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Photosynthetic induction and activity of enzymes related to carbon metabolism: insights into the varying net photosynthesis rates of coffee sun and shade leaves
(Sociedade Brasileira de Fisiologia Vegetal, 2013-05-21) Martins, Samuel Cordeiro Vitor; Detmann, Kelly Coutinho; Reis, Josimar Vieira dos; Pereira, Lucas Felisberto; Sanglard, Lílian Maria Vincis Pereira; Rogalski, Marcelo; DaMatta, Fábio Murilo
The shade leaves of coffee (Coffea arabica L.) apparently retain a robust photosynthetic machinery that is comparable to that of sun leaves and can fix CO2 at high rates when subjected to high light intensities. This raises the question of why the coffee plant would construct such a robust photosynthetic machinery despite the low photosynthetic rates achieved by the shade leaves at low light supply. Here, we grew coffee plants at 100% or 10% full sunlight and demonstrated that the shade leaves exhibited faster photosynthetic induction compared with their sun counterparts, in parallel with lower loss of induction states under dim light, and were well protected against short-term sudden increases in light supply (mimicking sunflecks). These findings were linked to similar photosynthetic capacities on a per mass basis (assessed under nonlimiting light), as well as similar extractable activities of some enzymes of the Calvin cycle, including Rubisco, when comparing the shade and sun leaves. On the one hand, these responses might represent an overinvestment of resources given the low photosynthetic rates of the shade leaves when light is limiting; on the other hand, such responses might be associated with a conservative behavior linked to the origin of the species as a shade-dwelling plant, allowing it to maximize the use of the energy from sunflecks and thus ultimately contributing to a positive carbon balance under conditions of intense shading.
Resposta fisiológica de clone de café Conilon sensível à deficiência hídrica enxertado em porta‐enxerto tolerante
(Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Embrapa, 2010-05) Silva, Vânia Aparecida; Antunes, Werner Camargos; Guimarães, Breno Lourenzzo Salgado; Paiva, Rita Márcia Cardoso; Silva, Vanisse de Fátima; Ferrão, Maria Amélia Gava; DaMatta, Fábio Murilo; Loureiro, Marcelo Ehlers
O objetivo deste trabalho foi determinar alterações fisiológicas e de tolerância à seca em clones de café Conilon (Coffea canephora) contrastantes quanto à sensibilidade ao deficit hídrico. Foram avaliadas as enxertias recíprocas entre os clones 109A, sensível ao deficit hídrico, e 120, tolerante – 120/109A, 120/120, 109A/120, 109A/109A –, além de seus respectivos pés‐francos. As plantas foram cultivadas em vasos de 12 L em casa de vegetação. Após seis meses, metade das plantas foi submetida ao deficit hídrico por meio da suspensão da irrigação, até que as folhas atingissem o potencial hídrico de antemanhã de ‐3,0 MPa. Quando o clone 120 foi usado como porta‐enxerto, as plantas apresentaram sistema radicular mais profundo, mas com menor massa, retardaram por mais tempo a desidratação celular das folhas e apresentaram maior eficiência no uso da água. Sob seca severa, os teores de amido e sacarose decresceram em todos os tratamentos, enquanto os teores de glicose, frutose, aminoácidos totais e prolina aumentaram, particularmente nos tratamentos 109A pé‐franco, 109A/109A e 120/109A. Essas plantas apresentaram menor eficiência no uso da água. O acúmulo de solutos não foi associado à tolerância à seca. O uso de porta‐enxertos tolerantes à seca contribui para a maior tolerância das plantas ao deficit hídrico.
Concentração de açúcares solúveis, amido e aminoácidos em cafeeiro em função da razão área foliar/número de frutos em diferentes posições na copa
(Embrapa Café, 2013) Chaves, Agnaldo Rodrigues de Melo; DaMatta, Fábio Murilo; Martins, Samuel Cordeiro Vitor; Celin, Elaine Facco
Em março de 2007, foram coletados segmentos de ramos plagiotrópicos com três razões ‘área foliar/fruto’ (RAF) em cafeeiros cultivados em renques orientados norte-sul nas posições leste inferior, leste superior, oeste inferior e oeste superior da copa das plantas, enquanto em 2008 foram coletados segmentos de ramos plagiotrópicos em apenas uma RAF. Foi determinada a concentração de açúcares solúveis, amido e aminoácidos no material vegetal coletado nos dois anos. Em 2007, não foi possível correlacionar as concentrações dos carboidratos e aminoácidos com as diferentes RAF's, o que pode ter ocorrido em função da perda da autonomia dos ramos, fenômeno que propicia maior movimentação de sacarose entre os ramos de diferentes RAF's. Por outro lado, em 2008, a alta RAF não alterou a concentração dos produtos, o que pode ter ocorrido em função da baixa carga de frutos nesse período.
Atividade de enzimas do metabolismo do carbono em função da razão área foliar/frutos em diferentes posições da copa do cafeeiro
(Embrapa Café, 2013) Chaves, Agnaldo Rodrigues de Melo; DaMatta, Fábio Murilo; Martins, Samuel Cordeiro Vitor; Celin, Elaine Facco
Neste trabalho, em março de 2007 foram coletados tecidos foliares em ramos plagiotrópicos com três razões área foliar/fruto (RAF) de plantas de café cultivadas em renques orientados norte-sul nas posições leste inferior, leste superior, oeste inferior e oeste superior da copa das plantas, enquanto em 2008 foram coletados tecidos foliares em ramos plagiotrópicos em apenas uma RAF. Foi determinada a atividade das enzimas da sintase da sacarose-fosfato-SPS, pirofosforilase da ADP-glicose-AGPase, invertase ácida e sintase da sacarose-Susy. Adicionalmente, não foi observado um padrão claro de resposta das atividades das enzimas AGPase, invertase, SuSy e SPS em 2007. Em 2008, por outro lado, observou-se tendência de menores atividades das enzimas supracitadas nas folhas da posição leste inferior, fato que pode estar associado com menor taxa de fotossíntese ao longo do dia, provavelmente em função de uma menor disponibilidade de luz nessa face.
Metabolismo do carbono e limitações bioquímicas da fotossíntese em folhas de diferentes posições da copa do cafeeiro (Coffea arabica L.)
(2007) Araújo, Wagner Luiz; Cunha, Roberto Lisboa; Celin, Elaine F.; Dias, Paulo Cesar; Moraes, Gustavo Adolfo Bevitori Kling de; Antunes, Werner Camargos; Martins, Samuel Cordeiro Vitor; Cavatte, Paulo Cezar; Matos, Fabio Santos; DaMatta, Fábio Murilo; Embrapa - Café
Neste trabalho, examinaram-se potenciais alterações do metabolismo do carbono, em folhas sujeitas a diferentes ambientes lumínicos, com o intuito de melhor compreender possíveis relações entre aquelas alterações e as causas da variação espacial diurna da fotossíntese, sob uma perspectiva bioquímica. Examinou-se, então, o curso diurno da concentração de carboidratos e do metabolismo do carbono em folhas de diferentes posições da copa de plantas de café cultivadas em campo. As atividades inicial e total da Rubisco, bem como seu estado de ativação, pouco variaram entre faces e estratos. As pequenas variações nas concentrações dos carboidratos e nas atividades de várias enzimas associadas com o metabolismo do carbono sugerem que o café apresenta uma baixa plasticidade para ajustar a sua maquinaria bioquímica para fixação do CO2, em resposta à redução da disponibilidade de luz. Verificou-se, também, que a maior atividade da invertase ácida foi acompanhada por maiores concentrações de hexoses e de amido, particularmente nas folhas superiores da face oeste. As maiores atividades da sintase da sacarose-fosfato e da fosfatase da frutose-1,6-bisfosfato nas folhas superiores, em relação às das inferiores, devem estar fortemente associadas com as maiores taxas fotossintéticas observadas nas primeiras, de modo a garantir-lhes a manutenção da síntese e da exportação de fotoassimilados.
Limitações da fotossíntese em folhas de diferentes posições da copa do cafeeiro (Coffea arabica L.).
(2007) Araújo, Wagner Luiz; Dias, Paulo Cesar; Moraes, Gustavo Adolfo Bevitori Kling de; Celin, Elaine F.; Cunha, Roberto Lisboa; Chaves, Agnaldo Rodrigues de Melo; Caten, Ângela Ten; Batista, Karine D.; Pompelli, Marcelo Francisco; Carretero, Diego Martins; DaMatta, Fábio Murilo; Embrapa - Café
Neste estudo investigaram-se as estratégias fisiológicas e bioquímicas envolvidas na aclimatação da maquinaria fotossintética, em diferentes posições da copado cafeeiro, em função da atenuação da irradiância interceptada, ao longo do dossel, em plantas cultivadas em campo. A taxa de assimilação líquida do carbono (A) foi maior (135%) nas folhas superiores, ao passo que a razão entre a concentração interna e ambiente de CO2 (Ci/Ca) foi sempre maior, e a composição isotópica do carbono menor, nas folhas inferiores, enquanto valores similares das condutâncias estomática (gs) e mesofílica (gm) foram observados, comparando-se folhas superiores e inferiores. Apesar da baixa disponibilidade de luz, observada nos estratos inferiores, tanto as irradiâncias de compensação como a de saturação foram similares entre folhas superiores e inferiores. O rendimento quântico aparente também foi similar entre faces e estratos. A taxa de assimilação líquida de carbono saturada pela luz foi relativamente baixa, mesmo nas folhas superiores, indicando que limitações outras, além da luz, podem estar largamente associadas às baixas taxas fotossintéticas do cafeeiro. Com efeito, estes resultados, juntamente com os obtidos a partir das curvas A/Ci, sugerem que: (i) as causas da variação espacial das taxas fotossintéticas em folhas recém-expandidas não foram resultantes de limitações bioquímicas ou difusionais, mas, fundamentalmente de limitações fotoquímicas associadas à baixa disponibilidade de luz; (ii) as baixas taxas fotossintéticas per se, em café, devem ser resultantes, particularmente, de limitações difusivas, conforme se infere a partir dos valores baixos de gs e gm, tanto nas folhas superiores como nas inferiores, ao longo de todo o dia, mas não necessariamente devido a uma baixa capacidade mesofílica para fixação de CO2. Concomitantemente, estes resultados sugerem que, apesar dos valores relativamente baixos de A, o aparelho fotossintético do café exibe uma plasticidade relativamente baixa às variações da RFA.
Estimativa da área foliar do cafeeiro (Coffea arabica L.) por meio de dimensões lineares
(2007) Pompelli, Marcelo Francisco; Antunes, Werner Camargos; Chaves, Agnaldo Rodrigues de Melo; Carretero, Diego Martins; DaMatta, Fábio Murilo; Embrapa - Café
A medição da área foliar (AF) é de grande importância em estudos fisiológicos e agronômicos. A determinação da AF por medidas lineares é uma ferramenta útil para análises não destrutivas. O objetivo deste trabalho foi definir equações para a estimativa da AF do cafeeiro, por meio de medidas lineares do limbo. A partir de 300 folhas de diferentes posições da copa e idades, mediu-se o comprimento (C) e a largura (L) do limbo. A área foliar real foi medida por meio da digitalização do limbo foliar e análise pelo do programa Image-Pro Plus. Os valores estimados foram confrontados com os observados. Foi possível estimar a AF das plantas com base nas equações: AF = 1,8691 L1,8300 R2 =0,9638, AF = 0,4394 C1,8200 R2 =0,9701 e AF = 0,8223 CL0,9408 R2 =0,9848.
Metabolismo e partição do carbono fotossintético em resposta à manipulação da relação fonte-dreno em Coffea arabica L.
(2007) Cunha, Roberto Lisboa; Martins, Samuel Cordeiro Vitor; Villela, Fabio Gonçalves; Antunes, Werner Camargos; DaMatta, Fábio Murilo; Embrapa - Café
Investigaram-se alterações no metabolismo de carboidratos e no particionamento do 14carbono, em resposta à manipulação da relação fonte:dreno em folhas de plantas de café cultivadas em campo, por meio de desfrutificação e desfolhamento controlados, tendo em vista uma potencial alteração no metabolismo das folhas, em função da redução da relação fonte:dreno. Os tratamentos consistiram de: (i) remoção de todos os frutos, mas mantendo-se as folhas (T1); (ii) remoção da metade da carga de frutos, mantendo-se também as folhas (T2), e; (iii) manutenção de todos os frutos e redução da área foliar à metade (T3). Os frutos foram removidos no estádio de "chumbinho". As avaliações foram realizadas durante a fase de rápido ganho de massa seca do fruto. Observaram-se maiores valores médios diários de fotossíntese líquida e condutância estomática nas plantas do tratamento T3. De modo geral, a alteração na razão fonte:dreno promoveu pouca ou nenhuma alteração (i) na atividade das enzimas do metabolismo do carbono (carboxilase/oxigenase da ribulose-1,5-bisfosfato, pirofosforilase da ADP-glicose, invertase ácida, sintase da sacarose, sintase da sacarose fosfato, bisfosfatase da frutose-1,6-bisfosfato, fosforilase do amido, desidrogenase do gliceraldeído-3-fosfato), (ii) na concentração de glicose, frutose, sacarose e amido, (iii) na concentração dos intermediários fosforilados (RuBP, glicose-6-fosfato, frutose-6-fosfato, glicose-1-fosfato e ortofosfato), assim como (iv) no partição de 14C recentemente fixado. Os resultados indicam que a redução na razão fonte:dreno pode afetar positivamente fotossíntese líquida, via aumentos em condutãncia estomática, porém sem alterar a bioquímica da fotossíntese durante a fase de rápido crescimento dos frutos do cafeeiro.
Trocas gasosas, parâmetros de fluorescência e concentração de pigmentos e nitrogênio em resposta à manipulação da relação fonte-dreno em Coffea arabica L.
(2007) Cunha, Roberto Lisboa; Martins, Samuel Cordeiro Vitor; Moraes, Gustavo Adolfo Bevitori Kling de; Cavatte, Paulo Cezar; Matos, Fabio Santos; DaMatta, Fábio Murilo; Embrapa - Café
Em geral, um aumento da razão fonte:dreno, e.g., via remoção parcial de frutos, pode ocasionar decréscimos correspondentes na taxa de assimilação líquida de carbono, devido à retroinibição derivada do acúmulo de carboidratos na folha. Investigaram-se alterações na composição isotópica do carbono, nas trocas gasosas e no conteúdo de pigmentos e nitrogênio em folhas de plantas de café cultivadas em campo, em resposta à manipulação da relação fonte-dreno, por meio de desfrutificação e desfolhamento controlados, tendo em vista uma potencial alteração na capacidade fotossintética das folhas, em função da redução da relação fonte:dreno. Os tratamentos consistiram de: (i) remoção de todos os frutos e 100% da área foliar (T1); (ii) metade da carga de frutos e 100% da área foliar (T2); e (iii) carga completa de frutos e 50% da área foliar (T3). Os frutos foram removidos no estádio de "chumbinho". As avaliações foram realizadas durante a fase de rápido ganho de massa seca do fruto. Observaram-se, que plantas do tratamento T3 apresentaram valores mais negativos de composição isotópica do carbono, porém maiores taxas diárias de assimilação de carbono e condutância estomática, além de menor temperatura foliar (particularmente durante os períodos mais quentes). Aparentemente, não ocorreu fotoinibição da fotossíntese. As concentrações de pigmentos e nitrogênio não sofreram alterações em resposta aos tratamentos aplicados. Os resultados indicam que a redução na razão fonte:dreno pode afetar positivamente a fotossíntese líquida, via aumentos na condutância estomática, porém sem afetar a fotoquímica da fotossíntese durante a fase de rápido crescimento dos frutos do cafeeiro.
Variações no crescimento vegetativo e reprodutivo em resposta à manipulação da razão fonte:dreno, em Coffea arabica L. sob condições de campo
(2007) Cunha, Roberto Lisboa; Martins, Samuel Cordeiro Vitor; Celin, Elaine F.; Wolfgramm, Ricardo; Batista, Karine D.; Caten, Ângela Ten; Chaves, Agnaldo Rodrigues de Melo; DaMatta, Fábio Murilo; Embrapa - Café
Investigaram-se alterações no crescimento vegetativo e reprodutivo em ramos plagiotrópicos de plantas de café cultivadas em campo, em resposta à manipulação da relação fonte-dreno, por meio de desfrutificação e desfolhamento controlados, tendo em vista uma alteração nas taxas de crescimento dos ramos, em função da redução da relação fonte:dreno. Os tratamentos consistiram de: (i) remoção de todos os frutos, mas mantendo-se as folhas (T1); (ii) remoção da metade da carga de frutos, mantendo-se também as folhas (T2), e; (iii) manutenção de todos os frutos e redução da área foliar à metade (T3). As avaliações de crescimento foram realizadas a partir da aplicação dos tratamentos, quando os frutos atingiram o estádio chumbinho. As taxas de crescimento de ramos plagiotrópicos, do número de nós formados e do ganho de área foliar foram significativamente menores nas plantas do tratamento T3 em relação às de T1. A massa seca média dos frutos foi significativamente maior (39%) em T2 que em T3. Por outro lado, a produção de frutos-bóia por planta e a abscisão de frutos por ramo foram maiores (32% e 25%, respectivamente) em T3 que em T2. Além disso, a razão área foliar:fruto, mesmo nas plantas de T2, foi consideravelmente inferior aos cerca de 20 cm2 de área necessários para suportar o desenvolvimento de cada fruto de café. Isso poderia largamente explicar a porcentagem relativamente alta de frutos chochos, evidenciando que a planta não conseguiu levar a cabo, de modo eficiente, o enchimento de todos os frutos. Isso sugere que os frutos concorrem fortemente com o crescimento vegetativo, por serem considerados fortes drenos metabólicos. Os resultados indicam que a redução na razão fonte:dreno pode afetar negativamente o crescimento vegetativo do cafeeiro, concorrendo para o desenvolvimento de ciclos bienais de produção.

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