Junipers and pines exhibit contrasting patterns of growth decline and mortality with climate change-type warming and drought; yet, the underlying physiological mechanisms are not fully understood. Does warming exacerbate the effects of drought on gas exchange physiology and growth? Do the combined effects of drought and warming differ for pines and junipers? To what extent do isohydric vs. anisohydric responses to water limitation in pines and junipers constrain net leaf CO2 exchange and plant growth response to drought and warming? To address these questions, we compared responses of leaf gas exchange and growth in seedlings of juniper (Juniperus scopulorum, J. virginiana) and pine (Pinus edulis, P. taeda) species of contrasting arid and mesic origin in a study of combined warming (ambient, +1.8 °C) and enhanced summer drought (long-term mean, -40%). Warming and enhanced summer drought each reduced photosynthesis and growth and effects were largely independent, suggesting that warming exacerbates drought effects on growth. Enhanced summer drought and warming had distinct impacts on photosynthetic carbon gain that were differentially revealed depending upon soil water content. Warming reduced light-saturated net photosynthesis (Asat) under low soil water contents, whereas carry-over effects of drought treatment were evident under well-watered conditions. Short-term soil drying led to greater reduction of Asat in pines (-51%) rather than junipers (-30%). Under short-term water-limited conditions, Asat and gs were about two-times higher for junipers compared to pines. Relative growth rate of junipers declined with warming (-28%) and drought (-50%) treatments. In contrast, pine growth and Asat declined more with warming than drought. Only P. edulis exhibited increased mortality in response to warming and drought, reaching 75% in the combined warming and drought treatment. Diminished sensitivity of R to water limitations, coupled with steeper reductions in Asat with decreasing soil water content in isohydric pines compared to anisohydric junipers could account for the greater sensitivity of pines to warming and drought under climate change.

The research in this thesis concentrates on investigation of the ecology of Arundinaria species for restoration purposes. Arundinaria species are key components in the canebrake ecosystem that was once prominent in the southeastern United States. Arundinaria still occurs as an understory component of bottomland hardwood forests, but with intense agricultural development and urbanization over the past 200 years, canebrakes are now a critically endangered ecosystem with greater than 98% loss. Specifically the thesis addresses the establishment of Arundinaria with other plant species and site preparation techniques. This study indicated that A. gigantea planted into plots dominated by non-native plants benefited significantly more from site preparation (soil tillage, herbicide application) than cane planted into native-species-dominated assemblages. The last portion of the research examined effects of inundation on A. gigantea and A. tecta. Arundinaria tecta appeared to be more flood tolerant than A. gigantea, reflecting habitats in which these species are known to occur.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade das enzimas redutase do nitrato (RN) e glutamina sintetase (GS) em mudas de Coffea arabica L cv Obatã IAC 1669-20 em função dos atributos ecofisiológicos. O experimento foi conduzido em casa de vegetação no Laboratório de Biotecnologia Agrícola do Departamento de Ciências Biológicas da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo. Para a realização do experimento adotou-se o delineamento inteiramente casualizado com dois tratamentos: T1 (100% de luz) e T2 (50% de luz) e cinco repetições. As determinações das atividades enzimáticas foram feitas às 07:00 h; 12:00 h; 17:00 h e 22:00 h, bem como dos atributos ecofisiológicos: temperatura atmosférica; temperatura foliar; radiação fotossinteticamente ativa; condutância estomática; taxa de fotossíntese líquida; taxa de transpiração e proteína total solúvel. O nível de exposição à luminosidade altera a atividade da redutase do nitrato (RN), cujo valor foi menor nas plantas a pleno sol às 12:00 h e 17:00 h. A saturação lumínica e a maior temperatura foliar em relação ao ambiente, às 12:00 h, diminuiu as trocas gasosas (CO2 e vapor d’água) e a atividade da RN. Ao longo do período luminoso, independentemente do nível de exposição à luminosidade, decresceu a atividade da glutamina sintetase (GS). A disponibilidade de amônio proveniente da ação da RN no período noturno elevou a atividade da GS, enquanto a fotorrespiração, por hipótese, forneceu o substrato (NH4 +) para a atividade dessa enzima (GS) nas plantas a pleno sol ao meio dia. A inibição da redutase do nitrato (RN) no cafeeiro proporcionada pela fotorrespiração se dá, por hipótese, em resposta a produção de glutamina por meio da atividade da glutamina sintetase (GS). / The aim of this work was to evaluate the activity of the enzymes nitrate reductase (RN) and glutamine synthetase (GS) in seedlings of Coffea arabica L cv Obatã IAC 1669 - 20 in face of the eco-physiological attributes. The experiment was conducted in a greenhouse at the Laboratory of Agricultural Biotechnology in the Biological Science Department of the Superior School of Agriculture "Luiz de Queiroz", São Paulo University. The completely randomized experimental design was utilized for the experiment with two treatments: T1 (100% of light) e T2 (50% of light), each on made up of five replicates. The enzymatic activities and eco-physiological attributes determinations such as air temperature, leaf temperature, photosynthetically active radiation, stomatal conductance, net photosynthesis rate, transpiration rate and total soluble protein were made at 7:00 AM, 12:00 AM, 5:00 PM and 10:00 PM. The level of radiation exposition changes the nitrate reductase activity, whose value was smaller in plants at full sun at 12:00 AM and 5:00 PM. The light saturation and the higher leaf temperature in relation to the environment, at 12:00 AM, reduced the gas exchanges (CO2 and water vapor) and RN activity. Along the light period, independently of radiation exposition level, the activity of the glutamine synthetase decreased. The availability of ammonium provided by RN during dark period, independently of the treatments, increase the GS activity, while photorespiration, hypothetically, supplied the substrate (NH4+) to the GS action in plants under full sun at 12:00 AM. The RN inhibition in coffee plants provides the photorespiration occurred in response to the glutamine production through the GS activity.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade das enzimas redutase do nitrato (RN) e glutamina sintetase (GS) em mudas de Coffea arabica L cv Obatã IAC 1669-20 em função dos atributos ecofisiológicos. O experimento foi conduzido em casa de vegetação no Laboratório de Biotecnologia Agrícola do Departamento de Ciências Biológicas da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo. Para a realização do experimento adotou-se o delineamento inteiramente casualizado com dois tratamentos: T1 (100% de luz) e T2 (50% de luz) e cinco repetições. As determinações das atividades enzimáticas foram feitas às 07:00 h; 12:00 h; 17:00 h e 22:00 h, bem como dos atributos ecofisiológicos: temperatura atmosférica; temperatura foliar; radiação fotossinteticamente ativa; condutância estomática; taxa de fotossíntese líquida; taxa de transpiração e proteína total solúvel. O nível de exposição à luminosidade altera a atividade da redutase do nitrato (RN), cujo valor foi menor nas plantas a pleno sol às 12:00 h e 17:00 h. A saturação lumínica e a maior temperatura foliar em relação ao ambiente, às 12:00 h, diminuiu as trocas gasosas (CO2 e vapor d’água) e a atividade da RN. Ao longo do período luminoso, independentemente do nível de exposição à luminosidade, decresceu a atividade da glutamina sintetase (GS). A disponibilidade de amônio proveniente da ação da RN no período noturno elevou a atividade da GS, enquanto a fotorrespiração, por hipótese, forneceu o substrato (NH4 +) para a atividade dessa enzima (GS) nas plantas a pleno sol ao meio dia. A inibição da redutase do nitrato (RN) no cafeeiro proporcionada pela fotorrespiração se dá, por hipótese, em resposta a produção de glutamina por meio da atividade da glutamina sintetase (GS). / The aim of this work was to evaluate the activity of the enzymes nitrate reductase (RN) and glutamine synthetase (GS) in seedlings of Coffea arabica L cv Obatã IAC 1669 - 20 in face of the eco-physiological attributes. The experiment was conducted in a greenhouse at the Laboratory of Agricultural Biotechnology in the Biological Science Department of the Superior School of Agriculture “Luiz de Queiroz”, São Paulo University. The completely randomized experimental design was utilized for the experiment with two treatments: T1 (100% of light) e T2 (50% of light), each on made up of five replicates. The enzymatic activities and eco-physiological attributes determinations such as air temperature, leaf temperature, photosynthetically active radiation, stomatal conductance, net photosynthesis rate, transpiration rate and total soluble protein were made at 7:00 AM, 12:00 AM, 5:00 PM and 10:00 PM. The level of radiation exposition changes the nitrate reductase activity, whose value was smaller in plants at full sun at 12:00 AM and 5:00 PM. The light saturation and the higher leaf temperature in relation to the environment, at 12:00 AM, reduced the gas exchanges (CO2 and water vapor) and RN activity. Along the light period, independently of radiation exposition level, the activity of the glutamine synthetase decreased. The availability of ammonium provided by RN during dark period, independently of the treatments, increase the GS activity, while photorespiration, hypothetically, supplied the substrate (NH4+) to the GS action in plants under full sun at 12:00 AM. The RN inhibition in coffee plants provides the photorespiration occurred in response to the glutamine production through the GS activity.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:31:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1456.pdf: 806888 bytes, checksum: c1a017c0d739e9db5205b7784a9e4a47 (MD5) Previous issue date: 2007-06-06 / Universidade Federal de Sao Carlos / Young plants of Coffea arabica grafted over C. canephora were submitted to six watering cycles (WC) during 35 days. Each WC was accomplished until net photosynthesis (PN) close to zero or leaf water potential (&#936;) close to -2.0 MPa in Acauã (AC), Mundo- Novo (MN), and Obatã (OB) cultivars. After 2 WC (about 10 days) gs dropped from 0.15 to 0.01 mol m-2 s-1 in all cultivars changing the pattern of leaf gas exchange in subsequent WC. From 3 to 6 WC the cultivars showed high oscillations of water use efficiency or substomatal CO2 concentration (Ci) besides negative PN at the end of WC. After 3 WC, gs increased faster than PN after watering and Ci increased indicating some damage in photosynthetic machinery. It happened strongly in OB, which showed progressive reduction of PN after 3 WC and the lowest values of &#936; (-2.0 MPa) at the end of 6 WC. The survivorships for cultivars were 80% till 3 WC and 70% after 6 WC. The gas exchange pattern alteration could indicate the potential hardening of AC, MN and OB cultivars. After field plantation of hardened and control (without perivous hardening) Mundo-Novo and Obatã cultivars, with 180-days-old, it was observed significant (p<0.05) greater accumulation of leaf, stem and root biomass in hardened in control plants. Stem diameter, height and the number of leaf and branch were also higher (p<0.05) in previous hardened individuals. Greater differences in crown structure and biomass between control and hardened plants were observed mainly after the first period of low water availability (210 days under field conditions). The higher leaf number and leaf area in more branched crowns could carbon assimilation and grain production. For practical proposes, 3 WC before growing under field conditions are sufficient for changing consistently the leaf gas exchange pattern in 3 cultivars studied, keeping photosynthetic machinery free of damage and high survivorship. Previous hardening proportioned less interrupted vegetative development after transplantation under field conditions in both cultivars. / Plantas jovens de Coffea arabica enxertadas sobre C. canephora foram submetidas a 6 ciclos de suspensão de rega (CR) durante 35 dias. Cada CR foi acompanhado até que a fotossíntese líquida (PN) fosse próxima de zero ou até que o potencial hídrico foliar (&#936;) fosse próximo de -2.0 MPa nos cultivares Acauã (AC), Mundo-Novo (MN) e Obatã (OB). Após 2 CR (cerca de 10 dias) os valores médios de condutância estomática (gs) diminuíram de 0,15 para 0,01 mol m-2 s-1 em todos os cultivares, mudando o padrão de trocas gasosas nos subseqüentes CR. De 3 a 6 CR os cultivares apresentaram maiores oscilações da eficiência do uso da água e da concentração substomática de CO2, além de valores negativos de PN ao final dos CR. Após 3 CR ocorreu um aumento proporcionalmente maior em gs do que em PN após rega, com um aumento correspondente de Ci, indicando possíveis danos no aparato fotossintético. Este evento ocorreu de forma mais clara em OB, o qual demonstrou redução progressiva de PN após 3 CR e os menores valores de &#936; (-2,0 MPa) ao final de 6 CR. A sobrevivência dos cultivares foi de 80% em 3 CR e 70% em 6 CR. As alterações dos padrões de trocas gasosas nos cultivares AC, MN e OB podem indicar que os exemplares foram potencialmente rustificados. Após o plantio de MN e OB rustificados e controle (sem prévia rustificação) em campo, com 180 dias de idade, foi observado no tratamento rustificado valores significativamente (p<0,05) maiores do acúmulo de biomassa e do número de componentes estruturais da copa. A rustificação prévia proporcionou maior acumulo de biomassa de folhas, de caule e de raízes que nas plantas controle em ambos os cultivares. O diâmetro do caule, a altura, o número de folhas e o número de ramos também foram significativamente maiores (p<0,05) nos indivíduos previamente rustificados. As maiores diferenças da estrutura da copa e da biomassa acumulada entre plantas controle e rustificadas foram encontradas principalmente após o primeiro período de rezudida disponibilidade hídrica (210 dias em condições de campo). O maior número de folhas e a maior área foliar em copas mais ramificadas podem proporcionar um aumento da assimilação de carbono por planta e maior produção de grãos nas plantas rustificadas. Em termos práticos, 3 CR antes do crescimento em campo são suficientes para mudar consistentemente o padrão de trocas gasosas foliares nos 3 cultivares estudados, mantendo o aparato fotossintético livre de danos e proporcionando maior sobrevivência. A prática de rustificação prévia antes do plantio deve ser adotada nos cultivares estudados, pois o custo é reduzido e o desenvolvimento vegetativo inicial é fortemente favorecido após o transplante sob condições de campo.