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Data final: 2019Assunto: search.filters.subject.Agroclimatologia e fisiologia

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    Ecophysiological acclimation of coffee (Coffea arabica and C. canephora) plants to cope with temporal fluctuations of light supply
    (Universidade Federal de Viçosa, 2012-07-21) Rodríguez-López, Nelson Facundo; Damatta, Fábio Murilo; Barros, Raimundo Santos; Ventrella, Marília Contin
    It is generally assumed that the daily quantum input is what drives plant growth and productivity. However, as little is known about how temporal diurnal variations of light availability influence biomass accumulation and physiological performance, this study examined the morphological, physiological and biochemical traits of coffee plants in two independent experiments. In the first experiment, Arabica coffee (C. arabica) plants were grown in pots and subjected to seven light treatments as follows: plants grown entirely under 100%, 40% or 10% sunlight (S-100, S-40 and S-10, respectively); plants grown at either 40% or 10% sunlight throughout the morning (until midday) and then submitted to full sunlight until sunset (S-40/100 and S-10/100, respectively); and plants grown under full sunlight from sunrise to midday and then submitted to either 40% or 10% sunlight throughout the afternoon (S-100/40 and S-100/10, respectively). The S- 100 plants accumulated more biomass compared to plants grown under other treatments and showed minimal changes in biomass allocation. An increased biomass was associated with faster leaf area formation and increasing irradiance that was independent of the photosynthetic rates per unit leaf area and consequent changes in carbohydrate availability. In contrast, the lower biomass in S-10/100 and in S-10 individuals was likely a consequence of carbon limitations as well as decreased leaf areas. Changes in the photosynthetic rates between treatments were apparently unrelated to carbohydrate accumulation or photoinhibition. Overall, only minor physiological alterations in traits were observed at the leaf level; significant changes were only apparent in S-10 individuals with the other treatments. In summary, the growth and physiological performance of coffee plants depends on the total amount of photosynthetic active radiation (PAR) received by the plant per day and temporal order of diurnal variations in the PAR supply. That is, plants that received high light in the morning grew faster than those receiving high light in the afternoon. In the second experiment, a trial was designed with two Robusta coffee (Coffea canephora) clones that were intercropped with shelter trees in a way that allowed us to compare coffee bushes that were shaded in the morning (SM) with those shaded in the afternoon (SA), and we compared both treatments with bushes that received full sunlight over the course of the day (FS). The SM bushes displayed better gas exchange performance than their SA and FS counterparts, which means that the capacity for CO2 fixation was mainly constrained by stomatal (SA bushes) and biochemical (FS bushes) factors. The physiological traits associated with light capture were more responsive to temporal light changes rather than the amount of light received, although this behavior could be a clone-specific response. The activity of key antioxidant enzymes differed minimally when compared between the SM and SA clones but was much greater in the FS clones. No signs of photoinhibition or cell damage were observed regardless of the light treatment. Acclimation to varying light supplies had no apparent additional energy cost for constructing and maintaining the leaves regardless of the light supply. The SM and SA individuals displayed higher returns in terms of revenue streams (e.g., higher mass- based light-saturated photosynthetic rates, photosynthetic nitrogen use efficiencies and long-term water use efficiencies) than their FS counterparts. In summary, shading may improve the physiological performance of coffee bushes that are grown in harsh, tropical environments; however, it is important to select coffee genotypes with adequate phenotypic plasticity to cope with a reduced light supply, as was noted in clone 03.
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    Photosynthetic acclimation of coffee in response to water availability and fruiting: a hydraulic and hormonal approach
    (Universidade Federal de Viçosa, 2018-09-25) Almeida, Wellington Luiz de; Matta, Fábio Murilo da; Ribeiro, Dimas Mendes; Martins, Samuel Cordeiro Vitor
    The overall coordination between gas exchanges and plant hydraulics may be affected by the soil availability of water and source-to-sink relationships. Here we evaluated how coffee (Coffea arabica L. cv. Catimor) trees are able to acclimate their photosynthesis in response drought and fruiting. The plants, which were 6-yr- old at the beginning of trials, were grown in the field at full sunlight, and subjected to four treatment combinations: irrigated plants with fruits (I*F); irrigated plants with no fruits (I*NF); non-irrigated plants with fruits (NI*F) and non-irrigated plants with no fruits (NI*NF). A range of traits, encompassing from photosynthesis traits, water relations, growth and hormonal profile, were assessed. Over the course of the experiment, the non-irrigated plants displayed lower averaged values of predawn water potentials (-0.5 MPa) than their irrigated counterparts (-0.2 MPa). We showed that under mild water deficit conditions, irrigation per se did not impact growth rates but could reduce branch death significantly. These findings were unrelated to changes in leaf assimilate pools. We also demonstrated that fruiting provoked a feedforward effect on net photosynthesis rate that was fundamentally coupled to an enhanced stomatal conductance. Indeed both the mesophyll conductance and maximum rate of carboxylation by RuBisCO remained unchanged in response to the applied treatments. The increase in stomatal conductance was unrelated to varying abscisic acid levels or differential sensitivity to abscisic acid, although it was likely associated with a lower stomatal sensitivity to leaf-to-air vapor pressure difference. In parallel, the increases in transpiration rate were supported by coordinated alterations in plant hydraulics which should to a large extent explain the maintenance of plant water status regardless of fruiting-related variations in stomatal conductance and transpiration rate. In summary, we showed that stomatal conductance played a major role in the coordination between source capacity and sink demand regardless of irrigation, with concomitant changes in plant hydraulics. Therefore, these aspects should be considered in breeding programs to improve drought tolerance in coffee in face of the present and ongoing climate changes.
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    Curso diário do balanço de carbono e do metabolismo primário foliar em três espécies lenhosas tropicais cultivadas
    (Universidade Federal de Viçosa, 2014-08-08) Morais, Leandro Elias; Matta, Fábio Murilo da; Araujo, Wagner Luiz
    A maioria dos estudos envolvendo variações diurnas do metabolismo vegetal tem-se concentrado em espécies herbáceas em condições controladas. Tem-se questionado a validade de extrapolação de modelos de alocação de carbono em plantas herbáceas para espécies lenhosas/perenes. Neste estudo, procurou-se explorar o curso diário de carboidratos e de outros metabólitos importantes quanto ao balanço energético em espécies lenhosas tropicais com taxas de crescimento (e origem evolutiva quanto à disponibilidade de irradiância) e capacidades fotossintéticas contrastantes, em condições de campo, na estação de crescimento ativo. Para tanto, utilizaram-se três espécies lenhosas, sendo duas evoluídas em ambientes de sombra e com baixa taxa de crescimento: café (Coffea arabica Citrus sinensis espécie evoluída em ambiente a pleno sol e com elevada taxa de crescimento, eucalipto (Eucalyptus grandis x urophylla Clone 3336). As plantas foram cultivadas em Viçosa, sudeste do Brasil, a pleno sol, sob práticas agronômicas usuais. Foram realizadas avaliações diárias de trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, teores de metabólitos e atividades enzimáticas. Observaram-se decréscimos consistentes, ao longo do dia, nos valores de vários parâmetros fotossintéticos (e.g., condutância estomática, taxa de assimilação líquida de CO2, taxa de transporte de elétrons e coeficiente de dissipação fotoquímico), particularmente em citrus e café, cujas taxas fotossintéticas foram grandemente limitadas por fatores difusionais. Essas espécies também exibiram os maiores incrementos diurnos nos parâmetros relacionados aos processos não assimilativos de CO2 (e.g., fotorrespiração e coeficiente de dissipação não fotoquímico) e as menores taxas de respiração noturna. Em eucalipto, foi observado um padrão típico de turnover de carboidratos, isto é, acúmulo de amido (e outros carboidratos como sacarose) ao longo do dia, seguido de degradação noturna, mas este padrão não foi observado em café. Citrus, aparentemente, apresentou um padrão intermediário de turnover de carboidratos, caracterizado por um giro de sacarose e polióis, mas não de amido. Ao longo do dia, não se verificou alteração nas concentrações de glicose-6- fosfato, glicose-1-fosfato, frutose-6-fosfato, proteínas e aminoácidos. Em café, houve aumento significativo nas concentrações diurnas de fenóis solúveis totais, seguido por um decréscimo ao longo da noite. Nas três espécies, foram observados acréscimos na concentração de isocitrato e, em eucalitpto, observou-se acúmulo de succinato e níveis não detectáveis de malato. Esse ácido orgânico não variou ao longo do dia em café e citrus, entretanto, nessas espécies, houve acúmulo de piruvato e de glicina. A atividade catalítica das enzimas envolvidas no ciclo de Calvin não variou ao longo do dia em todas as espécies. Comparada a café ou citrus, em eucalipto, observou-se maior conteúdo relativo e também maior atividade total da rubisco; em adição, constatou-se a maior atividade catalítica da pirofosforilase da ADP-glicose, -amilase e fosforilase do amido. Em eucalipto, também se observou maior atividade das invertases, e semelhantemente a citrus, observou-se acréscimo diurno na atividade da sintase da sacarose-fosfato. Em suma, as espécies aqui estudadas apresentaram divergências nos mecanismos associados à capacidade de manter o equilíbrio entre os processos fotoquímicos/bioquímicos acoplados com a variação diária das condições ambientais. Discutem-se essas divergências num contexto de fornecimento de carbono e energia para a otimização do ganho de carbono e do acúmulo de biomassa.
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    Tolerância ao alagamento em clones de Coffea canephora: respostas hídricas, fotossintéticas e metabólicas
    (Universidade Federal de Viçosa, 2019-05-31) Juarez, Marco Antonio Toral; Matta, Fábio Murilo da
    O alagamento do solo impacta negativamente o desempenho da planta devido à redução da disponibilidade de oxigênio na raiz e acúmulo de espécies reativas de oxigênio (ERO). Nesta pesquisa, avaliou-se a relação entre a tolerância ao alagamento e a expressão do sistema antioxidante em dois clones (120 e 109A) de Coffea canephora caracterizados, respectivamente, como tolerante (com sistema antioxidante mais robusto) e sensível (com sistema antioxidante menos robusto) à seca. A hipótese basou-se no fato de que clones mais tolerantes à seca, que apresentam um sistema antioxidante mais eficiente, também mostrariam maior tolerância ao alagamento. Os clones foram submetidos a dois tratamentos de irrigação (controle e alagado), por seis dias, seguidos de 40 dias de recuperação. Foram avaliados: potencial hídrico, condutância hidráulica, trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, partição de carboidratos, concentração de ácido 1- aminociclopropano-1-carboxílico (ACC) e alguns fitormônios, dano oxidativo e sobrevivência. Em resposta ao alagamento, a atividade antioxidante nas raízes dos clones envolveu incrementos na atividade da dismutase do superóxido e da peroxidase do ascorbato (APX). Entretanto, foi observado apenas aumento de APX foliar do clone 120. O alagamento ocasionou diminuição de absorção de água radicular com perda de 70% na condutância hidráulica em ambos os clones, reduções nas suas taxas de fotossíntese líquida (A) e condutância estomática, esgotamento de açúcares e altas concentrações de ACC e etileno em raízes. Entretanto, no clone 120, houve uma queda mais tênue de A ao longo da imposição do estresse, menor afetação por déficit hídrico, menor alteração no fluxo de elétrons, dissipação eficiente de excesso de energia por meio de processos não fotoquímicos e acúmulo tardio de ACC em raízes. As diferenças entre clones foram maiores na fase de recuperação, sendo as plantas do clone 109A as mais afetadas em danos à maquinaria fotossintética, menor taxa de transporte de elétrons, maior dano oxidativo acompanhado de redução de área foliar, e menor taxa de sobrevivência. Contudo, houve pouca diferença na capacidade antioxidante entre os dois clones, sugerindo que o melhor desempenho do clone 120, durante o alagamento, possivelmente não esteja associado com o metabolismo antioxidante; outras estratégias, portanto, devem estar envolvidas na diminuição do dano oxidativo e no retardo na queda de A, bem como maior dissipação de excesso de energia, na fase de alagamento.
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    Impacts of drought on coffee: integrating physiological and morphological processes from the leaf to the whole-plant scale
    (Universidade Federal de Viçosa, 2018-04-09) Perez, Junior Pastor Molina; Matta, Fábio Murilo da
    The water deficit negatively impacts plant growth and development through morphophysiological alterations, either at the leaf level or at the whole plant level. This study focused on the dynamics of ecophysiological and canopy architecture traits of two coffee cultivars, cv. RUBI MG1192 (Rubi: drought sensitive) and cv. IAPAR59 (I59: drought tolerant). The trials were conducted over two years; three irrigation treatments were applied (irrigated and non-irrigated during the dry seasons, and irrigated during the second dry season only). Samplings and measurements were performed at six times (7- 10 plants per treatment combination, totalling 211 plants). The following parameters were evaluated: relative growth rate, net primary productivity, leaf composition (C, N, and Δ13C), water-use efficiency, phenotypic plasticity, leaf water potential (ΨL), sap flow (SF), canopy conductance (gC), total soil-to-leaf hydraulic conductance (gL), branch setting (number and length), number of phytomers, leaf shedding and renewal, dynamics of leaf area and internode length; in addition, the patterns of light intercepted by the canopy was modelled. The cultivar which retained its leaves under severe drought (I59) proved to be more isohydric and more plastic for hydric functioning (SF, gC, and gL), demonstrating precocious adjustments to drought. In contrast, the leaf-shedding cultivar (Rubi) was more anisohydric and more plastic for late reactions to drought through, e.g. an increased root dry mass-to-leaf area ratio and leaf shedding with faster leaf renewal due to greater number of branches of second order. Despite marked differences in their hydric functioning, the two cultivars expressed similar vegetative growth, yield and recovery. Overall, drought had effects on all of the studied variables but no architectural trait appeared to be specifically responsive to water stress. Rubi displayed a greater proportion of higher order branches allowing a fast recovery of its leaf area from drought. This was associated with a high number of phytomers that in turn supported faster development of axillary buds (leaves and/or floral buds). The fitness of coffee plants submitted to climatic events depends on the adequacy of physiological and organo-morphogenetic features and, consequently, these aspects should be accounted for in breeding programs aimed at improving drought tolerance in coffee.
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    Aclimatação fisiológica e bioquímica a ciclos de deficiência hídrica em clones de Coffea canephora
    (Universidade Federal de Viçosa, 2014-08-21) Silva, Paulo Eduardo de Menezes; DaMatta, Fábio Murilo
    A aclimatação diferencial ou, como vem sendo chamada, a memória ao estresse,é um processo que só recentemente foi mais bem caracterizado em plantas. Contudo, a grande maioria dos trabalhos aborda esse processo de forma fragmentada, centrando apenas na expressão de alguns genes ou em poucas respostas morfológicas. Diante desses fatos, um dos principais objetivos do presente trabalho foi apresentar uma visão integrada do processo de aclimatação diferencial à seca, em dois clones de C. canephora com tolerância diferencial à seca (109 sensível à seca e 120, tolerante). Para tal, mudas com quatro pares de folhas, provenientes do enraizamento de estacas de ramos ortotrópicos, foram cultivadas em casa de vegetação, em vasos de 24 dm 3 . Quando atingiram, aproximadamente, um ano, as plantas foram submetidas a regimes hídricos diferenciais: um grupo de plantas foi continuamente irrigado (plantas-controle), um segundo grupo de plantas foi submetido a apenas um ciclo de déficit hídrico (C1), enquanto um terceiro grupo foi submetido a três ciclos de estresse (C3). Cada ciclo de déficit hídrico consistiu de duas fases, uma de desidratação e outra, de reidratação. A desidratação foi feita mediante suspensão da irrigação, até que a umidade atingisse 25% da água disponível no solo, em relação à capacidade de campo. As plantas foram expostas ao déficit hídrico por um período de 14 dias quando, então, foram avaliados parâmetros fisiológicos e coletadas amostras para análises bioquímicas. Após as avaliações, as plantas foram reidratadas via elevação da umidade do solo à capacidade de campo (recuperação). Na condição irrigada, foi possível observar grande similaridade fisiológica e metabólica entre os dois clones, em praticamente todas as variáveis avaliadas. De modo geral, a seca promoveu grandes reduções na condutividade hidráulica foliar (K F ) que, por sua vez, levou a decréscimos da condutância estomática (g s ) e, consequentemente, da taxa de assimilação líquida de carbono (A), principalmente no clone 109. A análise de perfil metabólico revelou uma profunda reprogramação metabólica em ambos os clones, com aumento nos níveis de praticamente todos os aminoácidos detectados, além de ácidos orgânicos e polióis. O aumento na biossíntese desses compostos esteve diretamente relacionado com o consumo de carboidratos (glicose, frutose, sacarose e amido) e com o aumento na atividade de enzimas da glicólise e do ciclo dos ácidos tricarboxílicos. Vias alternativas de dissipação do excesso de energia de excitação (fotorrespiração e biossíntese de compostos secundários), além de mecanismos de remoção de radicais livres (enzimas do estresse oxidativo), também foram fortemente induzidas pela seca, em ambos os clones. A ação conjunta desses vários mecanismos de defesa foi capaz de mitigar os efeitos deletérios da redução da disponibilidade hídrica, evidenciado pela ausência de danos celulares (avaliados pela concentração de aldeído malônico) e de fotoinibição (avaliada pela eficiência fotoquímica máxima do fotossistema II), além da manutenção do estado redox celular (razões NAD + /NADH e NADP + /NADPH) em todos os tratamentos, ressaltando, assim, a importância da integração metabólica nos processos de tolerância à seca. A análise de componentes principais revelou que as plantas do tratamento C3, de ambos os clones, tiveram comportamento distintos, em relação às plantas dos tratamentos C1. Com efeito, a maior parte dos ajustes induzidos pela seca foi mais aparente nas plantas do tratamento C3, de ambos os clones, em relação às plantas do tratamento C1, particularmente no clone 120. Uma vez que nas plantas C3 o aumento de A não esteve relacionado com K F , é provável que o conjunto de respostas diferencialmente moduladas foi o responsável por garantir o melhor desempenho dessas plantas na seca, em relação às plantas que foram submetidas à seca apenas uma vez.
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    Ecophysiological acclimation of coffee (Coffea arabica and C. canephora) plants to cope with temporal changes of light supply
    (Universidade Federal de Viçosa, 2012-07-21) Rodríguez-López, Nelson Facundo; Matta, Fábio Murilo da
    Geralmente, assume se que a quantidade total de luz disponível é o condutor principal para o crescimento e produtividade das plantas. Porém, como pouco se conhece acerca dos efeitos das variações temporais diurnas na disponibilidade da luz, no acúmulo de biomassa e no desempenho fisiológico, neste estudo se examinaram caracteres morfológicos, fisiológicos e bioquímicos em plantas de cafeeiro em dois experimentos independentes. No primeiro experimento, plantas de café arábica (C. arabica) foram submetidas a vários tratamentos de luz: totalmente sob 100%, 40% ou 10% de luz solar (S 100, S 40 e S 10, respectivamente), sob 40% ou 10% de luz solar durante a manhã e, em seguida, submetidas a 100% de luz solar até o anoitecer (S 40/100 e S 10/100, respectivamente), e em 100% de luz solar do amanhecer ao meio dia e depois submetidas a 40% ou 10% de luz (S 100/40 e S 100/10, respectivamente). As plantas em S 100 acumularam maior biomassa, com alterações mínimas nas razões alométricas, quando comparadas com indivíduos de outros tratamentos. Essa maior biomassa foi, aparentemente, independente das taxas fotossintéticas por unidade de área foliar e de alterações na disponibilidade de carboidratos; sendo associado principalmente à rápida formação de área foliar com o aumento da disponibilidade de irradiância. Em contraste, o menor acúmulo de biomassa nas plantas em S 10/100 e S 10 deve ter sido consequência das limitações de carbono e de uma menor área foliar. O acúmulo de biomassa não foi dependente apenas da irradiância total interceptada, mas também das variações temporais do fornecimento de luz, como evidenciado pela comparação da maior biomassa (35%) em indivíduos em S 100/10 do que em S 10/100. As alterações nas taxas fotossintéticas entre os tratamentos foram aparentemente não relacionadas com o acúmulo de carboidratos ou fotoinibição. Em geral, em nível de folha, apenas pequenas alterações nos caracteres fisiológicos respondentes à luz foram observadas, principalmente, quando comparado os indivíduos em S 10 com aqueles dos outros tratamentos. É pouco provável que o maior acúmulo de biomassa e melhor desempenho fisiológico das plantas em S 100 sejam diretamente associados a ganhos de carbono por unidade de área foliar, mas sim a processos morfogenéticos induzidos pela luz relacionados a uma rápida formação de área foliar, que, por sua vez, devem ter levado a uma maior produtividade fotossintética em nível de planta inteira. O acúmulo de biomassa em grande parte depende não unicamente da quantidade total de luz interceptada, mas também das escalas temporais de variações diurnas no suprimento de luz, isto é, a quantidade de luz recebida pelas plantas durante a manhã teve um papel importante para incrementar a biomassa. Esta informação tem importância prática para o uso de árvores de sombra em fazendas localizadas em zonas montanhosas, onde o uso do sombreamento deve ser evitado em terrenos com exposição para o oeste se um melhor crescimento (e produção) é o principal objetivo a ser alcançado. No segundo experimento, foi usado um desenho experimental onde dois clones de café robusta (C. canephora) foram consorciados com árvores de seringueira de modo que foi permitido a comparação de arbustos de café sombreados na manhã (SM) com aqueles sombreados na tarde (SA), e então comparando ambos com arbustos expostos a pleno sol durante o curso do dia (FS). Os arbustos em SM apresentaram melhor desempenho nas trocas gasosas ao longo do dia em comparação com aqueles em SA e FS, os quais exibiram limitações devido a fatores estomáticos (arbustos em SA) e bioquímicos (arbustos em FS). Os caracteres fisiológicos associados com a captura de luz mostraram uma maior resposta às variações temporais da luz do que à quantidade de luz recebida, embora esse comportamento possa ser uma resposta específica dos clones estudados. As atividades de enzimas do sistema antioxidativo exibiram diferenças mínimas quando comparando os clones em SM e SA, e, em contraste, foram maiores nos clones em FS. Independentemente dos tratamentos de luz, não foram encontrado sinais de fotoinibição ou danos celulares. A aclimatação à variação temporal da luz não teve custos adicionais aparentes para a construção e manutenção das folhas entre os tratamentos. Ambos os indivíduos em SM e SA apresentaram um alto retorno em termos de fluxo de investimento (maiores A max em base de área e massa, PNUE e WUE no longo prazo, por exemplo) do que sua contraparte FS. Em resumo, o sombreamento na manhã pode melhorar o desempenho fisiológico do cafeeiro em ambientes marginais tropicais, no entanto, é importante selecionar genótipos com adequada plasticidade fenotípicos, como encontrada no clone 03, para lidar com a redução na disponibilidade de luz.
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    Respostas fisiológicas de cultivares de Coffea arabica, em função da disponibilidade de luz e nitrogênio
    (Universidade Federal de Viçosa, 2014-11-25) Godoy, Alice Gontijo de; DaMatta, Fábio Murilo
    A compreensão dos detalhes que governam o espectro econômico das plantas sob diferentes ambientes é um dos principais objetivos dos estudos atuais em ecologia vegetal, por ser necessária aos modelos preditivos de fluxo de nutrientes e limites vegetacionais em função de alterações nas condições ambientais. A alocação de fotoassimilados e de minerais absorvidos em diferentes compostos químicos influencia diretamente o crescimento e os custos de construção e de manutenção dos tecidos das plantas. Este trabalho teve como objetivo detectar possíveis estratégias diferenciais de uso da radiação solar em cultivares de Coffea arabica tradicionalmente cultivadas em ambientes luminosos distintos, assim como os padrões de alocação de recursos entre crescimento e defesa em plantas submetidas a diferentes disponibilidades de nitrogênio e luz. A cultivar KP, com genótipo de ambiente sombreado, apresentou sempre características funcionais morfológicas mais ajustadas ao sombreamento que aquelas exibidas por Catuaí, cultivar selecionada para plantio a pleno sol. Valores de V cmax , J max e A max indicam capacidades fotossintéticas potenciais similares entre as cultivares, quando sob condições não-limitantes de luz e/ou CO 2 . Os dados obtidos indicam que o ambiente de cultivo foi mais determinante nas características de trocas gasosas das cultivares que seu histórico evolutivo, com efeito mais marcante da disponibilidade de nitrogênio que do ambiente luminoso nas características potenciais (medidas sob condições não limitantes) e efeitos similares de ambos os fatores nas condições efetivas de cultivo. Cerca de 60% do nitrogênio foliar das plantas avaliadas esteve alocado em componentes estruturais, dentro dos quais contabilizam-se os compostos de defesa nitrogenados, como alcalóides e metilxantinas. O dreno de nitrogênio para a síntese desses compostos, associadas às baixas taxas de assimilação de carbono decorrentes de limitações difusivas levariam à baixas PNUEs como característica constitutiva da espécie, independentemente das condições ambientais. Observaram-se maiores custos de construção nas plantas a pleno sol que nas sombreadas, positivamente correlacionados à síntese de metilxantinas e fenóis solúveis totais, que poderiam explicar a diferença observada. Os diferentes contextos evolutivos das cultivares avaliadas resultaram em genótipos capazes de se manifestar de forma diferenciada às variações ambientais, principalmente na magnitude das respostas (plasticidade), não sendo observadas tendências diferenciadas na síntese de grupos de compostos químicos e características morfofisiológicas. As características ecofisiológicas diferenciais entre as cultivares seriam fortemente explicadas pelas diferentes arquiteturas de copa, que resultam em diferentes intensidades de interceptação da irradiância pelas folhas.
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    Propriedades físicas, aerodinâmicas e térmicas de frutos de café conilon (Coffea canephora)
    (Universidade Federal de Viçosa, 2012-12-17) Treto, Pedro Casanova; Corrêa, Paulo César
    O café é considerado um dos produtos agrícolas de maior importância no Brasil, tanto pela receita gerada pela exportação e industrialização, como pelo número de empregos diretos e indiretos relacionados com o seu agronegócio. As espécies de maior importância no mercado econômico internacional são Coffea arabica (café arábica) e Coffea canephora (café robusta). Considerando as limitadas pesquisas no processo de secagem e visando obter dados que possam ser utilizados no desenvolvimento de sistemas durante os processos de colheita e pós-colheita, o presente trabalho objetivou, avaliar a influência do teor de água nas propriedades físicas, aerodinâmicas e térmicas de frutos de café conilon (Coffea canephora). Foram utilizados frutos de café (Coffea canephora), clones 83 e 74 da variedade clonal EMCAPA 8141 e os clones 31 e 32 da variedade clonal EMCAPA 8131, procedentes da fazenda experimental da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (EPAMIG), situada no município de Leopoldina, Minas Gerais. Posteriormente os diferentes lotes de café foram secos em estufa com ventilação forçada com temperatura do ar de aproximadamente 60 ± 3°C, até diferentes níveis de teores de água. Durante a secagem, para cada teor de água obtido, amostras eram homogeneizadas e encaminhadas para a determinação de suas propriedades, sempre em triplicata. Para os quatro clones foram determinadas as massas específica unitária e aparente, a porosidade, a forma, o tamanho e o índice de contração volumétrica unitária e da massa em cada estádio de maturação; além de ajustar aos modelos matemáticos disponíveis na literatura. Também foi estudada a influência do teor de água nas propriedades aerodinâmicas durante o processo de secagem. Mediante técnicas da Mecânica dos Fluidos Computacional foi estudado o processo utilizando o modelo k-ε para regime turbulento. Determinou-se também as propriedades térmicas (calor específico, condutividade e difusividade térmica) para os frutos de café da espécie Coffea canephora, clone 32 da variedade clonal EMCAPA 8131. Ao estudar o comportamento de cada clone foi determinado que a área projetada, a área superficial, o volume e a porosidade aumentam com a elevação do teor de água para todos os clones, enquanto as massas específicas reais e aparentes aumentam com o aumento da umidade dos frutos de café até um valor máximo e depois decrescem. A forma dos frutos de café conilon é influenciada no processo de secagem, promovendo diminuição dos valores da esfericidade e circularidade com a redução do teor de água. A contração volumétrica apresentou um comportamento não linear decrescente com a redução do teor de água da massa de frutos de café conilon. Os modelos de Bala e Woods adaptado, Corrêa e o polinomial ajustados aos valores experimentais para estimar o índice de contração volumétrica unitária e da massa dos frutos de café em função do teor de água representaram de forma satisfatória o fenômeno estudado, sendo o modelo polinomial o de melhor ajuste em todos os casos. Ao aumentar o teor de água a velocidade terminal cresceu de forma não linear em todos os clones de café conilon e estádios de maturação estudados. Determinou-se experimentalmente em um túnel de vento horizontal o coeficiente de arrasto de cada clone. O coeficiente de arrasto apresentou um comportamento não linear, decrescendo ao aumentar o número de Reynolds. O modelo numérico utilizado representou o processo adequadamente com diferenças entre o coeficiente de arrasto experimental e o numérico inferiores a 5 %. Foi possível determinar a distribuição de pressões e velocidades mediante a simulação numérica, pelo fato da razão de aspecto ter uma mínima influência nas mesmas;isso significa que é possível utilizar a mesma razão de aspecto para todos os clones. Determinou-se que as propriedades térmicas do café conilon são dependentes do conteúdo de umidade. O calor específico e a condutividade térmica dos frutos de café conilon aumentaram com o aumento do conteúdo de umidade, enquanto a difusividade térmica decresce com o aumento do conteúdo de umidade. Realizou-se o teste de identidade identificando a combinação e a propriedade física representada por um modelo comum.
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    Plasticidade do cafeeiro à luz: respostas morfofisiológicas em genótipos de Coffea arabica L
    (Universidade Federal de Viçosa, 2013-05-28) Silva, Mariela Mattos da; DaMatta, Fábio Murilo
    No presente trabalho, três genótipos de Coffea arabica L., submetidos a condições contrastantes de luz (pleno sol e sombra), foram avaliados a fim de determinarem-se os possíveis efeitos do sombreamento sobre: (i) as características do sistema fotoprotetor e antioxidativo, (ii) os custos de construção e manutenção do tecido vegetal, (iii) a plasticidade fenotípica e suas relações com a tolerância à sombra, bem como (iv) determinar os possíveis fatores determinantes das limitações impostas à fotossíntese. Para tal, plantas foram cultivadas por um ano sob sombreamento (10% da radiação solar) e a pleno sol, e avaliadas após a emissão do oitavo par de ramos plagiotrópicos. Na primeira seção, testou-se a hipótese de que cultivares mais modernas (Catuaí) apresentariam maior plasticidade de características associadas ao sistema antioxidativo e fotoprotetor que aquelas mais antigas (Typica), presumivelmente com menor tolerância a alta luminosidade. Os resultados mostraram que, de modo geral, as variáveis fotossintéticas avaliadas pouco responderam aos tratamentos impostos, apesar de as plantas a pleno sol tenderem a apresentar valores superiores aos das plantas à sombra (exceto a eficiência de captura de energia de excitação pelos centros de reação abertos do fotossistema II, Fv‟/Fm‟, e o coeficiente de extinção fotoinibitório (qI). Os aumentos da atividade antioxidante foram associados a aumentos das defesas enzimáticas e não enzimáticas (carotenoides e fenóis). Entretanto, esses mecanismos não evitaram a ocorrência de danos oxidativos em Bourbon e Typica ao sol, visto que aumentos do conteúdo de aldeído malônico foram observados. Em particular, Typica apresentou as menores concentrações de zeaxantina (Zea) a pleno sol, associados a aumentos em qI em resposta ao aumento da disponibilidade de luz nas plantas ao sol. Uma vez que Zea parece possuir um importante papel em processos que contribuem para formação de qI, os aumentos observados em Typica podem ser um resultado das reduções das concentrações de Zea a pleno sol, podendo explicar a suscetibilidade dessa cultivar à fotoinibição. Por outro lado, os maiores teores de Zea em Catuaí e Bourbon podem ter contribuído para a redução de qI e aumento da proteção contra fotodanos. Os custos de construção e manutenção (CM) foram superiores nas plantas a pleno sol, embora nessas plantas CM tenha sido maior nas plantas de Typica a pleno sol. Assim, a adaptação da cultivar Catuaí à altas irradiâncias parece estar relacionada a mecanismos fotoprotetores e antioxidativos mais eficientes, bem como uma maior plasticidade fotossintética. Por outro lado, embora tenha apresentado uma maior plasticidade fenotípica associada ao sistema antioxidante, a cultivar Typica mostrou maiores riscos de ocorrência de fotodanos e fotoinibição sob altas irradiâncias. Na segunda seção, foram analisadas as contribuições dos principais fatores que governam as modificações da fotossíntese ao longo do dia em C. arabica, bem como a contribuição das variações intraespecíficas na capacidade hidráulica foliar e sua influência sobre as potenciais diferenças de produção observadas entre genótipos modernos em relação àqueles que retiveram características associadas à tolerância a sombra. Os resultados mostraram que, embora as taxas fotossintéticas líquida (A) ao longo do dia tenham seguido o mesmo padrão de comportamento observado na condutância estomática (gs) e condutância mesofílica (gm), a pleno sol, o ajustamento da abertura estomática ao longo do dia foi o principal fator determinante da fotossíntese em cafeeiro (mais que 40% da limitação total), dentre as variáveis analisadas. As limitações estomáticas mostraram maior importância na explicação das baixas taxas fotossintéticas, seguida das limitações mesofílicas e bioquímicas, que tenderam a apresentar magnitudes de importância semelhante. Observaram-se fortes correlações entre gs, déficit de pressão de vapor (DPV) e, especialmente condutância hidráulica (KF), indicando que KF atuaria como o fator primário na redução de gs. Destaca-se, ainda, que, embora Typica possua uma capacidade fotossintética semelhante à das demais cultivares, sua maior limitação fotossintética pode ser resultado de uma arquitetura hidráulica menos robusta, podendo constituir- se em um fator de destaque na redução da produtividade dessa cultivar quando cultivada a pleno sol. ter contribuído para a redução de qI e aumento da proteção contra fotodanos. Os custos de construção e manutenção (CM) foram superiores nas plantas a pleno sol, embora nessas plantas CM tenha sido maior nas plantas de Typica a pleno sol. Assim, a adaptação da cultivar Catuaí à altas irradiâncias parece estar relacionada a mecanismos fotoprotetores e antioxidativos mais eficientes, bem como uma maior plasticidade fotossintética. Por outro lado, embora tenha apresentado uma maior plasticidade fenotípica associada ao sistema antioxidante, a cultivar Typica mostrou maiores riscos de ocorrência de fotodanos e fotoinibição sob altas irradiâncias. Na segunda seção, foram analisadas as contribuições dos principais fatores que governam as modificações da fotossíntese ao longo do dia em C. arabica, bem como a contribuição das variações intraespecíficas na capacidade hidráulica foliar e sua influência sobre as potenciais diferenças de produção observadas entre genótipos modernos em relação àqueles que retiveram características associadas à tolerância a sombra. Os resultados mostraram que, embora as taxas fotossintéticas líquida (A) ao longo do dia tenham seguido o mesmo padrão de comportamento observado na condutância estomática (gs) e condutância mesofílica (gm), a pleno sol, o ajustamento da abertura estomática ao longo do dia foi o principal fator determinante da fotossíntese em cafeeiro (mais que 40% da limitação total), dentre as variáveis analisadas. As limitações estomáticas mostraram maior importância na explicação das baixas taxas fotossintéticas, seguida das limitações mesofílicas e bioquímicas, que tenderam a apresentar magnitudes de importância semelhante. Observaram-se fortes correlações entre gs, déficit de pressão de vapor (DPV) e, especialmente condutância hidráulica (KF), indicando que KF atuaria como o fator primário na redução de gs. Destaca-se, ainda, que, embora Typica possua uma capacidade fotossintética semelhante à das demais cultivares, sua maior limitação fotossintética pode ser resultado de uma arquitetura hidráulica menos robusta, podendo constituir- se em um fator de destaque na redução da produtividade dessa cultivar quando cultivada a pleno sol.