CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In this study were characterized biochemical and physiological mechanisms arising from photoinhibition that act in the modulation of photochemical activity and oxidative protection, helping to reduce photo oxidative damage in response to drought and high light stresses in cashew plants. The seedlings were obtained from seeds and grown in substrates by mixing sand and vermiculite (ratio 1:1) in plastic bags, with a volume of 2 liters. Drought stress was imposed by withholding the water supply to the plants ( 20 days) in greenhouse conditions. For exposure to light treatments and recovery to the light effect, the plants were placed in a chamber with controlled conditions of relative humidity (60% Â5) and temperature (30ÂC Â2). The plants subjected to drought stress showed a marked decrease in photosynthesis when exposed to excess light (combination of drought with high luminosity), compared with those irrigated. This higher sensitivity of CO2 fixation to excess light on plants under drought was associated with a higher intensity of damage to the photochemical apparatus, as indicated by measures of effective quantum efficiency and apparent electron transport rate. The data show that the reduction of photosynthetic activity in response to excess light, has been attributed in part to process photoinhibition occurred under these conditions as shown by a drastic reduction in potential maximum quantum efficiency of PSII (given by Fv/Fm ratio). The results also suggest that the intense photoinhibition, triggered by excess light, may have assisted in photoprotection, because under these conditions there was no oxidative damage, as indicated by the absence of changes in H2O2 content and lipid peroxidation (TBARS content). This photochemistry protection, assigned to photoinhibition in this study, is enhanced due to non-occurrence of dissipation of excess energy through non-photochemical quenching (NPQ), because this mechanism did not show significant changes after long periods of exposure to excessive light. However, the energy dissipation through NPQ in response to short time of exposure to excessive light, observed here indicates that when the PSII activity is normal this mechanism is essential to the protection photochemistry. The role of photoinhibition for photo oxidative protection can be attributed to the effect of this process on reducing the activity of PSII and consequent lower photochemical activity, resulting in lower electron transfer. This suggestion is also reiterated in this study based on the reduction of the content of D1 protein, a major component of structural and functional PSII, and plastocyanin (PC), another major carrier of electrons. The modulation these proteins content may have contributed to restrict the formation of ROS and consequent oxidative damage under conditions inducing photo oxidatives stress such as drought associated with high luminosities, in this species. / No presente estudo foram caracterizados mecanismos bioquÃmicos e fisiolÃgicos decorrentes da fotoinibiÃÃo e que atuam na modulaÃÃo da atividade fotoquÃmica e da proteÃÃo oxidativa, auxiliando na reduÃÃo de danos fotoxidativos, em reposta aos estresses de seca e luminosidade elevada em cajueiro. As mudas foram obtidas a partir de sementes e cultivadas em substrato composto pela mistura de areia e vermiculita (proporÃÃo 1:1) em sacos plÃsticos, com volume de 2 L. O estresse hÃdrico foi aplicado pela suspenÃÃo da rega (Â20 dias) em condiÃÃes de casa de vegetaÃÃo. Para a exposiÃÃo aos tratamentos de luminosidade e de recuperaÃÃo ao efeito da luz, as plantas foram acondicionadas em cÃmara com condiÃÃes controladas de umidade relativa (60% Â5) e temperatura (30ÂC Â2). As plantas submetidas ao estresse hÃdrico apresentaram uma intensa reduÃÃo da fotossÃntese quando expostas ao excesso de luz (combinaÃÃo de seca com luminosidade elevada), se comparadas com aquelas irrigadas. Essa maior sensibilidade da fixaÃÃo de CO2 ao excesso de luz nas plantas sob seca foi relacionada com uma maior intensidade de danos no aparato fotoquÃmico, conforme indicado pelas medidas de eficiÃncia quÃntica efetiva e taxa aparente de transporte de elÃtrons. A reduÃÃo da atividade fotossintÃtica, em resposta ao excesso de luz, foi atribuÃda em parte ao processo de fotoinibiÃÃo ocorrido nessas condiÃÃes, conforme demonstrado pela drÃstica reduÃÃo da eficiÃncia quÃntica potencial mÃxima do PSII (dada pela relaÃÃo Fv/Fm). Os resultados sugerem tambÃm que a intensa fotoinibiÃÃo, desencadeada pelo excesso de luz, pode ter auxiliado na fotoproteÃÃo, pois nessas condiÃÃes nÃo ocorreu danos oxidativos, conforme indicado pela ausÃncia de mudanÃas no conteÃdo de H2O2 e na peroxidaÃÃo lipÃdica (conteÃdo de TBARS). Essa proteÃÃo fotoquÃmica, atribuÃda a fotoinibiÃÃo nesse estudo, à reforÃada devido a nÃo ocorrÃncia de dissipaÃÃo do excesso de energia por meio do quenching nÃo fotoquÃmico (NPQ), pois esse mecanismo nÃo apresentou mudanÃas significativas apÃs longos perÃodos de exposiÃÃo ao excesso de luz. No entanto, a dissipaÃÃo de energia por meio do NPQ em respostas a curtos perÃodos de exposiÃÃo ao excesso de luz, aqui observado, indica que quando a atividade do PSII està normal esse mecanismo à essencial para a proteÃÃo fotoquÃmica. O papel da fotoinibiÃÃo para a proteÃÃo fotoxidativa pode ser atribuido ao efeito desse processo na reduÃÃo da atividade dos PSII e consequente menor atividade fotoquÃmica, o que resultaria na menor transferÃncia de elÃtrons. Essa sugestÃo à ainda reinterada no presente estudo com base na reduÃÃo do conteÃdo da proteina D1, um dos principais componentes estrutural e funcional do PSII, e da plastocianina (PC), outro importante carreador de elÃtrons. A modulaÃÃo do conteÃdo dessas proteÃnas pode ter contribuÃdo para restringir a formaÃÃo de EROs e consequente danos oxidativos sob condiÃÃes indutoras de estresse fotoxidativos, como a seca associada com luminosidades elevadas, nessa espÃcie.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Plantas de pinhÃo-manso (Jatropha curcas) e de mamona (Ricinus communis) tÃm sido exploradas agronomicamente para fins de produÃÃo de biocombustÃveis, principalmente em regiÃes secas e quentes do semiÃrido do nordeste brasileiro. Estas espÃcies sÃo nativas de regiÃes tropicais e evoluÃram em resposta Ãs condiÃÃes abiÃticas adversas como alta temperatura e luz, seca e salinidade. Neste trabalho, partimos da principal hipÃtese de que plantas jovens de Jatropha curcas e de Ricinus communis possuem respostas anÃlogas de aclimataÃÃo da fotossÃntese e nos mecanismos de fotoproteÃÃo em resposta Ãs condiÃÃes de estresses abiÃticos. Para isso, os principais objetivos deste trabalho foram conhecer, analisar, descrever e discutir as principais respostas da fotossÃntese e os principais mecanismos de fotoproteÃÃo, como a dissipaÃÃo de excesso de energia na forma de calor, fotorrespiraÃÃo, drenos alternativos de elÃtrons e o metabolismo antioxidativo em plantas jovens de pinhÃomanso e mamona submetidas à condiÃÃes de estresses abiÃticos. Este trabalho foi divido em quatro capÃtulos. O capitulo I trata de uma revisÃo de literatura e estado da arte dos principais tÃpicos abordados ao longo do estudo. O capÃtulo II, na forma de artigo, teve como objetivo principal conhecer e discutir as principais respostas das trocas gasosas e fotoquÃmica dessas duas espÃcies em resposta a variaÃÃes nas condiÃÃes ambientais como o aumento de luz, concentraÃÃo interna de CO2, dÃficit de pressÃo de vapor (DPV), temperatura foliar e ao longo de um dia tÃpico em condiÃÃes de uma regiÃo semiÃrida. Foi claramente demonstrado nesse estudo que plantas de R. communis, quando bem hidratadas, possuem uma maior eficiÃncia fotossintÃtica, dada principalmente pela sua alta taxa de transpiraÃÃo e condutÃncia estomÃtica em comparaÃÃo a plantas jovens de J. curcas. No entanto, em condiÃÃo de seca, seja por suspenÃÃo de rega ou alto dÃficit de pressÃo de vapor, plantas jovens de J. curcas se mostraram mais eficientes na assimilaÃÃo de CO2 quando comparadas com R. communis. Os dados demonstraram ainda que as duas espÃcies estudadas possuem diferentes respostas aclimatativas da fotossÃntese sob condiÃÃes estressantes ou Ãtimas durante a fase inicial de crescimento. O capÃtulo III teve como objetivo demonstrar as diferenÃas nas principais respostas aclimatativas dessas duas espÃcies em condiÃÃo de seca e sua relaÃÃo com a tolerÃncia a esse estresse entre as duas espÃcies estudadas. Foi demonstrado que ambas as espÃcies apresentaram limitaÃÃes estomÃticas e metabÃlicas da fotossÃntese em condiÃÃo de seca, e que essas duas espÃcies apresentam diferentes respostas em termos de dissipaÃÃo de excesso de energia e drenos alternativos de elÃtrons para aliviar a produÃÃo de espÃcies reativas do oxigÃnio no cloroplasto, prevenindo a foto-oxidaÃÃo. As plantas de mamona sÃo mais sensÃveis à seca do que plantas jovens de pinhÃo manso. AlÃm disso, o quenching nÃo fotoquÃmico (NPQ) à um importante mecanismo para a tolerÃncia à seca de J. curcas enquanto que R. communis por nÃo possuir um NPQ tÃo eficiente necessita investir em outros drenos alternativos de elÃtrons para dissipar o excesso de energia. No quarto e Ãltimo capÃtulo, foram avaliadas as respostas aclimatativas da fotossÃntese de plantas jovens de pinhÃo manso e de mamona submetidas ao estresse salino. O tratamento salino imposto aumentou o dano de membrana apenas em folhas de pinhÃo-manso. O conteÃdo de osmÃlitos orgÃnicos compatÃveis aumentou em ambas as espÃcies expostas à salinidade. Plantas de mamona apresentaram, principalmente, restriÃÃes estomÃticas da fotossÃntese, devido à reduÃÃo na pressÃo parcial interna de CO2 (Ci) e por nÃo apresentar reduÃÃo na atividade de Rubisco. No entanto, plantas de pinhÃo-manso expostas à salinidade apresentaram restriÃÃes estomÃticas e metabÃlicas na fotossÃntese, demonstrado pelo aumento do Ci e restriÃÃo na atividade de Rubisco. Plantas de mamona expostas à salinidade apresentaram maior assimilaÃÃo de nitrato e maior fotorrespiraÃÃo, comparada com plantas de pinhÃo-manso sob condiÃÃo de estresse salino. No entanto, o pinhÃo-manso apresentou maior dissipaÃÃo e excesso de energia na forma de calor (NPQ). Como conclusÃo, nossos dados sugerem que as duas espÃcies estudadas empregam diferentes mecanismos para dissipar o excesso de energia na cadeia transportadora de elÃtrons (CTE) do cloroplasto, prevenindo a fotoinibiÃÃo e danos foto-oxidativos. / Plants of Jatropha curcas and Ricinus communis have been exploited for agronomic production of biofuels, especially in hot and dry regions of semiarid at northeastern Brazil. These species are native to tropical and evolved in response to adverse abiotic conditions such as high temperature, drought, salinity and light. In this work, we start with the main hypothesis that saplings of Jatropha curcas and Ricinus communis have analogous mechanisms of acclimation of photosynthesis and photoprotection in response to abiotic stress conditions. For this, the main objectives of this work were to analyze, describe and discuss responses of photosynthesis and important photoprotection mechanisms such as dissipation of excess energy as heat, photorespiration, alternative electron sinks and antioxidant metabolism in young plants of physic nut and castor bean subjected to abiotic stress conditions. This work was divided into four chapters. The chapter I is a review of the literature and state of art of the main topics covered throughout the study. Chapter II, in the form of paper, aimed to meet and discuss the main responses of gas exchange and photochemistry of these two species in response to changes in environmental conditions such as increased lighting, internal CO2 concentration, vapor pressure deficit, leaf temperature and over a typical day in terms of a semiarid region. It has been clearly demonstrated in this experiment that R. communis plants, when well hydrated, have a higher photosynthetic efficiency given mainly by its high transpiration rate and stomatal conductance compared to young plants of J. curcas. However, in dry condition, by watering suspension or high DPV, J. curcas young plants are more efficient in CO2assimilation compared with R. communis. The data showed that the two species have different responses of photosynthesis under optimal or stressful conditions during the early growth stages. Chapter III aimed to demonstrate the differences in the main responses of these two species under drought conditions and its relation to stress tolerance between the two studied species. It has been shown that both species showed stomatal and metabolic limitations of photosynthesis under drought conditions. And that these two species showed different responses in terms of excess energy dissipation and alternative electron sinks of CTE to alleviate the chloroplast ROS production, preventing photo-oxidation. In addition, it has been shown that castor bean plants are more sensitive to drought than J. curcas. Moreover, the NPQ is an important mechanism for drought tolerance of J. curcas whereas R. communis for not having a so efficient NPQ need to invest in other alternative electron sinks to dissipate the excess energy. In the fourth and final chapter, we evaluated the responses of photosynthesis of J. curcas and R. commnuis young plants exposed to salt stress. The salt treatment increased membrane damage only in leaves of J. curcas. The content of organic compatible osmolytes increased in both species exposed to salinity. Castor bean plants had mainly stomatal limitations of photosynthesis due to fall in Ci and by the maintaining in Rubisco activity. However, J. curcas plants exposed to salinity showed stomatal and metabolic restrictions on photosynthesis, demonstrated by the increase in Ci and a drop in Rubisco activity. Castor bean plants exposed to salinity showed higher nitrate assimilation and photorespiration, compared with J. curcas plants under salt stress condition. However, J. curcas had higher dissipation and excess energy as heat (NPQ). In conclusion, our data suggest that both species employ different mechanisms to dissipate excess energy in the CTE of the chloroplast, preventing photoinhibition and photo-oxidative damage.