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Assessment of leaf anatomic and physiological characteristics and genetic divergence among Coffea arabica L. cultivars in the Brazilian Savanna
(Escola de Agronomia - UFG, 2022-01-16) Santos, Cyntia Stephânia dos; Pereira, Fernanda Aparecida Castro; Mauri, Janaína; Viana, Mariana Thereza Rodrigues; Rodrigues, Gustavo Costa; Veiga, Adriano Delly; Bartholo, Gabriel Ferreira; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo
The knowledge on cultivars is essential for parental choosing on breeding programs. This research aimed to study the genetic divergence of Coffea arabica L. cultivars from a germoplasm bank of the Embrapa Cerrados, Brazil, for leaf anatomic and physiological characteristics. A total of 23 cultivars were evaluated: Acaiá Cerrado MG1474, Araponga MG1, Catiguá MG1, Catiguá MG2, Catiguá MG3, Catiguá MG3 P4, Catiguá MG3 P5, Catiguá MG3 P7, Catiguá MG3 P9, Catiguá MG3 P23, Catiguá MG3 P51, Catuaí Amarelo IAC 62, Catuaí Vermelho IAC 15, Catuaí Vermelho IAC 81, Catuaí Vermelho IAC 99, Caturra Vermelho MG0187, Guatenano Colis MG0207, Mundo Novo IAC 379-19, Paraíso MG1, Pau Brasil MG1, Sacramento MG1, San Ramon MG0198 and Topázio MG1190. In addition to the genetic divergence, the broad sense heritability and coefficient of genetic and environmental variation were also evaluated. All characteristics showed high coefficients of genetic variation and heritability values greater than 70 %, indicating a predominance of genetic over environmental factors, and that these are characteristics likely to obtain genetic gain. Catiguá MG1, Catiguá MG3 P51 and Topázio MG1190 stood out, with superior gas exchange characteristics. Attributes related to gas exchange were important for cultivar differentiation, demonstrating that they can be used in the early selection of Coffea arabica L. genotypes.
Variáveis Morfofisiológicas e Produtividade na Pré-seleção de Cafeeiros Cultivados no Cerrado do Planalto Central
(Embrapa Café, 2022-08) Carvalho, Milene Alves de Figueiredo; Silva, Elisângela Aparecida da; Rodrigues, Gustavo Costa; Veiga, Adriano Delly; Guerra, Antonio Fernando
O cultivo do cafeeiro em áreas de Cerrado utiliza o manejo de irrigação com suspensão hídrica no período reprodutivo visando à uniformização da florada, obtendo-se frutos em estádios de maturação mais uniformes e cafés com qualidade. Verificou-se o potencial de algumas variáveis morfofisiológicas em se correlacionar com a produtividade para serem utilizadas na pré-seleção de genótipos de Coffea canephora que melhor se adaptem ao manejo de irrigação utilizado no Cerrado. O experimento foi conduzido na região do Cerrado do Planalto Central avaliando-se sete clones de C. canephora no ano de 2016. As plantas passaram por um período de suspensão da irrigação de 56 dias para a uniformização da florada; as avaliações morfofisiológicas foram realizadas antes e no final do período de suspensão da irrigação e 2 dias e 3 meses após o retorno da irrigação. As variáveis diâmetro dos vasos do xilema, espessura do floema, relação entre o diâmetro polar e equatorial dos estômatos, eficiência quântica potencial do fotossistema II, conteúdo relativo de água e índice de área foliar apresentam potencial de serem utilizadas na pré-seleção de genótipos de Coffea canephora que melhor se adaptem ao manejo de irrigação utilizado no Cerrado, por possuírem relação com a variável produtividade.
Agronomic, anatomic and physiological characterization of Coffea arabica L. genotypes on irrigated system in the Central Cerrado
(Universidade Federal de Lavras, 2022-12-29) Santos, Cyntia Stephânia dos; Matos, Nagla Maria Sampaio de; Rezende, Tiago Teruel; Mauri, Janaína; Rodrigues, Gustavo Costa; Veiga, Adriano Delly; Bartholo, Gabriel Ferreira; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo
Due to climatic conditions and the possibility of using machineries, coffee has a potential to achieve high yields with reduced costs, in the biome of Cerrado. Leaf anatomy and physiology can help in the identification of more adapted cultivars to a given environmental condition. The objective is to verify the behavior of Coffea arabica L. genotypes in the Cerrado of the Brazilian Central Plateau through anatomical and physiological characterization and yield. Ten coffee genotypes from the Active Germplasm Bank located in the municipality of Planaltina, Distrito Federal, were evaluated. The genotypes evaluated were: Araponga MG1, Catiguá MG2, Catiguá MG3 P23, Catiguá MG3 P7, Catiguá MG3 P51, Catiguá MG3 P, Catuaí Amarelo IAC 62, Catuaí Vermelho IAC 15, Paraíso MG1 and Topázio MG 1190. The phenotypic characteristics evaluated were the thickness of: adaxial cuticle surface, adaxial and abaxial epidermis surfaces, the palisade and spongy parenchyma, the mesophyll layer, the phloem, number and diameter of the xylem vessels, stomatal density, relationship between the polar and equatorial diameter of the stoma, specific leaf area, stomatal conductance, transpiration rate, net photosynthetic rate, water use efficiency, intercellular carbon concentration and yield. Genotypes of Coffea arabica L. presented a distinction between the characteristics evaluated when grown under climatic conditions of the Brazilian Central Plateau Cerrado, highlighting the variations in the behavior and distinguished adaptation in this environment. The Araponga MG1 genotype stood out for anatomical and physiological characteristics of higher values, such as net photosynthetic rate, stomatal conductance, intercellular carbon concentration, abaxial and adaxial epidermis thickness, stomatal density and number of xylem vessels. The genotype Paraíso MG1 stands out for higher grain productivity. The genotype Catuaí Vermelho IAC 15 stands out for anatomical and physiological characteristics such as higher stomatal density, greater number of xylem vessels and greater efficiency in water use, resulting in improved productivity.
Adaptations to the drought season and impacts on the yield of ‘Híbrido de Timor’ coffee tree in the Minas Gerais State Cerrado (Brazilian Savanna)
(Escola de Agronomia - UFG, 2022-09-02) Santos, Cyntia Stephânia dos; Freitas, Ana Flávia de; Silva, Glauber Henrique Barbosa da; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo; Santos, Meline de Oliveira; Carvalho, Gladyston Rodrigues; Silva, Vânia Aparecida
Climate change threatens the survival of commercial crops due to their narrow genetic base. One of the alternatives is the identification of plants with potential for abiotic stress tolerance. This study aimed to verify the physiological and anatomical adaptations to the drought period and the impacts on the yield of ‘Híbrido de Timor’ coffee tree accessions. The experimental design was randomized blocks, in a 7 x 2 factorial arrangement, being seven genotypes (UFV 377-21, UFV 377-21, UFV 442-42, BE 5 Wush-Wush x UFV 366-08, UFV 428-02, UFV 376-31 and UFV 427-55) and two seasonal periods (dry and rainy), with two replications. The stomatal conductance; predawn water potential; levels of hydrogen peroxide and malondialdehyde; activity of the enzymes catalase, superoxide dismutase and ascorbate oxidase; ascorbate content; cuticle thickness of the adaxial surface and leaf lamina; stomatal density; ratio between polar and equatorial diameter; phloem area; area, diameter and frequency of xylem vessels; relative hydraulic conductivity; vulnerability index; and yield were evaluated. The results showed acclimatization of the accessions to the dry period, with some of them maintaining higher water potential values in the predawn; induction of the antioxidant system with the increase in the activity of the superoxide dismutase enzyme and ascorbate levels; increase in the cuticle and leaf lamina thickness; and a higher ratio between polar and equatorial diameters. Most of the evaluated accessions showed a good productive performance, especially the ‘UFV 377-21’, ‘UFV 442-42’ and ‘UFV 376-31’, with adaptations to the dry period and yield potential.
Water retainer polymer in coffee plants deployment under different levels of irrigation
(Editora UFLA, 2021) Resende, Thales Barcelos; Souza, Victor Hugo Silva; Castanheira, Dalyse Toledo; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo; Guimarães, Rubens José
The use of water-retaining polymers may be a feasible alternative in regions with low water availability, as they has enhance the performance of coffee plants with more favorable anatomical characteristics to make physiological processes more efficient. However, the advantages of such use have been scarcely reported. Here, we studied the feasibility of using a water-retaining polymer to optimize irrigation water use during the establishment of a coffee plantation. A randomized block design was used in a factorial scheme (4 × 2) with three replications for a total of 24 experimental plots, each consisting of four pots, with one plant per unit. The experiment was installed in a greenhouse at the Coffee Science Department of the Universidade Federal de Lavras, Minas Gerais, Brazil, with four levels of irrigation (25%, 50%, 75%, and 100% of soil water at field capacity), with or without addition of the water-retaining polymer. Growth variables evaluated included: plant height, stem diameter, number of leaves, shoot and root dry weights, root volume and area. Additionally, gas exchange, leaf water potential, and leaf anatomy were analyzed. The use of water-retaining polymer during establishment of the coffee plantation ensured sufficient water supply, thus guaranteeing plant anatomical and physiological functionality and, consequently, a healthy, vigorous growth.
Leaf anatomy, physiology and vegetative growth of fertigated Coffee arabica L. trees after exposure to pruning
(Editora UFLA, 2021) Soares, Daiane dos Santos; Silva, Elisângela Aparecida da; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo; Pereira, Fernanda Aparecida Castro; Guimarães, Rubens José
In coffee plants, fertigation can be an alternative way to minimize the negative effects exerted by drought and maximize fertilizer use efficiency. However, the fertilization recommendations for fertigated coffee trees are still not very specific, and the recommendations for rainfed crops are used. In addition, little is known about the nutritional requirements for fertigated coffee trees that have undergone the low recepa pruning treatment. Thus, the objective of this study was to evaluate the effects of different levels of nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) fertilizers on leaf anatomy, physiology, and veg etative growth of fertigated coffee trees (Coffea arabica L.) that have been under the low recepa pruning treatment. During the first five years of growth, the cultivar Topázio MG-1190 of the coffee crop received 10, 40, 70, 100, 130, and 160% of the fertilization levels recommended for the rainfed coffee crop. After this period, the crop was exposed to low recepa pruning. It was concluded that different doses of N, P, and K fertilizers modified the internal structure of coffee plant leaves, as well as physiological responses and plant growth; there was stronger vegetative growth, sharper leaf blade, greater thickness of spongy parenchyma, larger phloem area, and higher xylem relative hydraulic conductivity as the N, P, and K fertilizer levels in fertigated coffee (Coffea arabica L.) plants, which received the low recepa pruning treatment, increased. This knowledge can be used as a solid basis for main fertilization recommendations for fertigated coffee trees after exposure to the low recepa pruning treatment.
Coffee genotypes morphophysiological adaptation under coffee leaf rust biotic stress
(Editora UFLA, 2021) Viana, Mariana Thereza Rodrigues; Azevedo, Harianna Paula Alves de; Pereira, Fernanda Aparecida Castro; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo; Guimarães, Rubens José
The identification of morphophysiological traits responsible for a better plant behavior when infected is useful for cultivar selection, and become crucial for breeding. We investigated the morphophysiological behavior of coffee genotypes before and after inoculation with the pathogen Hemileia vastatrix, causal agent of coffee rust. With multivariate techniques we identified the characteristics that most contribute to total genetic divergence of the geno types. Ten genotypes of Coffea arabica from the Germplasm Bank of Coffee from Minas Gerais were sown in a nursery and then take to a greenhouse with controlled temperature and humidity. After one month of acclimatization, the artificial inoculation with the fungus H. vastatrix was carried out. The anatomical and physiological evaluations were performed 1 day before inoculation and 160 days after inoculation. When the first symptom emerged, plants were evaluated according to a descriptive scale for coffee rust. We observed significant differences in rust severity and ostiole opening between genotypes. Different groups were formed by the K-means method, based on morphophysiological characteristics. This shows that genetic variability exists between the coffee genotypes evaluated before and after inoculation with the pathogen. The most important characteristics that contributed to the total genetic divergence were xylem vessel diameter and stomatal conductance. In conclusion, inoculation with H. vastatrix caused a change in coffee geno types based on morphophysiological characteristics.
Trocas gasosas e relações hídricas de genótipos de Coffea arabica L. submetidos ao déficit hídrico
(Embrapa Café, 2019-10) Santos, Cyntia Stephânia dos; Silva, Glauber Henrique Barbosa da; Freitas, Ana Flávia de; Tavares, Maria Clara dos Santos; Sousa, Nicolas Bedô Teodoro de; Pires, Túlio de Paula; Carvalho, Gladyston Rodrigues; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo; Silva, Vânia Aparecida
Objetivou-se avaliar as trocas gasosas e as relações hídricas de genótipos de Coffea arabica L submetidos ao déficit hídrico a fim de auxiliar o programa de melhoramento genético do cafeeiro em relação à escolha de genótipos tolerantes à seca. O experimento foi instalado na casa de vegetação da Estação Experimental da EPAMIG em Lavras- MG. Foram utilizados 15 acessos de Coffea arabica do Banco Ativo de Germoplasma da EPAMIG em Patrocínio-MG, além de dois genótipos, um considerado tolerante (IPR 100) e o outro sensível (Rubi MG1192) à deficiência hídrica. Foram realizados dois tratamentos hídricos, o primeiro mantendo a umidade de solo na Capacidade de Campo e o segundo com suspensão total da irrigação. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados e o ensaio foi constituído por 34 tratamentos, em esquema fatorial 17x2 (genótipos x tratamento hídrico). Para cada tratamento foram consideradas quatro repetições e cada parcela experimental foi constituída por uma planta. Aos 26 dias após a suspensão da irrigação foram avaliados a taxa fotossintética líquida e o potencial hídrico antemanhã para avaliar as trocas gasosas e as relações hídricas, respectivamente. Os resultados demonstraram variabilidade nos genótipos avaliados quanto a tolerância ao déficit hídrico considerando as variáveis analisadas. Os genótipos 2, 3, 4, 5, 10 e 17 apresentaram valores inferiores de potencial hídrico em relação aos demais genótipos. Maiores valores médios de potencial hídrico associados a maior taxa fotossintética líquida foram observados nos genótipos 1, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 15 e 16. Concluiu-se que os genótipos de Coffea arabica L. apresentaram variabilidade nas trocas gasosas e relações hídricas, indicando diferentes estratégias de tolerância frente ao déficit hídrico.
Comportamento estomático de Coffea canephora em condições de cerrado
(Embrapa Café, 2019-10) Matos, Nagla Maria Sampaio de; Pereira, Fernanda Aparecida Castro; Mendes, Antônio Nazareno Guimarães; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo; Rodrigues, Gustavo Costa; Veiga, Adriano Delly; Marraccini, Pierre; Bartholo, Gabriel Ferreira
Objetivou-se com o presente estudo, analisar o comportamento estomático ao longo do dia de genótipos de Coffea canephora após o período de suspensão hídrica imposto no sistema de irrigação do Cerrado. Avaliou-se no ano de 2017 genótipos existentes no Banco Ativo de Germoplasma localizado na Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa Cerrados), Planaltina-DF. Foram utilizados seis genótipos da espécie Coffea canephora, sendo 4 indivíduos selecionados de uma população de melhoramento da Embrapa Cerrados (8, 114, 30 e 125) e dois clones com características contrastantes de tolerância à seca (14 – tolerante e 22 - sensível) (FERRÃO et al., 1999). O plantio foi realizado em linhas, por material, utilizando um espaçamento de 3,7 x 1,0 m em sistema irrigado por pivô central, com manejo de suspensão da irrigação durante a estação seca, para sincronizar o desenvolvimento dos botões florais garantindo alta produtividade e qualidade do café. A irrigação foi suspensa por um período de 64 dias (26 de junho a 28 de agosto). A avaliação da condutância estomática foliar (CE-μmol m -2 s -1 ) foi realizada utilizando-se o porômetro (SC- 1, Decagon Devises), na face abaxial das folhas, em diferentes horários de avaliação ao longo do dia (8:30, 10:30, 12:30, 14:30 e 16:30). O potencial hídrico Ψw (MPa) foliar, foi medido no período antemanhã, com uma bomba de pressão tipo Scholander (PMS Instruments Plant Moisture - Modelo 1000). As medições foram realizadas no final do período de suspensão hídrica. Os menores valores médios de potencial hídrico apresentado pelos genótipos 30 e 22, podem indicar que os mesmos, acionaram um mecanismo de defesa de fechamento estomático para reduzir a perda de água durante esse período de estresse, mantendo os menores valores de condutância estomática ao longo do dia quando comparado aos demais. Já os maiores valores de condutância estomática observados nos genótipos 8, 14, 114, e 125 estão possivelmente associados aos maiores valores médios de potencial hídrico foliar quando comparado ao 22 e 30. Conclui-se com o presente estudo que a condutância estomática do primeiro horário da manhã está associada ao potencial hídrico foliar dos genótipos avaliados. As oscilações de condutância estomática observadas ao longo do dia são possivelmente associadas ao efeito do potencial hídrico aliado às variáveis climáticas. Diferentes estratégias de adaptação ao déficit hídrico imposto são observadas devido à variabilidade genética dos materiais avaliados.
Potencial hídrico e condutância estomática de Coffea canephora em condições de cerrado
(Embrapa Café, 2019-10) Santos, Meline de Oliveira; Brandão, Isabel Rodrigues; Carvalho, Milene Alves de Figueiredo; Rodrigues, Gustavo Costa; Veiga, Adriano Delly; Marraccini, Pierre; Bartholo, Gabriel Ferreira
O objetivo do estudo foi avaliar a adaptação de diferentes genótipos de Coffea canephora ao sistema de cultivo irrigado do Cerrado do Planalto Central Brasileiro, após o período de suspensão da irrigação, por meio de análises do potencial hídrico e condutância estomática. Foram avaliados genótipos de Coffea canephora (8V, 8, 30, A1, 14 e 22) que estão alocados na Embrapa Cerrados em Planaltina, DF. O plantio foi realizado em linhas, por material, utilizando um espaçamento de 3,7 x 1,0 m em sistema irrigado por pivô central, com manejo de suspensão da irrigação durante a estação seca, por um período de 63dias (30 de junho a 31 de agosto). As avaliações foram realizadas no final desse período em dois horários do dia, em folhas completamente expandidas, do terceiro ou quarto par, no terço médio dos ramos plagiotrópicos. O potencial hídrico (MPa) foliar foi medido no período antemanhã (Ψam) (3:00h às 5:00h) e ao meio dia (Ψmd) (12:00h às 13:00h), com o auxílio de uma bomba de pressão tipo Scholander. A avaliação da condutância estomática foliar (gs-μmol m -2 s -1 ) foi realizada utilizando-se o porômetro, na face abaxial das folhas, no período da manhã (gs- manhã) (08:30h às 09:30h) e ao meio-dia (gs-meio-dia) (12:00h às 13:00h). O genótipo 8 apresentou um comportamento semelhante ao clone tolerante 14, com maiores valores de potencial hídrico e gs, enquanto que o genótipo 8V manteve um comportamento intermediário aos clones 14 e 22. Os genótipos A1 e 30 apresentaram um comportamento semelhante ou inferior ao clone sensível 22 com menores valores de potencial hídrico e condutância estomática. Considerando as variáveis potencial hídrico e condutância estomática conclui-se que diferentes estratégias de adaptação ao sistema de cultivo irrigado do Cerrado após o período de suspensão da irrigação são observadas nos genótipos avaliados. Os genótipos 8 e 14 se adaptam mantendo os maiores valores de potencial hídrico e condutância estomática em comparação aos demais genótipos. Já os genótipos A1, 30 e 22 se adaptam apresentando os menores valores de potencial hídrico e consequentemente, menor condutância estomática. O genótipo 8V, por sua vez, se adapta com comportamento intermediário quando comparado aos demais genótipos, em relação às variáveis estudadas.

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