorre a produção máxima (261,10 μEm⁻²s⁻¹).

Figura 2: Curva de luz para a espécie estudada, obtida a partir dos dados da Tabela 2, porém está normalizada pela biomassa (concentração de clorofila-a ativa, 484,3 mgm³). Os parâmetros não anotados no gráfico são os mesmos da Figura 1, exceto o mínimo da curva, que é −0,1663 mgCm⁻³h⁻¹.

4 Discussão e conclusão

Inferiu-se que a Tetraselmis gracilis é eficiente pelo seu elevado valor de α. Porém, como não foram encontrados valores para comparação, foi utilizado também o parâmetro ψ para certificação dessa eficiência, calculado como indica a Seção 2.7.

De acordo com Campbell e O’Reilly (1988), o ψ de uma amostra natural pode variar de 0,1 a 10. O valor encontrado para a amostra está fora dessa faixa (ψ = 10,95 gC (gCl-a)⁻¹(Em)⁻²), mas mesmo assim pode ser considerado, pois tratava-se de uma amostra em cultura. Assim, confirma-se a alta eficiência de absorção de luz pela Tetraselmis gracilis.

O valor de α ainda revela que a espécie em questão é uma microalga de sombra.

Referências

CAMPBELL, J. W.; O’REILLY, J. E. Role of satellites in estimating primaary productivity on the nothwest atlantic continental shelf. Continental Shelf Research, Grait Britain, v. 8, n. 2, p. 179–204, 1988.

FALKOWISK, P. G. Light-shade adaption ond assimilation numbers. Journal of Plankton research, Londres, v. 3, n. 2, 1981.

GIANESELLA, S. M. F. Aula Prática: Curva de luz × fotossíese (P-E) pelo método do oxigênio. 2007. Notas de aula.

GIANESELLA, S. M. F. Parâmetros da Curva de luz/fotossíntese. 2008. Notas de aula.

NIELSEN, E. S.; JØRGENSEN, E. G. The adaptation of plankton algae. Physiologia Plantarum, v. 21, p. 401–413, 1968. PLATT, T.; JASSBY, A. D. The relationship between photosynthesis and light for natural assemblages of coastal marine phytoplankton. 1976.

SARAIVA, E. B. Determinação Manual do Oxigênio Dissolvido. 2008. Apostila.