Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1212166 bytes, checksum: 3f37e080ab7fd33c90b19c34980f54cb (MD5) Previous issue date: 2011-02-16 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The present study was carried out in order to analyse the contributions of hydraulic, diffusive (stomatal and mesophilic) and biochemical limitations to photosynthesis in coffee, the nitrogen partitioning within the photosynthetic machinery as well as its activation state in response to light. To this end, arabica coffee (Coffea arabica L.) plants were grown in pots during 12 months under two light availabilities (0 and 90% shading). Compared to sun plants, shade plants showed higher specific leaf area (63%), chlorophyll (76%), carotenoids (62%) and nitrogen (N) (15%) mass-based concentrations, as well as higher chlorophyll/N ratio (53%); in contrast, shade plants showed lower stomatal density (32%), stomatal index (20%), venation density (27%), stomatal (27%) and mesophyll (37%) conductance and N concentration on an area basis (30%). There were no differences in pigment concentrations (on an area basis) or in the chlorophyll a/b ratio between treatments. The N partitioning invested in Rubisco and electron transport chain components differed little between the phenotypes; however, higher N fraction was invested in structural components (13%) in shade plants compared to sun plants. There were no differences in mass-based gas exchange parameters except for the maximum carboxylation velocity calculated on a Cc basis, 24% higher in shade plants than in sun plants. In contrast, on an area basis, sun plants exhibited higher maximum carboxylation velocity (32%), maximum photosynthetic rate (45%) and electron transport rate (43%). Apparently, mesophyll conductance may be of equal or less importance than stomal conductance to explain the low photosynthetic rates in coffee, regardless of growth irradiance. It is suggested that the hydraulic architecture is the most limiting primary factor to photosynthesis in coffee plants. The results support the hypothesis that shade plants would take better advantage of sunflecks energy in relation to sun plants as a result of having higher activation states and lower induction losses, in addition to absence of photoinhibition in the shade leaves. The results help to explain, in part, the low photosynthetic nitrogen-use efficiency, as a consequence of high investment of N into non-photossynthetic components. / O presente estudo foi conduzido procurando-se analisar as contribuições das limitações hidráulicas, difusivas (estomática e mesofílica) e bioquímicas à fotossíntese do cafeeiro, a partição do nitrogênio dentro da maquinaria fotossintética e a ativação desta maquinaria em resposta à irradiância. Para tal, plantas de café arábica (Coffea arabica L.) foram cultivadas em vasos durante 12 meses, sob duas intensidades lumínicas (0 e 90% de sombreamento). Comparadas com as plantas de sol, as plantas à sombra exibiram maiores área foliar específica (63%), concentrações (em base de massa) de clorofilas (76%), carotenóides (62%) e de nitrogênio (N) (15%), como também maior razão clorofilas/N (53%); em contraste, as plantas sombreadas exibiram menores densidade estomática (32%), índice estomático (20%), densidade de venação (27%), condutâncias estomática (27%) e mesofílica (37%) e concentração de N em base de área (30%). Não houve variações significativas nas concentrações de pigmentos em base de área e na razão clorofila a/b entre os tratamentos. A partição do N investido em Rubisco e em componentes envolvidos no transporte de elétrons pouco diferiu entre os fenótipos; porém, maior fração do N investida em componentes estruturais (13%) foi observada nas plantas à sombra em relação às plantas ao sol. Não houve diferenças, em base de massa, nos parâmetros de trocas gasosas, com exceção da velocidade máxima de carboxilação tomando-se por base a concentração de CO2 nos sítios de carboxilação, 24% maior nas plantas sombreadas em relação às plantas a pleno sol. Em contraste, em base de área, as plantas de sol exibiram maiores velocidade máxima de carboxilação (32%), taxa fotossintética máxima (45%) e taxa de transporte de elétrons (43%). Aparentemente, a condutância mesofílica tem importância igual ou inferior à da condutância estomática na explicação das baixas taxas fotossintéticas, independentemente da irradiância de crescimento. Sugere-se que a arquitetura hidráulica seja o fator primário mais limitante à fotossíntese no cafeeiro. Os resultados suportam a hipótese de que as plantas sombreadas aproveitariam melhor a energia de sunflecks em relação às plantas de sol, em razão dos maiores estados de ativação e menores perdas de indução fotossintética, além de ausência de fotoinibição nas folhas de sombra. Os resultados ajudam a explicar, em parte, a baixa eficiência fotossintética do uso do N, em decorrência de alto investimento desse elemento em compostos não-fotossintéticos.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 265899 bytes, checksum: 81ab8de5806f355ffcac5dc064de5611 (MD5) Previous issue date: 2009-10-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The coffee is indigenous to African tropical forests, where it is found as an understory species growing under shade. In Brazil, however, the coffee plantations have been conducted almost exclusively in full sun. Coffee in full sunlight produce, in most cases, more than shaded plantations, although at the expense of a high investment in photoprotective mechanisms. It is hypothesized that the cultivation of coffee under shade would reduce the negative effects of water deficit (WD). In this study, the photosynthetic performance, the water relations and the antioxidant metabolism were analyzed in plants of Coffea arabica L. cv. ' Catuaí Vermelho'. The plants were grown in pots under three levels of irradiance and three levels of water availability. Overall, there was no statistical significance of the interaction between water and light treatments, but instead an independent and orthogonal response was found. Plants at 35% shading showed higher average rate of net carbon assimilation (A) under moderate WD in the two measurement times (08:00 and 12:00 h); under severe WD A was similar regardless of the light environments. The stomatal conductance (gs) was always higher in control plants than in droughted plants, regardless of the light regime. The total plant transpiration (E) differed significantly among the light treatments and water regimes; higher E rates were found in well-irrigated plants grown in the sun. The total leaf area was similar between plants in shaded environments and higher than in plants in full sun. The photochemical efficiency (Fv/Fm) of photosystem II (PSII) and the capture efficiency of excitation energy by open reaction centers of PSII (Fv'/Fm'), the quantum efficiency of electron transport by PSII (ΦPSII) and the photochemical quenching (qP) all did not respond to the water supply, regardless of the light environments except under severe WD condition in which the use of energy in photochemistry was limited. The coefficient of non-photochemical quenching (NPQ) did not vary in response to moderate WD; however, under severe WD, reductions in NPQ were found. Plants under deep shade (70%) generally showed higher concentrations of total chlorophyll (Chl) and Chl a/b ratio compared with plants from the other light environments, as found at predawn. Total carotenoids (Car) and Chl/Car ratio did not differ significantly at the predawn. The Chl a/b and Chl/Car ratios differed significantly in response to the light environments with the plants full sunlight grown showing the lowest ratios and plants from deep shade the largest ones, but only at midday. Plants in full sun and under 35% shading had antheraxanthin and zeaxanthin concentrations similar to each other, but superior to those of the deepest shaded plants, indicating a greater need for photoprotection. In addition, those plants also showed a higher VAZ pool (sum of the concentrations of violaxanthin, anteraxanthin and zeaxanthin) and higher values of DEPS (depoxidation state of the xanthophylls cycle). Cellular damages, evaluated via electrolyte leakage and production of malondialdehyde, were significantly more severe in plants grown under water deficit than in their control counterparts, regardless of the light environment. From the above, it is believed that the use of 35% shading would be an interesting option to improve environmental conditions without negatively impacting the agronomic performance of shaded coffee plants compared with those grown in full sun. / O cafeeiro é originário das florestas tropicais da África, onde é encontrado como vegetação de sub-bosque, desenvolvendo-se sob sombra. No Brasil, no entanto, os cafezais vêm sendo conduzidos quase exclusivamente a pleno sol. Cafezais a pleno sol produzem, na maioria dos casos, mais que os plantios à sombra, o que deve envolver altos investimentos em mecanismos fotoprotetores. Hipotetiza-se, pois, que o cultivo de cafezais sombreado reduziria os efeitos negativos do déficit hídrico (DH). Neste estudo, pretendeuse analisar o desempenho fotossintético, as relações hídricas e o metabolismo antioxidativo em plantas de Coffea arabica L. cv. Catuaí Vermelho cultivadas em vasos, utilizando-se de três níveis de irradiância e três níveis de disponibilidade hídrica. De modo geral, não foi observada significância estatística da interação entre os tratamentos hídricos e lumínicos, mas uma resposta independente e ortogonal. As plantas do ambiente com sombreamento de 35% apresentaram maiores valores médios da taxa de assimilação líquida de carbono sob DH moderado, nos dois horários de medição (08:00 e 12:00h) e, sob DH severo, não se obserbou diferença significativa na resposta das plantas entre os ambientes lumínicos. A condutância estomática foi sempre maior nas plantas-controle que nas plantas sob DH, independentemente do regime lumínico. A transpiração total das plantas diferiu estatisticamente entre os tratamentos lumínicos e entre os regimes hídricos, apresentando maiores taxas nas plantas dos ambientes com maiores níveis de radiação solar e naquelas mantidas irrigadas. A área foliar total foi similar entre as plantas dos ambientes sombreados e maior em comparação com as plantas a pleno sol. A eficiência fotoquímica máxima do fotossistema II (FSII), assim como a eficiência de captura da energia de excitação pelos centros de reação abertos do FSII, a eficiência quântica do transporte de elétrons pelo FSII e o coeficiente de extinção fotoquímico não responderam aos regimes hídricos, independentemente dos ambientes lumínicos, exceto sob DH severo, condição na qual o uso da energia na fotoquímica foi limitado. O coeficiente de extinção não-fotoquímico (NPQ) não variou em resposta ao DH moderado, porém, sob DH severo, observaram-se reduções em NPQ. As plantas sob sombreamento mais intenso (70%), de modo geral, apresentaram maiores valores de concentrações de clorofilas (Cl) totais e da razão Cl a/b em comparação com as de outros ambientes de luz, na antemanhã. Os carotenóides (Car) totais e a relação Cl/Car não diferiram significativamente na antemanhã. Ao meio-dia, somente os valores médios das razões Cl a/b e Cl/Car diferiram significativamente em relação aos ambientes lumínicos, com as plantas a pleno sol apresentando os menores valores e aquelas do ambiente mais sombreado os maiores. As plantas a pleno sol e sob sombreamento de 35% apresentaram concentrações semelhantes entre si e maiores de anteraxantina e de zeaxantina que as plantas sob 70% de sombreamento, indicando maior necessidade de fotoproteção. Em adição, também apresentaram maior concentração de VAZ (soma das concentrações de violaxantina, anteraxantina e zeaxantina) e maior grau de desepoxidação dos carotenóides do ciclo das xantofilas. Os danos celulares, avaliados via extravasamento de eletrólitos e produção de aldeído malônico, foram significativamente mais intensos nas plantas submetidas ao déficit hídrico do que nos respectivos controles irrigados, independentemente dos ambientes lumínicos. A partir dos resultados encontrados, acredita-se que o uso do sombreamento de 35% seria interessante por melhorar as condições ambientais, pouco afetando o desempenho agronômico dessas plantas em comparação com as cultivadas a pleno sol.