LA PRODUTTIVITA’
Arena Carmen aa. 2016-2017
Processi negli ecosistemi
•Fotosintesi e chemiosintesi = processi attraverso cui
l’energia viene acquisita dai sistemi biologici;
•Respirazione aerobia e Respirazione anaerobia liberano
energia come ATP e dissipano piccole quantità di calore;
•Fermentazione ha come risultato l’ossidazione di composti
organici;
•Decomposizione rappresenta la degradazione della materia
organica morta
Respirazione
Respirazione aerobia: alla fine della catena di trasporto degli
elettroni c’è l’ossigeno accettore
Respirazione anaerobia: alla fine della catena di trasporto degli
elettroni ci sono sostanze inorganiche quali accettori
Fermentazione
processo anaerobico in cui gli accettori di idrogeno sono
sostanze organiche
L’attività fotosintetica e chemiosintetica è dovuta agli
organismi autotrofi
CHEMIOAUTOTROFI
FOTOAUTOTROFI
I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI TERRESTRI
i principali produttori primari
sono rappresentati dalle piante
vascolari
un contributo meno
importante è quello dato
dalle briofite …
… dalle alghe e dai
cianobatteri del suolo
I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI
Negli ambienti acquatici le piante vascolari sono poche, mentre
prevalgono le alghe rosse, verdi e brune, i cianobatteri ed i
batteri
La produttività degli oceani è in gran parte sostenuta
dal plancton
GLI AMBIENTI ACQUATICI
ZONA EUFOTICA
ZONA BATIALE
ZONA ABISSALE
In ambiente acquatico la
LUCE costituisce un fattore
che limita la fotosintesi
LA ZONA EUFOTICA DEGLI AMBIENTI ACQUATICI
Nella zona eufotica la produzione di materia organica prodotta per
fotosintesi supera il consumo di materia organica per respirazione
dunque P>R
Il limite inferiore della zona eufotica è definito livello di
compensazione
LIVELLO DI COMPENSAZIONE : FOTOSINTESI = RESPIRAZIONE
P=R
I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI
Già a 20 m di profondità arriva solo il 5-10% della radiazione
incidente sulla superficie dell’acqua
In acqua le radiazioni rosse vengono
assorbite, quelle blu vengono diffratte
mentre la luce verde penetra a maggiore
profondità
I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI
La Posidonia oceanica è una pianta evoluta facente parte della
famiglia delle Fanerogame
forma estese praterie ed è strettamente condizionata dalla
presenza della luce
Nel mare le praterie di Posidonia sono ecosistemi ad elevata
biodiversità e produttività;
Posidonia è di grande importanza nella catena del detrito
I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI
Le alghe verdi
L’alga verde Ulva, vive in acque superficiali, ha pigmenti simili alle
piante superiori ed utilizza luce blu e rossa
Le alghe brune
L’alga bruna Sargassum può arrivare ad avere una biomassa di 5
tonnellate per miglio quadrato di superficie
Essa vive in profondità fin dove penetra la luce per la fotosintesi
(fino a circa 200 m in acque trasparenti)
Le alghe rosse
L’alga rossa Porphyra che vive in acque profonde ha pigmenti che
permettono l’utilizzazione della luce verde
I FOTOAUTOTROFI NEGLI AMBIENTI ACQUATICI
I batteri fotosintetici sono anaerobi obbligati
vivono in acque anossiche ben illuminate, al di sotto dello strato di
cianobatteri e alghe ed in acque anossiche molto profonde con poca
disponibilità di luce
Esistono batteri fotosintetici verdi e purpurei che si differenziano
per il tipo di clorofilla e per i pigmenti accessori presenti
LA PRODUTTIVITA’ PRIMARIA
La produttività primaria di un ecosistema è la velocità alla
quale l’energia viene trasformata in sostanza organica
Organismi fotoautotrofi
(piante, alghe, cianobatteri)
l’energia radiante viene
trasformata dall’attività
fotosintetica in sostanza organica
Organismi chemioautotrofi
(batteri nitrificanti)
l’energia chimica viene trasformata
dall’attività chemiosintetica in
sostanza organica
Produttività
- Produttività
autotrofi
primaria,
legata
all’attività
degli
- Produttività secondaria, legata all’attività degli
eterotrofi
- Produttività netta della comunità
LA PRODUTTIVITA’ PRIMARIA
Produttività
primaria lorda
velocità totale di fotosintesi
(fotosintesi + respirazione)
Produttività
primaria netta
velocità alla quale la materia organica
prodotta viene immagazzinata meno
quella utilizzata dal produttore per la
respirazione
La produttività è espressa come g di CO2 assorbita o di O2 prodotto o g
di peso secco ed è riferita all’unità di superficie e all’unità di tempo
LA PRODUTTIVITA’ SECONDARIA
Ovvero velocità di immagazzinamento dell’energia a
livello dei consumatori
PIANTE E PRODUTTIVITA’ PRIMARIA
La produttività primaria di un ecosistema dipende dalla
fitomassa e varia da un ecosistema all’altro in funzione:
radiazione solare,
precipitazioni e
temperatura
stadi della
successione
ecologica
disponibilità di
nutrienti e CO2
produttività primaria
tipo di vegetazione
(erbacea, arbustiva o
arborea)
PRODUTTIVITÀ PRIMARIA NETTA NEGLI ECOSISTEMI TERRESTRI
I principali fattori che influiscono sulla produttività primaria di un ecosistema
terrestre sono le variazioni di temperatura e la disponibilità idrica
Nel deserto la mancanza d'acqua limita la fotosintesi. Nella tundra artica
o in alta montagna le basse temperature inibiscono la crescita delle piante.
In aperto oceano, la mancanza di nutrienti riduce la capacità di queste
aree di utilizzare l'abbondante quantità di luce e acqua.
Le foreste tropicali, le barriere coralline, e gli estuari presentano elevati
livelli di produttività perché hanno abbondanti rifornimenti di risorse
Telerilevamento
satellitare
Metodo utilizzato per stimare la produttività
in ambiente sia acquatico che terrestre
La radiazione solare raggiunge la
superficie del mare penetra negli
strati superficiali (Irradianza)
emissione di fluorescenza da parte
del fitoplancton
La radiazione emessa (Radianza)
viene misurata da uno
spettroradiometro posto su un
satellite che ritrasmette le
immagini a terra
Il trattamento delle immagini permette di stimare la
produzione primaria in modo sinottico in vasti tratti di mare
LA FOTOSINTESI
FOTOSINTESI: processo vitale per la biosfera
Innesca il flusso di materia ed energia nell’ecosistema
Arena Carmen aa. 2013-2014
LA FOTOSINTESI
Piante verdi ed alghe
CO2 + 2H2O
luce
(CH2O) + H2O + O2
Come avvengono gli scambi gassosi nella cellula vegetale?
l’atmosfera primordiale era
molto differente da quella
attuale
L’incremento di O2 ha reso
possibile l’evoluzione di organismi
aerobi pluricellulari
STOMI
La vita sulla terra era
possibile solo agli organismi
anaerobi unicellulari
Protisti, piante, funghi
e animali
LA FOTOSINTESI
Piante verdi ed alghe
CO2 + 2H2O
luce
(CH2O) + H2O + O2
La fotosintesi avviene nei cloroplasti
I tilacoidi sono un intricato sistema di membrane;
essi si impilano a formare i grana
Luce e Fotosintesi
La luce che permette di vedere oggetti e colori è detta luce visibile
LA FOTOSINTESI
FASE LUMINOSA
Avviene nelle
membrane dei
tilacoidi
Durante la fase
luminosa viene
prodotto ATP per
fosforilazione
ossidativa e
NADPH
FASE OSCURA
Avviene nello
stroma
LA FOTOSINTESI: FASE OSCURA
IL CICLO DI CALVIN o CICLO C3
Nella fase oscura vengono utilizzate le molecole di ATP e NADPH
prodotte nella fase luminosa
FASE OSCURA: METABOLISMO C3, C4 e CAM
C3
C4
CAM
CAM
Adattamento all’aridità
Traspirazione durante la notte: VPD +
basso
Elevata efficienza dell’uso dell’acqua
CAM obbligate o costitutive
CAM facoltative o inducibili
CAM Idling
