Models of primary production require parameters to describe photosynthesis as a function of irradiance, such as the saturation irradiance (Ek, ?mol photons m-2 s-1). However, this parameter varies in both time and space, is expensive to measure, and its variability in the oceans is not well described. A novel fluorescence-based approach is presented to determine an empirical parameter (EFT, ?mol photons m-2 s-1), which is strongly correlated with Ek. This correlation provides evidence to use EFT as a proxy for Ek. Using an autonomous profiling instrument package (SeaHorseTM, located on the Scotian Shelf) and an autonomous oceanographic observational buoy (Land/Ocean Biogeochemical Observatory, located in the Northwest Arm, N.S., Canada), the variability of EFT was examined on three time scales: hours, days, and seasons. Studying variations of EFT with these autonomous instruments provided insights to its variability on time scales relevant to models of primary production.

No description available.

Methods were developed to study delayed light emission (luminiscence) and fluorescence changes in intact leaves of plants. Delayed light emission, detected from plants in darkness, was used to produce images of the plant leaves. The procedure was termed "phytoluminography". The use of the method is suggested for dia- nostic purposes at early stages of disturbances of the leaf tissues, not detectable with the naked eye. The delayed light emission is associated with the photochemistry of photosystem II and the light induced conversion and storage of energy in the thylakoid membrane system of chloroplasts. Fluorescence yield changes were induced by lowering temperature between 20 C and -20 C. The temperature induced fluorescence changes in leaves parallel the temperature induced changes in isolated chloroplasts in reaction preparations mediating photosynthetic electron transport from endogenous water splitting to added NADP. At above freezing temperatures, lowering the temperature at a constant rate of 1 C per minute caused supressed electron transport and increased fluorescence yield which were linearely dependent on the temperature change in frost resistent plants. Repeated freeze-thaw cycles between 20 °C and -20 °C induced variable fluorescence yield changes which were gradually depleated to F0 or Fm when the electron transport was injuried on the oxidizing or on the reduzing side of photosystem II, respectively. The temperature induced fluorescence changes were used to characterize plants with different ability to withstand freezing temperatures. The method also discriminates between plants of different frost resistance, and the method was used in screening for frost tolerance. / <p>Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 1981, härtill 5 uppsatser.</p> / digitalisering@umu

Thesis (Ph.D. (Botany))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2009.

Thesis (Ph.D. (Botany))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2009.

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:48:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Raquel Alves Araujo - Dissertacao.pdf: 1920984 bytes, checksum: 96e57802c8b363388ec96b9f6b9f2053 (MD5) Previous issue date: 2012-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A toxidez do alumínio (Al) é um fator limitante do crescimento e desenvolvimento da maioria das culturas agrícolas. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do Al sobre aspectos fisiológicos do maracujazeiro cv. Maguary (FB 100) e cv. Yellow Master (FB 200) em plantas jovens, em casa de vegetação (Capítulo 1), e adultas, em campo (Capítulo 2). Foram analisados aspectos das trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, índice de clorofila e atividade específica da SOD, catalase e peroxidase do ascorbato, no maracujazeiro, nas duas situações distintas. As determinações em casa de vegetação foram realizadas em plantas cultivadas por 45 dias em vasos plásticos contendo areia lavada e irrigadas com solução nutritiva diferenciada, com 0 mM Al (pH 6); 0; 0,2 e 2,0 mM de Al (pH 4) durante 10 dias. As medidas em campo foram realizadas em três lavouras, no município de Jaguaré ES, de um ano de idade contendo 0 (pH 6); 0,33 (pH 5,6) e 2,6 mM de Al (pH 4,7). Nas plantas jovens, houve apenas tendências ao declínio na assimilação líquida de CO2 que não se concretizaram em eventos significativos. Também não foram observadas grandes mudanças na atividade das enzimas antioxidantes. Apesar disso, as cultivares FB 100 e FB 200 de maracujazeiro apresentam respostas diferenciadas à exposição ao Al em solução nutritiva. Contudo, o padrão apresentado pelas bandas L e K ao longo dos dias de tratamento indicam que a presença do Al em solução é um fator estressante apenas até os cinco dias de tratamento na cultivar FB 100 e apenas aos 10 dias na cultivar FB 200. Nas plantas expostas ao Al em condições naturais também não foram observadas grandes alterações nas trocas gasosas. Porém a atividade da SOD e da peroxidase do ascorbato foram maiores apenas nas plantas expostas à maior concentração de Al. Nas plantas expostas à menor concentração, houve a presença das bandas K e L negativas, indicando que as plantas se encontravam em situação de estresse. Os resultados indicam que o Al não é capaz de causar grandes prejuízos ao aparato fotossintético do maracujazeiro / The toxicity of aluminum (Al) is a limiting factor on growth and development of most crops. The objective of this study was to evaluate the effect of Al on physiological aspects of the passion fruit cv. Maguary (FB 100) and cv. Yellow Master (FB 200) of seedlings, in the greenhouse, grown in the field. Were analyzed aspects of gas exchange, chlorophyll fluorescence, chlorophyll content and specific activity of SOD, catalase and ascorbate peroxidase, in plants, in two different situations. Measurements in the greenhouse were conducted on plants grown for 45 days in plastic pots containing washed sand and irrigated with nutrient solution containing 0 mM Al (pH 6), 0, 0.2 and 2.0 mM Al (pH 4) for 10 days. The measurements in field were performed in three crops of one year old containing 0 (pH 6), 0.33 (pH 5.6) and Al 2.6 mM (pH 4.7). In young plants, there was only declining trends in net assimilation of CO2 that have not materialized in significant events. There were also no major changes in antioxidant enzyme activity. Nevertheless, the cultivars FB 100 and FB 200 exhibit differential responses to exposure to Al solution. However, the pattern shown by K and L bands over the days of treatment show that the presence of Al in solution is a stressor only up to five days of treatment in the cultivar FB 100 and only 10 days to grow in the FB 200. In plants exposed to Al in natural conditions there were also no significant changes in gas exchange. But the activity of SOD and ascorbate peroxidase were higher only in plants exposed to higher concentration of Al in plants exposed to lower concentrations, there was the presence of K and L bands negative, indicating that plants were under stress. The results indicate that Al is not capable of causing great damage to the photosynthetic apparatus of passion

Considerando-se a importância de Gracilaria birdiae e G. caudata como as principais agarófitas coletadas no nordeste brasileiro, e o conhecimento prévio sobre a diversidade fisiológica de suas populações, foram avaliadas as características fenológicas, a diversidade genética e os parâmetros relacionados à fotossíntese de populações selecionadas ao longo da costa brasileira. Durante a realização desse trabalho, foram amostradas quatro populações de Gracilaria birdiae de diferentes estados (RN, CE, PE e BA) e sete populações de G. caudata (RN, CE, PE, PB, BA, ES e SP). Tetrasporófitos foram encontrados em maior número em todas as populações amostradas. Em G. caudata, uma maior proporção de tetrasporófitos foi observada para as populações da região Nordeste, quando comparada às populações da região Sudeste. A ausência de plantas inférteis na maioria das populações amostradas, ou a baixa frequência (G. birdiae, RN, 4%; e G. caudata, RN e PE, 0,95% e SP, 8,57%), indicam a elevada fertilidade das espécies. A presença de gametófitos epífitas em tetrasporófitos foi observada em ambas espécies, entretanto, eles foram predominantes em G. caudata. Os parâmetros da fotossíntese foram avaliados a partir de dados coletados na natureza, com o uso da técnica de fluorescência in vivo da clorofila &alpha;. Nos locais onde ambas espécies ocorriam, observou-se que G. caudata apresentou valores elevados de Ik e inferiores de &alpha;ETR, quando comparada a G. birdiae, sugerindo que essa espécie apresente maior sensibilidade a altos níveis de irradiância. Essas respostas estão de acordo com a posição em que ocupam em relação ao nível de maré: G caudata, sempre numa posição superior em relação à G. birdiae. Tetrasporófitos e gametófitos femininos de ambas espécies do CE apresentaram valores elevados de &alpha;ETR, sugerindo que estes estão adaptados a irradiâncias elevadas e apresentam mecanismos capazes de evitar danos ao aparato fotossintetizante. A população de G. birdiae do RN apresentou uma diminuição das taxas fotossintetizantes em elevadas irradiâncias (até 500 µmol.fótons.m-2.s-1) atribuída a sua posição inferior no costão, quando comparada às populações da BA e PE, o que poderia indicar uma maior sensibilidade à irradiância em relação às demais. Não foram observadas diferenças nos valores de ETRmax entre as populações do RN e CE para ambas espécies, o que pode ser justificado pela proximidade geográfica. Tetrasporófitos de G. birdiae de coloração esverdeada do CE apresentaram maiores valores de ETRmax, quando comparados aos de coloração vermelha (selvagem), sugerindo uma maior habilidade de indivíduos de coloração esverdeada em utilizar elevadas irradiâncias para a manutenção de seu metabolismo. Essa característica deve representar uma vantagem adaptativa para G. birdiae, uma vez que a ocorrência de espécimes com capacidades fotossintetizantes distintas pode aumentar os espectros de aclimatação da espécie. A diversidade genética foi acessada por meio de marcadores plastidiais (rbcL), mitocondriais (Cox1 e cox2-3), nucleares (SSU) e microssatélites. Um total de 129 sequências de G. birdiae e G. caudata foram amplificadas para os marcadores Cox1, Cox2-3, rbcL e SSU. Sequências de Cox1 (633 pares de base (bp)) foram obtidas para 42 amostras de G. birdiae, e para apenas três amostras de G. caudata, devido a dificuldades de amplificação; uma divergência de 64 bp (10,25%) foi observada entre as espécies. Sequências de rbcL (1571 bp) e de SSU (1769 bp) foram obtidas para: i, uma amostra de G. birdiae da população do RN; e ii, duas amostras de G. caudata, uma do RN e outra da população do ES. Divergências de 61 bp (3,88%) e 4 bp (0,2%) foram observadas entre as espécies para as sequências de rbcL e SSU, respectivamente. Sequências de Cox2-3 (363 bp) foram obtidas para 33 amostras de G. birdiae, e para 48 amostras de G. caudata; uma divergência de 35 bp (8,97%) foi observada entre as espécies. Três haplótipos foram reconhecidos em G. birdiae para as sequências de Cox1 de 0-1 bp (0,15%), enquanto que 5 haplótipos para as sequências de Cox2-3, de 0-3 bp (0,82%), foram identificados em G. caudata. Uma média de sete marcadores tipo microssatélites foram desenvolvidos para G. birdiae e 12 para G. caudata, a partir das diferentes populações amostradas. Cinco loci de microssatélites amplificaram em ambas espécies, no entanto, foram observadas diferenças no tamanho e número de alelos de acordo com a espécie. Para a análise de microssatélites, foi avaliado um total de 248 amostras de G. birdiae (RN, 71; CE, 58; BA, 52; e PE, 67) e 424 de G. caudata (RN, 52; CE, 75; PB, 83; PE, 53; BA, 56; ES, 54; e SP, 51). Em G. birdiae, genótipos multilocus repetidos foram encontrados em três das quatro populações avaliadas (BA, CE e PE). Em G. caudata, essa repetição foi encontrada apenas para as populações da BA e SP, sendo que as demais apresentaram somente genótipos multilocus únicos (CE, RN, PB, PE e ES). As estimativas de diferenciação genética (Fst) em combinação com o Teste de Mantel indicaram a existência de uma correlação entre as distâncias genética e geográfica, tanto para G. birdiae como para G. caudata; entretanto, essa correlação mostrou-se linear apenas para G. caudata. A análise Bayesiana (programa Structure) demonstrou e existência de uma estruturação semelhante para as populações de G. birdiae e G. caudata. Os dois agrupamentos encontrados para ambas espécies têm como limite as populações dos Estados da Bahia e Pernambuco, indicando a existência de uma possível barreira genética não específica. Em síntese, análises moleculares corroboram dados de fotossíntese e indicam a maior variabilidade genética em G. caudata, quando comparada à G. birdiae. Essas análises corroboram ainda a hipótese da existência de uma variação genética relacionada a adaptações ambientais que resultam em alterações moleculares, fisiológicas e fenológicas / Considering the importance of Gracilaria birdiae and G. caudata as the main agarophytes collected in northeastern Brazil, and previous knowledge on the physiological diversity of their populations, phenological characteristics, parameters related to photosynthesis, and genetic diversity were evaluated in populations selected along the Brazilian coast. During this work, were sampled four populations of Gracilaria birdiae (RN, CE, PE, and BA) and seven of G. caudata (RN, CE, PE, PB, BA, ES, and SP). Tetrasporophytes were found in greater numbers in all sampled populations. In G. caudata, a higher proportion of tetrasporophytes was observed for the Northeast populations, compared to the Southeast populations. The absence of infertile plants in most of the sampled populations, or their low frequency (G. birdiae, RN, 4%, and G. caudata, RN and PE, 0.95%, and SP, 8.57%), indicate the high fertility of the species. The presence of epiphytic gametophytes of tetrasporophytes was observed in both species; however, they were prevalent in G. caudata. The photosynthetic parameters were evaluated from data collected in nature, using the in vivo chlorophyll &alpha; fluorescence technique. Where both species occurred, G. caudata presented high levels of Ik and lower &alpha; ETR, compared to G. birdiae, suggesting that this species may show greater sensitivity to high levels of irradiance. These responses are consistent with the position that they occupy relative to the shore: G caudata, always in a higher position, compared to G. birdiae. Tetrasporophytes and female gametophytes from the CE population of both species showed high levels of ?ETR, suggesting that these are adapted to high irradiance and have mechanisms to prevent damage to the photosynthetic apparatus. The RN population of G. birdiae presented a decrease in photosynthetic rates at high light intensities (up to 500 ?mol.fótons.m-2.s-1) attributed to its lower position on the shore, compared to the BA and PE populations, which could indicate a greater sensitivity to irradiance in relation to others. No differences were observed in ETRmax values between the RN and CE populations for both species, which can be explained by their geographical proximity. The greenish tetrasporophytes of G. birdiae from CE had higher ETRmax values, when compared to the wild-type (red), suggesting a greater ability of the greenish individuals to use high irradiance for maintaining their metabolism. This feature should be considered an adaptive advantage for G. birdiae, since the occurrence of specimens with different photosynthetic capacity may increase the acclimation spectra of the species. Genetic diversity was accessed through plastid markers (rbcL), mitochondrial (cox1 and cox2-3), nuclear (SSU) and microsatellites. A total of 129 sequences of G. birdiae and G. caudata were amplified for the markers cox1, cox2-3, rbcL and SSU. Cox1 sequences (633 base pairs (bp)) were amplified for 42 samples of G. birdiae, and only three samples of G. caudata, due to difficulties in amplification; a difference of 64 bp (10.25%) was observed between species. RbcL sequence (1571 bp) and SSU (1769 bp) were obtained for: i, a sample of G. birdiae from RN; and ii, two samples of G. caudata, one from RN and another from ES. Differences of 61 bp (3.88%) and 4 bp (0.2%) were observed among species for rbcL and SSU sequences, respectively. Cox2-3 sequences (363 bp) were obtained for 33 samples of G. birdiae and 48 samples of G. caudata; a difference of 35 bp (8.97%) was observed between species. Three haplotypes were found in G. birdiae for cox1 sequences, 0-1 bp (0.15%), while 5 haplotypes for were found for cox2-3 sequence of 0-3 bp (0.82%) in G. caudata. An average of seven microsatellites markers were developed for G. birdiae and 12 for G. caudata, from the different sampled populations. Five microsatellite loci amplified on both species; however, there were differences in the size and number of alleles according to species. For the microsatellite analysis, we evaluated a total of 248 samples of G. birdiae (RN, 71, CE, 58; BA, 52; and PE, 67), and 424 of G. caudata (RN, 52, CE, 75; PB, 83; PE, 53; BA, 56; ES, 54, and SP, 51). In G. birdiae, repeated multilocus genotypes were found in three of the four populations evaluated (BA, CE, and PE). In G. caudata, this repetition was found only for the BA and SP populations, the others presented only unique multilocus genotypes (CE, RN, PB, PE, and ES). Estimates of genetic differentiation (Fst) in combination with the Mantel Test indicated that there is a correlation between the genetic and geographic distances, for both G. birdiae and G. caudata; however, this correlation was shown to be linear only for G. caudata. The Bayesian analysis (Structure program) and demonstrated the existence of a similar structure to the populations of G. birdiae and G. caudata. The two groups found for both species have as limit the populations of BA and PE, indicating the existence of a possible non-specific genetic barrier. In summary, molecular analyses corroborate photosynthesis data and indicate a higher genetic variability in G. caudata, compared to G. birdiae. These analyzes confirm yet the hypothesis of a genetic variation related to environmental adaptations that result in molecular, physiological and phenological changes

Phytoplankton chlorophyll-a fluorescence, measured in situ, can be applied as a tool to estimate primary production in the ocean over a large range of temporal and spatial scales. This non-invasive technique allows for fast assessments of photo-physiological parameters in contrast to the traditional methodologies (14C uptake and O2 evolution). The main photo-physiological parameters derived by the available instruments are yields, and as such, require careful interpretation. The comprehension of the main sources of variability of the photochemical and the light absorption efficiencies in marine phytoplankton has increased in the past years, largely by studies using monospecific cultures. In natural communities, however, the development of primary production models based on chlorophyll-a fluorescence remain limited as they are simultaneously subjected to a wide range of environmental and biological factors. This study will test the hypothesis that photo-physiological models for primary production estimates can be improved when key phytoplankton features, such as the pigments composition and dominant cell size, are taking into account. The approach was to contrast the photo-physiological parameters derived from measurements in distinct oceanographic regions, as well as those derived in a specific environment with presented different nutrient concentration according to the time of sampling. In addition, we showed for monospecific cultures, how the photo-physiological parameters are quantitatively related to the production of carbon under the interactive effects of taxonomic composition and cell size. The proportions of photosynthetic and photoprotective pigments present in the community were related to the bulk photochemical efficiency and the cross-section of light absorption, but varied among oceanographic regions and the depth of the water column. A parameterization of fluorescence-derived primary production rates, using four dominant size classes, was derived for natural phytoplankton communities under different nutrients conditions in a coastal environment, showing that the parameters differed among size classes above a threshold of nutrient concentration. The direct conversion rates between fluorescence-derived primary production and carbon assimilation rates, computed for two distinct phytoplankton cell sizes grown in controlled laboratorial conditions, showed that cell size strongly influences the efficiency of light absorption and photochemistry, however species-specific responses in photosynthetic energy allocation dominated the differences observed in how absorbed light is utilized to carbon assimilation, i.e., in the electron requirements for carbon assimilation. The results highlighted the importance of the tight coupling of nutrients availability and phytoplankton communities, as well as for measurements of chlorophyll-a fluorescence in the ocean and primary production models. This work presents a novel contribution to the increasing efforts to apply fluorescence-based techniques to understand and parameterize primary production estimates in marine systems, especially at highly dynamic environments. / A fluorescência da clorofila-a do fitoplâncton, medida in situ, pode ser uma ferramenta para estimar produção primária no oceano em grande escala temporal e espacial. Esta técnica não-invasiva permite análises rápidas de parâmetros foto-fisiológicos ao contrário de metodologias tradicionais (assimilação de 14C e produção de O2). Os principais parâmetros foto-fisiológicos de instrumentos disponíveis hoje tratam-se de eficiências, e como tal, requerem cuidados em serem interpretados. A compreensão das principais fontes de variabilidade da eficiência fotoquímica e de absorção de luz no fitoplâncton marinho tem aumentado nos últimos anos, em sua maioria em cultivos monoespecíficos. Em comunidades naturais, entretanto, o desenvolvimento de modelos de produção primária baseados na fluorescência da clorofila-a ainda é limitado uma vez que estão sujeitos à uma ampla gama de fatores ambientais e biológicos. Esse estudo testa a hipótese de que modelos foto-fisiológicos para estimar produção primária podem ser aprimorados considerando-se características fundamentais do fitoplâncton, como a composição de pigmentos e tamanho celular dominante. A estratégia foi contrastar parâmetros foto-fisiológicos derivados de medidas em regiões oceanográficas distintas, assim como medidas em um ambiente específico com diferentes concentrações de nutrientes ao longo do período amostrado. Adicionalmente, apresentamos através de cultivos monoespecíficos, como parâmetros foto-fisiológicos são quantitativamente relacionados à produção de carbono e os efeitos interativos da composição taxonômica e tamanho celular nessa relação. A proporção de pigmentos fotossintéticos e fotoprotetores da comunidade foram relacionados à eficiência fotoquímica e seção transversal de absorção de luz, porém variaram de acordo com a região oceanográfica e profundidade na coluna d\'água. Uma parameterização de taxas de produção primária derivadas da fluorescência, usando quatro classes de tamanho dominantes, foi proposta para comunidades naturais de fitoplâncton sob condições de nutrientes diferentes em um ambiente costeiro, mostrando que os parâmetros diferiram entre as classes de tamanho acima de um limiar de concentração de nutrientes. As taxas de conversão diretas entre produção primária derivada da fluorescência e taxas de assimilação de carbono, computadas para dois tamanhos de fitoplâncton crescidos em condições controladas em laboratório, mostraram que tamanho celular influencia as eficiências de absorção de luz e fotoquímica, porém respostas espécie-específicas na alocação de energia fotossintética dominaram as diferenças observadas em como a luz absorvida é utilizada para assimilação de carbono, ou seja, na razão de elétrons exigidos para assimilação de carbono. Os resultados destacam a importância do acoplamento da disponibilidade de nutrientes com a comunidade fitoplanctônica, assim como das medidas de fluorescência da clorofila-a no oceano e nos modelos de produção primária. Este trabalho apresenta uma contribuição inédita nos esforços crescentes em aplicar técnicas baseadas na fluorescência para entender e parameterizar estimativas de produção primária nos sistemas marinhos, especialmente em ambientes altamente dinâmicos.

Nos últimos 100 anos, a temperatura média global aumentou aproximadamente 0,6ºC e deverá continuar a subir a uma taxa rápida podendo atingir 2ºC. No entanto, não se sabe como as plantas responderão a essa mudança climática, pois existem poucas informações sobre as respostas fisiológicas das plantas a incrementos de temperatura. Este trabalho tem por objetivo avaliar os efeitos de duas condições luminosas e duas condições de temperatura (com interação entre eles), em perspectiva futura, sobre o comportamento morfológico, fisiológico e bioquímico de quatro espécies da Floresta Mesófila Semidecídua: Aspidosperma cylindrocarpon e Aspidosperma polyneuron (Apocynaceae); Cariniana estrellensis e Cariniana legalis (Lecythidaceae). As plantas foram submetidas aos seguintes tratamentos: 100% de radiação e temperatura ambiente (100%RTA), 100% de radiação e temperatura elevada em +2ºC (100%RTE), 20% de radiação (por sombreamento) e temperatura ambiente (20%RTA), e 20% de radiação e temperatura elevada em +2ºC (20%RTE). Aspidosperma polyneuron apresentou-se como a espécie mais sensível a radiação intensa, seguida de C. legalis ambas já ameaçadas de extinção. Os parâmetros morfológicos confirmam a teoria de que plantas cronicamente fotoinibidas continuam crescendo, porém, em menores taxas. Os dados bioquímicos reforçam os fisiológicos mostrando fragilidade das espécies secundárias à radiação intensa e os efeitos principalmente negativos do aquecimento aplicado. / In the last 100 years the average global temperature increased by 0.6ºC and it might increase in a fast rate reaching up to 2ºC. However, little is known about how plants might respond to the climate change because there is not enough information about the physiological alterations plants might suffer due to increased temperature. We evaluated morphological, physiological and biochemical alterations under the effects of two light/temperature conditions and its interactions in four different plant species of the Semideciduous Mesophitic Forest: Aspidosperma cylindrocarpon and Aspidosperma polyneuron (Apocynaceae); Cariniana estrellensis and Cariniana legalis (Lecythidaceae). All plants suffered the following treatments: 100% radiation and environment temperature (100%RTA), 100% radiation and environment temperature +2ºC (100%RTE), 20% radiation (shade) and environment temperature (20%RTA), and 20% radiation (shade) and environment temperature +2ºC (20%RTE). Aspidosperma polyneuron was shown to be the most sensible specie to high radiation, followed by C. legalis, both threatened with extinction. Morphological parameters confirmed the theory that chronically photo-inhibited plants keep growing, but at lower rates. Biochemical findings also confirmed our physiological data showing increased fragility of the secondary species to high radiation and heating.

Considerando-se a importância de Gracilaria birdiae e G. caudata como as principais agarófitas coletadas no nordeste brasileiro, e o conhecimento prévio sobre a diversidade fisiológica de suas populações, foram avaliadas as características fenológicas, a diversidade genética e os parâmetros relacionados à fotossíntese de populações selecionadas ao longo da costa brasileira. Durante a realização desse trabalho, foram amostradas quatro populações de Gracilaria birdiae de diferentes estados (RN, CE, PE e BA) e sete populações de G. caudata (RN, CE, PE, PB, BA, ES e SP). Tetrasporófitos foram encontrados em maior número em todas as populações amostradas. Em G. caudata, uma maior proporção de tetrasporófitos foi observada para as populações da região Nordeste, quando comparada às populações da região Sudeste. A ausência de plantas inférteis na maioria das populações amostradas, ou a baixa frequência (G. birdiae, RN, 4%; e G. caudata, RN e PE, 0,95% e SP, 8,57%), indicam a elevada fertilidade das espécies. A presença de gametófitos epífitas em tetrasporófitos foi observada em ambas espécies, entretanto, eles foram predominantes em G. caudata. Os parâmetros da fotossíntese foram avaliados a partir de dados coletados na natureza, com o uso da técnica de fluorescência in vivo da clorofila &alpha;. Nos locais onde ambas espécies ocorriam, observou-se que G. caudata apresentou valores elevados de Ik e inferiores de &alpha;ETR, quando comparada a G. birdiae, sugerindo que essa espécie apresente maior sensibilidade a altos níveis de irradiância. Essas respostas estão de acordo com a posição em que ocupam em relação ao nível de maré: G caudata, sempre numa posição superior em relação à G. birdiae. Tetrasporófitos e gametófitos femininos de ambas espécies do CE apresentaram valores elevados de &alpha;ETR, sugerindo que estes estão adaptados a irradiâncias elevadas e apresentam mecanismos capazes de evitar danos ao aparato fotossintetizante. A população de G. birdiae do RN apresentou uma diminuição das taxas fotossintetizantes em elevadas irradiâncias (até 500 µmol.fótons.m-2.s-1) atribuída a sua posição inferior no costão, quando comparada às populações da BA e PE, o que poderia indicar uma maior sensibilidade à irradiância em relação às demais. Não foram observadas diferenças nos valores de ETRmax entre as populações do RN e CE para ambas espécies, o que pode ser justificado pela proximidade geográfica. Tetrasporófitos de G. birdiae de coloração esverdeada do CE apresentaram maiores valores de ETRmax, quando comparados aos de coloração vermelha (selvagem), sugerindo uma maior habilidade de indivíduos de coloração esverdeada em utilizar elevadas irradiâncias para a manutenção de seu metabolismo. Essa característica deve representar uma vantagem adaptativa para G. birdiae, uma vez que a ocorrência de espécimes com capacidades fotossintetizantes distintas pode aumentar os espectros de aclimatação da espécie. A diversidade genética foi acessada por meio de marcadores plastidiais (rbcL), mitocondriais (Cox1 e cox2-3), nucleares (SSU) e microssatélites. Um total de 129 sequências de G. birdiae e G. caudata foram amplificadas para os marcadores Cox1, Cox2-3, rbcL e SSU. Sequências de Cox1 (633 pares de base (bp)) foram obtidas para 42 amostras de G. birdiae, e para apenas três amostras de G. caudata, devido a dificuldades de amplificação; uma divergência de 64 bp (10,25%) foi observada entre as espécies. Sequências de rbcL (1571 bp) e de SSU (1769 bp) foram obtidas para: i, uma amostra de G. birdiae da população do RN; e ii, duas amostras de G. caudata, uma do RN e outra da população do ES. Divergências de 61 bp (3,88%) e 4 bp (0,2%) foram observadas entre as espécies para as sequências de rbcL e SSU, respectivamente. Sequências de Cox2-3 (363 bp) foram obtidas para 33 amostras de G. birdiae, e para 48 amostras de G. caudata; uma divergência de 35 bp (8,97%) foi observada entre as espécies. Três haplótipos foram reconhecidos em G. birdiae para as sequências de Cox1 de 0-1 bp (0,15%), enquanto que 5 haplótipos para as sequências de Cox2-3, de 0-3 bp (0,82%), foram identificados em G. caudata. Uma média de sete marcadores tipo microssatélites foram desenvolvidos para G. birdiae e 12 para G. caudata, a partir das diferentes populações amostradas. Cinco loci de microssatélites amplificaram em ambas espécies, no entanto, foram observadas diferenças no tamanho e número de alelos de acordo com a espécie. Para a análise de microssatélites, foi avaliado um total de 248 amostras de G. birdiae (RN, 71; CE, 58; BA, 52; e PE, 67) e 424 de G. caudata (RN, 52; CE, 75; PB, 83; PE, 53; BA, 56; ES, 54; e SP, 51). Em G. birdiae, genótipos multilocus repetidos foram encontrados em três das quatro populações avaliadas (BA, CE e PE). Em G. caudata, essa repetição foi encontrada apenas para as populações da BA e SP, sendo que as demais apresentaram somente genótipos multilocus únicos (CE, RN, PB, PE e ES). As estimativas de diferenciação genética (Fst) em combinação com o Teste de Mantel indicaram a existência de uma correlação entre as distâncias genética e geográfica, tanto para G. birdiae como para G. caudata; entretanto, essa correlação mostrou-se linear apenas para G. caudata. A análise Bayesiana (programa Structure) demonstrou e existência de uma estruturação semelhante para as populações de G. birdiae e G. caudata. Os dois agrupamentos encontrados para ambas espécies têm como limite as populações dos Estados da Bahia e Pernambuco, indicando a existência de uma possível barreira genética não específica. Em síntese, análises moleculares corroboram dados de fotossíntese e indicam a maior variabilidade genética em G. caudata, quando comparada à G. birdiae. Essas análises corroboram ainda a hipótese da existência de uma variação genética relacionada a adaptações ambientais que resultam em alterações moleculares, fisiológicas e fenológicas / Considering the importance of Gracilaria birdiae and G. caudata as the main agarophytes collected in northeastern Brazil, and previous knowledge on the physiological diversity of their populations, phenological characteristics, parameters related to photosynthesis, and genetic diversity were evaluated in populations selected along the Brazilian coast. During this work, were sampled four populations of Gracilaria birdiae (RN, CE, PE, and BA) and seven of G. caudata (RN, CE, PE, PB, BA, ES, and SP). Tetrasporophytes were found in greater numbers in all sampled populations. In G. caudata, a higher proportion of tetrasporophytes was observed for the Northeast populations, compared to the Southeast populations. The absence of infertile plants in most of the sampled populations, or their low frequency (G. birdiae, RN, 4%, and G. caudata, RN and PE, 0.95%, and SP, 8.57%), indicate the high fertility of the species. The presence of epiphytic gametophytes of tetrasporophytes was observed in both species; however, they were prevalent in G. caudata. The photosynthetic parameters were evaluated from data collected in nature, using the in vivo chlorophyll &alpha; fluorescence technique. Where both species occurred, G. caudata presented high levels of Ik and lower &alpha; ETR, compared to G. birdiae, suggesting that this species may show greater sensitivity to high levels of irradiance. These responses are consistent with the position that they occupy relative to the shore: G caudata, always in a higher position, compared to G. birdiae. Tetrasporophytes and female gametophytes from the CE population of both species showed high levels of ?ETR, suggesting that these are adapted to high irradiance and have mechanisms to prevent damage to the photosynthetic apparatus. The RN population of G. birdiae presented a decrease in photosynthetic rates at high light intensities (up to 500 ?mol.fótons.m-2.s-1) attributed to its lower position on the shore, compared to the BA and PE populations, which could indicate a greater sensitivity to irradiance in relation to others. No differences were observed in ETRmax values between the RN and CE populations for both species, which can be explained by their geographical proximity. The greenish tetrasporophytes of G. birdiae from CE had higher ETRmax values, when compared to the wild-type (red), suggesting a greater ability of the greenish individuals to use high irradiance for maintaining their metabolism. This feature should be considered an adaptive advantage for G. birdiae, since the occurrence of specimens with different photosynthetic capacity may increase the acclimation spectra of the species. Genetic diversity was accessed through plastid markers (rbcL), mitochondrial (cox1 and cox2-3), nuclear (SSU) and microsatellites. A total of 129 sequences of G. birdiae and G. caudata were amplified for the markers cox1, cox2-3, rbcL and SSU. Cox1 sequences (633 base pairs (bp)) were amplified for 42 samples of G. birdiae, and only three samples of G. caudata, due to difficulties in amplification; a difference of 64 bp (10.25%) was observed between species. RbcL sequence (1571 bp) and SSU (1769 bp) were obtained for: i, a sample of G. birdiae from RN; and ii, two samples of G. caudata, one from RN and another from ES. Differences of 61 bp (3.88%) and 4 bp (0.2%) were observed among species for rbcL and SSU sequences, respectively. Cox2-3 sequences (363 bp) were obtained for 33 samples of G. birdiae and 48 samples of G. caudata; a difference of 35 bp (8.97%) was observed between species. Three haplotypes were found in G. birdiae for cox1 sequences, 0-1 bp (0.15%), while 5 haplotypes for were found for cox2-3 sequence of 0-3 bp (0.82%) in G. caudata. An average of seven microsatellites markers were developed for G. birdiae and 12 for G. caudata, from the different sampled populations. Five microsatellite loci amplified on both species; however, there were differences in the size and number of alleles according to species. For the microsatellite analysis, we evaluated a total of 248 samples of G. birdiae (RN, 71, CE, 58; BA, 52; and PE, 67), and 424 of G. caudata (RN, 52, CE, 75; PB, 83; PE, 53; BA, 56; ES, 54, and SP, 51). In G. birdiae, repeated multilocus genotypes were found in three of the four populations evaluated (BA, CE, and PE). In G. caudata, this repetition was found only for the BA and SP populations, the others presented only unique multilocus genotypes (CE, RN, PB, PE, and ES). Estimates of genetic differentiation (Fst) in combination with the Mantel Test indicated that there is a correlation between the genetic and geographic distances, for both G. birdiae and G. caudata; however, this correlation was shown to be linear only for G. caudata. The Bayesian analysis (Structure program) and demonstrated the existence of a similar structure to the populations of G. birdiae and G. caudata. The two groups found for both species have as limit the populations of BA and PE, indicating the existence of a possible non-specific genetic barrier. In summary, molecular analyses corroborate photosynthesis data and indicate a higher genetic variability in G. caudata, compared to G. birdiae. These analyzes confirm yet the hypothesis of a genetic variation related to environmental adaptations that result in molecular, physiological and phenological changes