CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / High atmospheric CO2 concentrations limit the assimilation of CO2 and nitrogen in many species of C3 plants Thus the aim of this study was to identify how the high CO2 regulates photosynthesis and assimilation of nitrogen in soybean Therefore an experiment was conducted in growth chamber using soybean plants, 25 days old CO2 levels were applied environment ( 40 Pa) high (100 Pa) and transition to ambient conditions ( 100-40 Pa ) High CO2 was able to strongly affect trade gas with stomatal closure leading to sharp reductions in leaf transpiration (88%) and CO2 assimilation ( 48%) Recovering 69% of the initial value of net photosynthesis after the transition period at environmental conditions , however the internal CO2 concentration ( Ci) was increased by 17 times returning to the level of control after the transition the initial activity and the total Rubisco decreased 44 % and 34 % respectively Taking a 9% reduction in enzyme activation state but after the transition to the conditions of CO2 environment the initial activity and total recovered 74 % and 84 % respectively have the nitrate reductase showed a strong inhibition over that period compared to the ambient condition reaching a maximum reduction of 64 % after four days of exposure to elevated CO2 contrary this enzyme had recovered its initial capacity at 90 % after the transition period in conclusion we can say that photosynthesis and nitrate reductase activity are practically inhibited by high atmospheric CO2 mainly controlled by stomatal and metabolic limitations / Altas concentraÃÃes de CO2 atmosfÃrico limitam a assimilaÃÃo de CO2 e de nitrogÃnio em muitas espÃcies de plantas C3 Dessa forma o objetivo deste trabalho foi identificar como o elevado CO2 regula a fotossÃntese e a assimilaÃÃo do nitrogÃnio em plantas de soja Para tanto foi realizado um experimento em cÃmara de crescimento utilizando plantas de soja com 25 dias de idade Os nÃveis de CO2 aplicados foram ambiente (40 Pa) elevado (100 Pa) e transiÃÃo para as condiÃÃes ambiente (100 â 40 Pa) O elevado CO2 foi capaz de afetar fortemente as trocas gasosas com fechamento estomÃtico levando a fortes reduÃÃes na transpiraÃÃo foliar (88%) e assimilaÃÃo de CO2 (48%) Recuperando 69% do valor inicial da fotossÃntese lÃquida apÃs o perÃodo de transiÃÃo para a condiÃÃo ambiente Entretanto a concentraÃÃo interna de CO2 (Ci) foi elevada em 17 vezes retornando para o nÃvel de controle apÃs a transiÃÃo A atividade inicial e a total da Rubisco decresceram 44% e 34% respectivamente Levando a uma reduÃÃo de 9% no estado de ativaÃÃo da enzima porÃm apÃs a transiÃÃo para as condiÃÃes de CO2 ambiente a atividade inicial e a total recuperaram 74% e 84% respectivamente JÃ a redutase do nitrato apresentou uma forte inibiÃÃo ao longo desse perÃodo quando comparada com a condiÃÃo ambiente chegando a uma reduÃÃo mÃxima de 64% apÃs quatro dias de exposiÃÃo ao elevado CO2 Contrariamente esta enzima teve sua capacidade inicial recuperada em 90% apÃs o perÃodo de transiÃÃo Em conclusÃo podemos afirmar que a fotossÃntese e a atividade da redutase do nitrato sÃo praticamente inibidas por elevado CO2 atmosfÃrico controladas principalmente por limitaÃÃes estomÃticas e metabÃlicas

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A cana-de-aÃÃcar à uma planta de grande potencial econÃmico, sendo utilizada principalmente para produÃÃo de aÃÃcar e biocombustÃveis. O Brasil tem destaque internacional na produÃÃo de cana-de-aÃÃcar, sendo o maior produtor mundial dessa cultura. Apesar dessa lideranÃa, o Brasil està localizado em uma regiÃo tropical e apresenta vÃrias adversidades climÃticas. O estudo da fisiologia da cana-de-aÃÃcar em situaÃÃes de estresse, como deficiÃncia hÃdrica, torna-se fundamental para manutenÃÃo e melhoria da produÃÃo dessa cultura. A cana-de-aÃÃcar à uma espÃcie de fotossÃntese C4, com um mecanismo de concentraÃÃo de CO2. Dessa maneira, espera-se que a crescente elevaÃÃo de CO2 na atmosfera nÃo afete a produtividade da cana-de-aÃÃcar de maneira relevante, mas os estudos acerca do assunto sÃo ainda bem escassos. Diante desse quadro, objetivou-se avaliar a regulaÃÃo da fotossÃntese por deficiÃncia hÃdrica, suprimento de nitrogÃnio e CO2 elevado em plantas de cana-de-aÃÃcar. O CapÃtulo 1 comtempla o estado da arte a respeito do tema em estudo. No capÃtulo 2, foi realizado um trabalho com o objetivo de avaliar as respostas de duas cultivares de cana-de-aÃÃcar consideradas contrastantes em relaÃÃo Ãs respostas à deficiÃncia hÃdrica, IAC SP 94-2094 e IAC SP 95-5000. Estas cultivares foram expostas a dÃficit hÃdrico severo, com suspensÃo da irrigaÃÃo por cinco dias, e recuperaÃÃo, reirrigadas por dois dias apÃs o estresse. O tratamento aplicado foi capaz de afetar fortemente as trocas gasosas, com fechamento estomÃtico nas duas cultivares, levando a fortes reduÃÃes de transpiraÃÃo e assimilaÃÃo de CO2. Os parÃmetros da fluorescÃncia da clorofila a foram afetados, mas nÃo o suficiente para apresentar fotoinibiÃÃo. A cultivar tolerante apresentou maior atividade de PEPcase no estresse, mas a atividade de Rubisco nÃo foi alterada. Na cultivar sensÃvel, nÃo houve alteraÃÃo na atividade de PEPcase enquanto que a atividade de Rubisco foi reduzida em 40% no estresse mas com total recuperaÃÃo. A expressÃo de PEPcase foi aumentada no estresse mas com maior incremento na cultivar tolerante, com padrÃo semelhante na quantidade de rubisco. No capÃtulo 3, foi realizado um trabalho com o objetivo de avaliar o sistema de defesa anti-oxidativo em plantas de cana-de-aÃÃcar expostas ao estresse hÃdrico moderado. Neste capÃtulo, apenas a cultivar IAC SP 94-2094 foi utilizada e a deficiÃncia hÃdrica foi aplicada atravÃs de ciclos de irrigaÃÃo, com plantas irrigadas a cada cinco dias por um perÃodo de 15 dias e recuperaÃÃo de trÃs dias. O estresse hÃdrico aplicado causou reduÃÃes marcantes na condutÃncia estomÃtica, na transpiraÃÃo foliar e na fotossÃntese lÃquida, com recuperaÃÃo parcial, refletindo em uma menor eficiÃncia do uso da Ãgua e eficiÃncia de carboxilaÃÃo. Os parÃmetros fotoquÃmicos apresentaram modificaÃÃes transitÃrias, completamente revertidas pela recuperaÃÃo. As atividades da Rubisco e PEPcase nÃo mostraram modificaÃÃes, mas houve aumento na quantidade relativa de PEPcase e estado de ativaÃÃo da Rubisco. O estresse hÃdrico aplicado aumentou a peroxidaÃÃo lipÃdica e o conteÃdo de H2O2, induzindo aumentos de atividades de SOD e APX, principalmente APX tilacoidal e Fe-SOD. O perfil de aÃÃcares foi alterado nas plantas estressadas, com aumento de hexoses e diminuiÃÃo do teor de amido nas folhas. O objetivo do capÃtulo 4 foi avaliar as modificaÃÃes fisiolÃgicas e bioquÃmicas em relaÃÃo aos processos fotossintÃticos em cana-de-aÃÃcar submetida a um ambiente de elevado CO2 e baixo suprimento de nitrogÃnio (-N). A fotossÃntese lÃquida foi reduzida nas plantas com CO2 elevado e -N. Os parÃmetros fotoquÃmicos foram reduzidos apenas no tratamento -N, mas sem sinal de fotoinibiÃÃo. As enzimas da carboxilaÃÃo, PEPcase e Rubisco, sofreram regulaÃÃes diferenciadas, tanto pelo alto CO2 como pelo baixo suprimento de nitrogÃnio. A determinaÃÃo de nitrato mostrou acÃmulo nas raÃzes, indicando deficiÃncia no transporte para parte aÃrea. O tratamento âN diminuiu o conteÃdo de aminoÃcidos, proteÃnas solÃveis e nitrogÃnio total. O teor de sacarose foi reduzido em todos os tratamentos. Por fim, verificamos que a cultivar IAC SP 94-2094 possui maior fotoproteÃÃo indicada pelo maior NPQ e possui ainda maior atividade e expressÃo de PEPcase, permitindo melhor performance em perÃodos de dÃficit hÃdrico severo. Quando estudada com dÃficit hÃdrico moderado, as plantas desta cultivar apresentaram uma organizada defesa anti-oxidativa para proteÃÃo contra as espÃcies reativas de oxigÃnio. Quando sob elevada concentraÃÃo de CO2, as plantas de cana-de-aÃÃcar exibem modificaÃÃes estomÃticas e bioquÃmicas, reduzindo a atividade fotossintÃtica pela reduÃÃo da assimilaÃÃo de nitrato e atividade de redutase do nitrato, mostrando uma forte relaÃÃo entre a assimilaÃÃo de carbono e nitrogÃnio. / Sugarcane is plant of great economic potential, mainly utilized to sugar and biofuel production. Brazil has an international importance, leading the world production of this culture. In despite of this high production, Brazil is located in a tropical region and presents several climatic adversities. The study of sugarcane physiology in stress situations, like water deficit, becomes essential to maintenance and improvement of the production. Sugarcane is a C4 species, with a CO2 concentration mechanism. It is expected that the growing elevation of CO2 in the atmosphere does not the sugarcane productivity in a relevant way but the studies about this subject are very scarce. Thus, it was aimed to evaluate the photosynthesis regulation by water deficit, nitrogen supply and high CO2 in sugarcane plants. Chapter 1 contains the state of the art concerning the study theme. In the chapter 2, it was performed an work in order to evaluate the responses to water deficit of two sugarcane cultivars considered contrasting about water deficit, IAC SP 94-2094 and IAC SP 95-5000. These cultivars were exposed to severe water deficit, with withholding water for five days, and recovery, irrigated after for two days after stress. The applied treatment strongly affected the gas exchanges, with stomatal closure in both cultivars, leading to great reductions in transpiration and CO2 assimilation. The chlorophyll a fluorescence parameters were affected, but without photoinhibition. Tolerant cultivar showed higher PEPcase activity in stress, but Rubisco activity was not altered. In the sensitive cultivar there was not alteration in the PEPcase activity whereas Rubisco activity was reduced 40% in stress but totally recovered. PEPcase expression was increased in stress but with a higher increment in sensitive cultivar, with a similar pattern in the Rubisco amount. In the chapter 3, it was performed an work in order to evaluate the antioxidative system in sugarcane plants exposed to mild water stress. In this chapter, IAC SP 94-2094 was utilized and the water deficit was applied with irrigation cycles, with plants irrigated each five days for fifteen days and recovery for three days. Water stress applied caused remarkable decreases in the stomatal conductance, leaf transpiration and net photosynthesis, with partial recovery, causing lower water use and carboxylation efficiencies. Photochemical parameters showed transient changes completely reversible by recovery. PEPcase and Rubisco activities did not show modifications but it was increase in the relative amount of PEPcase and Rubisco activation state. Water stress increased the lipid peroxidation and H2O2 content, inducing increases in SOD and APX activities, mainly thylakoidal APX and Fe-SOD. Sugars profile was altered in stressed plants, with increase in hexoses and decrease in starch content in leaves. The aim of the chapter 4 was evaluate the physiological and biochemical changes in concern to photosynthetic processes in sugarcane exposed to high CO2 and low supply of nitrogen (-N). Net photosynthesis was reduced in plants subjected to high CO2 and -N. Photochemical parameters were decreased only in -N treatment, but with no photoinhibition. Carboxylation enzymes, PEPcase and Rubisco, did suffer differential regulations either by high CO2 or by low nitrogen. Nitrate determination showed accumulation in roots, indicating deficiency in transport to shoot. -N treatment decreased the amino acids content, soluble proteins and total nitrogen. Sucrose content was reduced in all treatments. At last, it was verified that IAC SP 94-2094 cultivar has more photoprotection indicated by higher NPQ and more PEPcase activity and expression, conferring a better performance in severe water deficit periods. When studied under mild water stress, the plants showed an organized anti-oxidative defense for protection against reactive oxygen species. When under high CO2, sugarcane plants exhibit stomatal and biochemical changes, reducing the photosynthetic activity by reduction in nitrate assimilation and nitrate reductase activity, showing a strong relation between carbon and nitrogen assimilation.