Au cours des prochaines années, il est prédit que le changement climatique va influencer la production des cultures et impacter négativement le secteur agricole. Parmi les cultures mondiales majeures, la vigne est cultivée pour ses baies, qui sont la base de produits à forte valeur ajoutée (vin, liqueurs, et métabolites secondaires utilisés dans les industries pharmaceutiques et cosmétologiques) et dont le métabolisme est fortement sensible au climat. Cependant, la réponse au niveau de la composition de la baie ainsi que les mécanismes moléculaires sous-jacents mettant en évidence la capacité de l’interaction porte-greffe/greffon à influencer le métabolisme de la baie dans des conditions de stress hydrique est encore très peu étudiée et compris. Dans ce contexte, cette thèse a eu pour objectifs de répondre à ces questionnements en combinant des approches ecophysiologique, biochimique et transcriptomique. Vitis vinifera cv. Pinot noir greffé soit sur le porte greffe 110R (tolérance à la sécheresse, vigueur conférée moyenne à forte) ou 125AA (sensible à la sécheresse, forte vigueur conférée) ont été étudié au cours de 3 années (2009, 2010 et 2011), au vignoble et dans des conditions témoin (pluviométrie normale) ou de stress hydrique provoqué. Différents paramètres physiologiques (statut hydrique et rendement) ainsi que le profil métabolique de la baie (sucres, acides organiques, acides aminés et anthocyanes) ont été caractérisés à quatre stades de développement (E-L 33, E-L 35, E-L 36, E-L 38). D’autre part, une analyse microarray sur génome complet a également été réalisée pour deux années (2009 et 2010) et deux stades de développement critiques et représentatifs (E-L 35 et E-L 36). Dans son ensemble, cette thèse fournit des nouveaux éléments concernant la réponse métabolique de la baie au porte-greffe et à la contrainte hydrique, et met en évidence des possibles mécanismes moléculaires impliqués dans cette réponse. / Climate change is expected to influence crop production and to impact negatively the agricultural sector in the future. Among the major crops cultivated worldwide, grapevine provides berries that are the basis of high added value products (wines, liquors, and secondary metabolites used in the pharmaceutical and cosmetological industry) and whose metabolism is strongly sensitive to climate (vintage effect). However, the response of berry composition and the molecular mechanisms underlying the ability of rootstock/scion interaction to influence grape berry metabolism under drought stress are still poorly understood. In this context, this work aimed to fill the gaps on the aforementioned questions by combining comprehensive ecophysiological measurements, detailed metabolite analysis, and whole-genome transcriptome analysis. Vitis vinifera cv. Pinot noir grafted on either rootstock 110R (drought tolerant, mid- to high vigor) or 125AA (drought sensitive, high vigor) were studied during three growing seasons (2009, 2010, and 2011) in the field under normal rainfall or water shortage conditions. We characterized different physiological parameters (water status and yield components) and berry metabolomic profiles (sugars, organic acids, free amino acids and anthocyanins) during four developmental stages (E-L 33, E-L 35, E-L 36, E-L 38). Besides we also performed a microarray analysis in two years (2009 and 2010) at two critical and representative developmental stages (E-L 35 and E-L 36). Overall, this work provides novel insights into the response of grape berry metabolites to rootstock and to drought and uncovers some possible molecular mechanisms underlying the berry response to different rootstock/water status combinations.

>Magister Scientiae - MSc / Drought is a major abiotic stress which causes not only differences between the mean yield and the potential yield but also yield variation from year to year. Although selection for genotypes with improved productivity under drought environments has been a central goal of numerous plant breeding programs, the molecular basis for plant tolerance towards drought stress is still poorly understood. Exposure of plants to this abiotic stress is known to trigger excessive formation of reactive oxygen species (ROS), which induce cell death and reduce growth. Part of the mechanism of plant responses to drought involves alterations in the expression of antioxidant enzymes and biosynthesis of different compatible solutes such as proline. Sorghum is regarded as generally more drought tolerant than maize, and it is a potential key model system for investigating the physiological and molecular mechanisms conferring drought tolerance. Comparative studies in crop plants to decipher differences in drought tolerance are essential for crop improvement to sustain a higher level of production, which in turn will improve food security, under severe drought conditions resulting from climate change. On this basis, the aim of this study is to determine molecular differences between Zea mays and Sorghum bicolor in response to drought stress in an attempt to identify novel biomarkers for drought tolerance. The physiological and molecular responses of maize and sorghum were studied for changes in growth, chlorophyll content, relative water content, ROS content, lipid peroxidation level, proline content, and antioxidant enzyme activity. Spectral Count Label-free Quantitation analysis was conducted to reveal the changes in protein profiles under drought in attempt to identify drought-responsive molecular mechanisms in the leaves of the two plant species. In this study, water deficit triggered mechanisms that resulted in overproduction of ROS in both Zea mays and Sorghum bicolor. However, Sorghum bicolor showed less oxidative damage under water stress compared to Zea mays. Drought-induced proline accumulation in the roots of Sorghum bicolor was associated with enhanced water retention. Significant changes were identified in the antioxidant enzyme activity between the two plant species in response to drought conditions. Proteomics results showed differing patterns for drought-responsive proteins in the two species. Together with the physiological, biochemical and proteomic profiling results between Zea mays and Sorghum bicolor, potential proteins and/or metabolic pathways underlying drought tolerance were identified. The findings obtained through this study provide insight towards understanding the molecular basis of crop drought tolerance.

Les plantes sont continuellement exposées à plusieurs stress biotiques et abiotiques. Les réponses des plantes à ces stress sont très complexes et impliquent des changements au niveau physiologique, moléculaire et cellulaire. Parmi ces stress, la sécheresse (déficit hydrique) est l'un des facteurs les plus préjudiciables à la croissance et à la productivité des plantes. Ce stress est considéré comme une menace sérieuse pour la production de cultures durables, en particulier dans la perspective du changement climatique. Le but de ce travail a d’abord été d'étudier les traits et / ou les mécanismes impliqués dans la réponse des plantes au déficit hydrique sous condition de zinc en utilisant l’espèce extremophile Arabidopsis halleri. Les plantes de l’espèce A. halleri sont hypertolérantes et hyperaccumulatrice des métaux zinc et cadmium; cette caractéristique évolutive représente un potentiel précieux pour étudier les réponses des plantes à des contraintes multiples. Ici, nous avons développé une approche comparative en utilisant A. halleri et deux espèces qui sont étroitement apparentées: A. thaliana et A. lyrata, tous les deux sensibles à l'excès de zinc. Nous avons caractérisé les caractères morpho-physiologiques de ces trois espèces en réponse à des combinaisons de déficit hydrique et d'excès de zinc. Les résultats ont montré que les plantes de l’espèce A. halleri ont une tolérance accrue au déficit hydrique par rapport à ce qui est observé chez A. thaliana et A. lyrata lorsqu'elles sont cultivées sous forte concentration de zinc dans le sol. Les plantes A. halleri ont montré une plus grande capacité à contrôler la teneur en eau des feuilles en réduisant la perte d'eau par transpiration due à la réduction de la conductance stomatique, ce qui a finalement augmenté positivement l'efficacité d'utilisation de l'eau. Notre étude montre que l'excès de zinc et le déficit hydrique ont des effets négatifs additifs sur la croissance des plantes des espèces A. thaliana alors qu'A. lyrata est moins affecté par l'addition de Zn au sol conditions WD. La combinaison de ces stress a effet interactif positif sur la croissance des plantes A. halleri. D'autre part, les défensines de plantes (PDF) sont impliquées dans la réponse des plantes aux stress biotiques et abiotiques. Le but de ce travail a également été de comprendre la contribution des PDF type 1 (PDF1s) dans la réponse des plantes à l'excès de zinc en utilisant comparativement des plantes A. thaliana sauvages et des plantes transgéniques amiRNA ciblant la diminution des transcrits PDF1s. Nous avons comparé les caractéristiques physiologiques de plantes matures cultivées en présence d’un excès de zinc dans le sol, et dans des conditions hydroponiques. Nos résultats montrent que, sous l’effet du zinc, la diminution des transcrits AtPDF1s est associée à une tolérance au zinc plus faible que celle observée chez les plantes A. thaliana sauvages sans changement du contenu en zinc. / Plants are continuously exposed to several biotic and abiotic stresses. Plant responses to these stresses are highly complex and involve changes at the transcriptome, cellular, as well as physiological levels. Among these stresses, drought is one of the most detrimental factors for plant growth and productivity and is considered a severe threat for sustainable crop production, especially under current changing climate. The aim of this study is to investigate traits and/or mechanisms involved in plants response to water deficit under zinc condition using plant material A. halleri. Arabidopsis halleri is a hypertolerant and hyperaccumulator plant species for zinc and cadmium; this evolutionary feature represents a valuable potential to investigate plant responses to multiple stresses. Here, we developed a comparative approach using this particular species and two closely related species, A. thaliana and A. lyrata, both sensitive to zinc excess. We characterized morpho-physiological traits of three Arabidopsis species in response to combinations of water deficit and zinc excess. The findings showed that, A. halleri plants has increased tolerance to water deficit compared to A. thaliana and A. lyrata when grown under high zinc concentration in the soil. A. halleri showed higher ability to control leaf water content by reduced water loss through transpiration due to reduction of stomatal conductance which ultimately positively increased water use efficiency. Our study shows that, zinc excess and water deficit have additive negative effects on the growth of A. thaliana species plants, whereas A. lyrata is less affected by the addition of Zn under conditions of WD compared to WW conditions. The combination of these stresses has a positive interactive effect on the growth of A. halleri plants. In other hand, plant defensins (PDF) are involved in plant responses to biotic and abiotic stresses. The purpose of this work was also to understand the contribution of PDF Type 1 (PDF1s) in the response of plants to zinc excess using comparatively wild-type A. thaliana plants and transgenic amiRNA plants targeting the reduction of transcripts PDF1s. We compared the physiological characteristics of mature plants grown in the presence of excess zinc in the soil, and under hydroponic conditions. Our results show that, under the effect of zinc, the decrease in AtPDF1s transcripts is associated with a lower zinc tolerance than that observed in wild-type A. thaliana plants without a change in zinc content.

Goiás e Distrito Federal têm papel importante na cultura canavieira brasileira, da qual GO é o segundo maior produtor. Na definição de aptidão e de riscos climáticos a essa cultura, a ocorrência natural de altos déficits hídricos, como ocorre no centro-oeste do país, tem um efeito preponderante sobre a produtividade, sendo determinante na elaboração de zoneamentos agroecológicos e de riscos para a cana-de-açúcar no Brasil, com a finalidade de orientação de datas de plantio e uso de irrigação que minimizem esse efeito. Com o objetivo de aprofundar o conhecimento e aplicabilidade de índices de aptidão e de riscos climáticos, neste trabalho foram utilizadas séries climáticas de 13 localidades de GO e DF, para estimativa de três índices baseados no balanço hídrico de Thornthwaite-Mather calculado por três formas: climatológico médio e sequenciais (climatológico e de cultura), para dois tipos de solo. O índice de aptidão climática (APClima) considerou o déficit acumulado no ciclo de plantio fornecido pelo BH sequencial climatológico e o índice de satisfação da necessidade de água (ISNA) no período crítico da cultura, simulando-se períodos de cultivo com duração de 12 meses (cana-planta), com plantios no primeiro decêndio dos bimestres do ano. Outros, dois índices de risco (IRClima; IRCultura) originaram-se dos BHs sequenciais, utilizando valores acumulados de DEF para a definição de classes de aptidão (apta, marginal e inapta). Também foram utilizados fatores de ponderação e porcentagem de ocorrência das classes de aptidão, gerando-se 5 classes de risco (de muito alto a muito baixo). Na definição das classes foram usados limites de DEF em duas formas, uma, tradicionalmente usada com valores de 200mm e 400mm; e uma ajustada de acordo com valores estimados a partir de correlação dos DEF do BH médio com aqueles gerados pelos balanços sequenciais (DEFcorr). Os resultados mostraram a dificuldade da escolha do índice mais indicado, pois embora tenha-se o BH como base dos três, eles são usados de formas diferentes, além de haver diferenças conceituais entre os mesmos. Entretanto, duas conclusões gerais servem para os índices: a) quando comparados entre si e com mesma forma de cálculo de DEF, não foram observadas diferenças acentuadas nos índices quando se usou CAD 95 ou 125mm/m para cada um dos dois solos adotados; b) o uso de DEFcorr permitiu visualizar um número maior de localidades e janelas de plantio no ano em relação ao zoneamento agroecológico adotado pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. O APClima mostrou-se interessante por permitir a indicação de necessidade de irrigação, seja de salvamento ou complementar, mas mostrou-se mais rígidos que os outro nessas indicações. Os índices originários dos BHs sequenciais (IRClima e IRCultura) levaram a cenários mais favoráveis, com o aumento de janela de plantio com menor risco por efeito de DEF, entretanto suas avaliações não incluem os efeitos da época de sua ocorrência, podendo subestimar os resultados do período seco do ano e demandando maiores estudos. A metodologia proposta no trabalho mostrou-se bastante interessante por permitir maiores informações, consideradas importantes para o planejamento de plantio na região. / The State of Goiás (GO) and Federal District (DF) have an important role in Brazilian sugarcane production, being the second largest producer in the country. In the case of risks and climate suitability to this crop, the natural occurrence of high water stress has major effect on yield, as occurs in the Midwest of the country, being decisive in the development of agro-ecological zoning and risks for sugarcane in the country. In order to understand and apply the climate suitability and risks indexes used in this study, climatic series of 13 localities of GO and DF have been utilized. Thus the Thornthwaite-Mather water balance (BH) was calculated in three ways: the normal climatological, the sequential climatological and the sequential of crop, for two types of soil. The climate suitability index (APClima) considered the cumulative water deficit DEF (potential minus actual evapotranspiration) in the crop cycle, provided by the sequential BH climatological and water requirement satisfaction index (ISNA) in the critical period of crop, simulating up growing seasons of 12 months, with plantations in the first ten days of each bimester of the year. Other two risk indices (IRClima; IRCultura) were originated from sequential BHs using accumulated DEF value to define the suitability classes. In the three indexes, both traditional limits of DEF (200mm and 400mm) as those estimated with adjusted values originated from correlation between the normal and the sequential balances (DEFcorr) were applied. The results showed the difficulty of choosing the best index because although they were based on the BH, there are conceptual differences between them. However, two general conclusions serve for the contents: a) when compared with each other, within the same form of DEF calculation, no pronounced differences have been observed when soil water holding capacity of 95 or 125mm/m was applied, on both types of soil; b) the use of DEFcorr allowed a greater number of localities and planting windows to have better indications, compared to the agro-ecological zoning adopted by the Ministry of Agriculture, Livestock and Supply. The APClima proved to be an interesting index, once it indicates the use of irrigation requirement, either saving or complementary, but it has shown to be more rigorous than the other indices. The indexes originated from sequential BHs (IRClima and IRCultura) led to more favorable scenarios, showing a longer planting window with less risk effect of deficit, although their ratings do not include the effects of the time of its occurrence, and could underestimate the results of dry season.

A agricultura irrigada tem passado por constantes desafios voltados ao consumo racional dos recursos naturais, em especial para a cultura de milho que mesmo sendo um produto estratégico nos sistemas de produção agropecuários, tem sua viabilidade questionada em decorrência dos elevados custos de produção associado aos altos riscos relacionados as condições climáticas. O presente trabalho tem como objetivo determinar a necessidade, e propor estatégias de manejo de irrigação, baseados no balanço hídrico e na produtividade deplecionada de milho em dez épocas de semeadura, para dez municípios do estado do Rio Grande do Sul. O balanço hídrico do solo foi gerado com uma série histórica de dados de 17 a 25 anos de observação, a necessidade de irrigação foi determinada com base no deficit hídrico acumulado, e as estratégias de manejo de irrigação foram simuladas nas seguintes condições: (A) irrigação com base no fator de depleção de água no solo e na previsão de chuva, com irrigações ao longo de todo o ciclo, (B) manutenção da capacidade de água disponível (CAD) do solo em 80% ao longo de todo o ciclo, e (C) manutenção da CAD a 80% entre a floração e a maturidade fisiológica. Os dados foram submetidos a análise de variância com teste de regressão para os efeitos relacionado as épocas e teste de médias para determinar a melhor estratégia de irrigação. A partir dos resultados conclui-se que há necessidade de irrigação para todos os municípios e épocas estudadas, sendo que os valores de deficit hídrico acumulados foram de 312, 239, 260, 247, 286, 215, 206, 302, 240 e 264 mm para Bagé, Cruz Alta, Encruzilhada do Sul, Ibirubá, Iraí, Júlio de Castilhos, Passo Fundo, Santa Maria, Santa Rosa e São Luiz Gonzaga, respectivamente. Entre as épocas de semeadura o deficit hídrico acumulado variou de 143 a 360 mm.ciclo-1 e a evapotranspiração potencial da cultura entre 473 e 593 mm.ciclo-1, sendo as semeaduras de agosto responsáveis pelos menores valores e outubro pelos maiores, na média entre as épocas e locais o deficit hídrico acumulado foi de 257 mm.ciclo-1, ao passo que o excedente hídrico apresentou valor superior ao deficit ao longo do ciclo para todas situações estudadas. Quanto as estratégias de manejo de irrigação, foi possível concluir que o manejo A: foi responsável pela menor produtividade sob condição irrigada e pela menor lâmina de irrigação, sendo que o ganho de produtividade (GP) médio foi de 18,9 kg.mm-1, manejo B apresentou os maiores valores de produtividade sob condição irrigada, lâmina de irrigação e o menor GP 19,6 kg.mm-1 e o manejo C promoveu um incremento de 127% na produtividade em relação as condições de sequeiro, com uma lâmina de irrigação de 170 mm, e um GP de 30,1 kg.mm-1. Por fim, a produtividade potencial sofreu uma redução de 71% em decorrência do deficit hídrico, demonstrando a necessidade de suplementação hídrica através da irrigação e a melhoria das condições de armazenamento de água e exploração do perfil de solo para maior aproveitamento da água perdida no excedente hídrico. / Irrigated agriculture has been a constant challenge aiming at the rational consumption of natural resources, especially for the corn crop, which even though being a strategic product in agricultural production systems, has its viability questioned due to high production costs. In order to determine the need to propose irrigation management strategies based on the concept of water balance, the depleted yield of maize in ten sowing seasons was used for ten cities in the state of Rio Grande do Sul, Brazil. Soil water balance was generated with a historical data series of 17 to 25 years of observation, the need for irrigation was determined based on the accumulated water deficit, and irrigation management strategies were: (A) irrigation based on the water depletion factor along of the whole cycle; (B) maintaining soil water holding capacity (SWHC) at 80% throughout the cycle; and (C) maintaining 80% SWHC between flowering and physiological maturation. From the results, it can be concluded that irrigation is needed for all studied cities and seasons, and the accumulated water deficit values were 312, 239, 260, 247, 286, 215, 206 , 240 and 264 mm for Bagé, Cruz Alta, Encruzilhada do Sul, Ibirubá, Iraí, Júlio de Castilhos, Passo Fundo, Santa Maria, Santa Rosa and São Luiz Gonzaga, respectively. Among sowing times, the accumulated water deficit ranged from 143 to 360 mm.cycle-1 and the potential evapotranspiration of the crop between 473 and 593 mm.cycle-1, with August sowings accounting for the lowest values and October presenting the highest value on average between the seasons and localities. The accumulated water deficit was 257 mm.cycle-1, while the water surplus presented a value higher than the deficit over the cycle for all situations. Regarding the irrigation management strategies, it was possible to conclude that: (A) they were responsible for the lowest irrigated productivity and the lowest irrigation depth, and the mean gain of productivity (GP) was 18.9 kg.mm-1; (B) presented the highest productivity values for Irrigation, and the lowest GP 19.6 kg.mm-1 and (C) promoted a 77% increase in productivity in relation to rainfed conditions, with an irrigation depth of 170 mm, and a GP of the order of 30.1 kg.mm-1. Finally, potential productivity fell by 71% due to the water deficit, so that this result demonstrates the need for water supplementation through irrigation and improvement of water storage conditions, and soil profile exploration for better use of the water lost in the water surplus.

Uma dificuldade para o manejo adequado da irrigação em espécies de plantas perenes, como por exemplo num pomar, é determinar o momento e a quantidade de água que deverá ser aplicada. Há vários métodos tradicionais de medida de consumo diário de água, assim como indicadores do déficit hídrico, mas cada um apresenta seu grau de dificuldade de uso no campo que levam, às vezes, à aproximações pouco exatas. Diante destes problemas e levando em consideração a importância dos citros na economia nacional, o presente trabalho teve dois objetivos principais: a) avaliar dois métodos de determinação de fluxo de seiva para a estimação da taxa de transpiração diária de plantas de lima ácida 'Tahiti' e, b) avaliar o uso da contração radial do ramo ou caule (utilizando um dendrômetro de precisão) e da transpiração relativa da planta (estimada a partir do fluxo de seiva), como indicadores vegetais diretos de deficiência hídrica. Para atingir estes objetivos, foram instalados experimentos em dois pomares, um de plantas jovens e outro de plantas adultas, de lima ácida 'Tahiti'. Os métodos de determinação da transpiração (fluxo de seiva) foram o de balanço de calor (BC) e o da sonda de dissipação térmica (SDT). A comparação entre os dois métodos em um ramo de uma planta adulta, e a comparação do SDT com medidas lisimétricas em plantas jovens, demonstrou o bom desempenho de ambos e sua possibilidade de uso na quantificação da transpiração em citros, principalmente como subsídio à irrigação localizada. No BC há necessidade de precauções para minimizar erros devidos à variações espúrias que os valores de fluxo de seiva sofrem ao longo do período matinal ou de superestimativas no período noturno. No caso da SDT, uma fonte de erro que causa subestimativa é a ocorrência de gradiente térmico natural no caule/ramos nas regiões de medida da sonda, com necessidade de corrigir o erro para medidas mais acuradas. A SDT mostra-se uma técnica confiável e de vantagens em relação ao BC, pela menor complexidade e custo. As variáveis dendrométricas do caule/ramos, recomendadas na bibliografia como indicadoras de estresse hídrico (variação da amplitude diária de contração, da diferença em dias subsequentes do diâmetro máximo e do diâmetro mínimo), mostraram-se problemáticas, pela complexa relação que apresentam com a disponibilidade hídrica no solo, demanda evaporativa do ar e tamanho do caule. A análise da evolução do diâmetro máximo diário e, também, do diâmetro médio mostrou potencialidade de uso como técnica indicadora de estresse hídrico. No entanto, recomenda-se estudos mais aprofundados que considerem regimes hídricos do solo diferenciados e com imposição de secagem mais acentuada, além de se levar em conta características próprias de resposta de espécies cítricas à disponibilidade hídrica do solo e à demanda atmosférica. A transpiração relativa, expressa pela relação entre a transpiração atual e a transpiração máxima (calculada por unidade de área foliar), guardou relação com a variação da disponibilidade hídrica do solo, mas comparada à análise da evolução do diâmetro máximo do caule, mostrou-se menos estável. / A difficulty for the appropriate handling of irrigation of perennial plants like orchards is to determine the moment when and the amount of water that should be applied. There are several traditional methods to determine water nsumption, as well as indicators of water stress.However, they all have difficulties when used in the field because their approaches are not very accurate. Taking into consideration these problems and the importance of citrus in the economy of the state of São Paulo, the present work had two main objectives: a) to evaluate two methods for the estimation of sap flow in the determination of the daily rate of transpiration of plants of 'Tahiti' lime and b) to evaluate the use of the variation of the stem/branches diameter (by using a precision dendrometer) and the relative transpiration (estimated starting from the sap flow) as direct plant indicators of water stress. To reach these objectives, experiments were set up in two orchards of 'Tahiti' lime, one of young plants and another of adult plants. The methods for the determination of the transpiration (sap flow) were: the heat balance method (HBM) and the heat dissipation probe method (HDPM). The comparison between the two methods in a branch of an adult plant and the comparison of HDPM with lisimeter measurements in young plants demonstrated the accuracy of both methods for the quantification of the transpiration in citrus, mainly as a tool for located irrigation. With HBM, precautions should be taken to minimize errors due to spurious variations of sap flow values along the morning or overestimation of the values during night. With HDPM, the occurrence of a natural thermal gradient in the branch or stem is an error source that causes underestimation and that should be taken into account for accurate estimations. HDPM has shown to be a reliable technique with advantages over HBM for its less complexes and lower cost. The use of dendrometric variables of the stem (the variation of the daily contraction, the maximum diameter and the minimum diameter), in the literature recommended as indicative of water stress, is problematic because of the complex relationship that they have with the soil water status, the atmospheric water demand and the size of the stem. The analysis of the evolution of the daily maximum diameter and also, of the mean diameter are potential indicative techniques of plant water stress. However, more profound studies under different soil moisture regimes, with imposition of severe drying of the soil, that also take into account specific response characteristics of citrus species to the soil water status and the atmospheric water demand are needed. The relative transpiration (RT), expressed by the relationship between the current transpiration and the maximum transpiration (calculated by unit of leaf area), was related to the soil water status variation. However, its relation with the analysis of the evolution of the maximum diameter of the stem was less stable.

Estudos de adubação nitrogenada em cana-de-açúcar normalmente se restringem em avaliar os efeitos no crescimento da parte-aérea. Há evidências de que a fertilização nitrogenada favorece o crescimento de raízes, a absorção de nutrientes e a produtividade da cultura. Objetivou-se com o trabalho avaliar o desenvolvimento de raízes e produtividade da cana-de-açúcar (SP81 3250) nos ciclos de cana-planta e 1ª soca. Foram conduzidos três experimentos, um em LATOSSOLO VERMELHO AMARELO eutrófico (LVAe) e outro em LATOSSOLO VERMELHO distrófico típico (LVd) (ambos de textura média) e um em LATOSSOLO VERMELHO eutrófico (LVe) argiloso. Na cana-planta os tratamentos constaram de doses de nitrogênio (N) de 40, 80 e 120 kg ha-1 e uma testemunha (sem N mineral), em blocos ao acaso, com quatro repetições. Na cana-soca cada parcela da cana-planta foi dividida em quatro subparcelas, às quais foram aplicadas doses de 50, 100 e 150 kg ha-1 N e uma testemunha. No 1º corte o sistema radicular foi avaliado em todos os tratamentos nos três solos. No 2º corte, o sistema radicular foi avaliado somente nas subparcelas dos tratamentos de plantio testemunha e 120 kg ha-1 N, no LVAe e LVd. Para o experimento no solo LVe, somente nas subparcelas testemunha e 150 kg ha-1 N das parcelas principais testemunha e 120 kg ha-1 N foi avaliado o sistema radicular da cana soca. A amostragem de raízes com sonda resultou em massa de raízes que não diferiu da avaliação em monólito, indicando que esse método pode ser usado para avaliações de raízes de cana-de-açúcar. A fertilização nitrogenada de plantio promoveu maior concentração de raízes até 0,2 m no LVd. No ciclo da cana-planta, no LVAe e no LVd houve crescimento pronunciado de raízes de outubro de 2005 a fevereiro de 2006, com redução da massa de fevereiro até a colheita, porém sem afetar o desenvolvimento da parte aérea. Em fevereiro, 20% do N acumulado na planta toda foi encontrado nas raízes, diminuindo para 5% na colheita como decorrência da redução da massa de raízes. As doses de N no plantio favoreceram o crescimento de raízes e a produtividade de colmos no LVAe e no LVe, e o acúmulo de sacarose no LVd. As doses de N na soqueira favoreceram a produtividade de colmos e açúcar nos três solos. No 1º corte, foi obtida maior produtividade de colmos (152 t ha-1) e menor massa de raízes (1,35 t ha-1) no LVe em relação ao LVAe e LVd (139 e 145 t ha-1 de colmos e 2,5 e 2,4 t ha-1 de raízes, respectivamente). Em relação ao 1º corte, a produtividade do 2º corte se manteve estável no LVd (120 t ha-1) e diminuiu drasticamente no LVe (80 t ha-1). Esse fato foi devido à pequena massa de raízes no LVe no 1º corte, tendo em vista que nas duas áreas ocorreu acentuado déficit hídrico em alguns meses antes e após o 1º corte. A adubação nitrogenada de soqueira favoreceu o crescimento de raízes somente no LVe, porém a massa de raízes diminuiu do 1º para o 2º corte, enquanto que no LVAe e no LVd a massa permaneceu constante. / Studies of nitrogen fertilization in sugarcane are usually restricted to evaluations of the effects on growth and productivity of the shoots. There are evidences that nitrogen fertilization favors the growth of roots, the absorption of nutrients and sugarcane productivity. This work was designed to evaluate root development and sugarcane productivity (SP81 3250) in the crop cycles of the cane-plant and of the first ratoon. Three experiments were conducted in a randomized blocks design, with four replications, in three different soils, a Typic Eutrustox (TE) and an Arenic Kandiustults (AK) (both of medium texture), and a clayey Rhodic Eutrustox (RE). Treatments for the cane-plant were nitrogen (N) rates of 0, 40, 80 and 120 kg ha-1 N. In the first ratoon crop each plot of cane-plant was split in four subplots to which rates of 0, 50, 100 and 150 kg ha-1 of N was applied. In the first harvest, the root system was evaluated in all of the treatments applied on the three soils (TE, AK and RE), whereas in the second harvest the root system was evaluated only for the subplots of the planting treatments control and 120 kg ha-1 N in TE and AK. For the experiment in the RE soil, only control and 150 kg ha-1 N subplots of the control and 120 kg ha-1 N main plots had the ratoon root system evaluated. The sampling of roots with probe resulted in a mass of roots that did not differ from the monolith evaluation, indicating that this method can be used for the evaluation of sugarcane roots. Nitrogen fertilization at planting resulted in a higher concentration of roots in the top 0.2 m in AK. There was a pronounced growth of roots in TE and in AK from October, 2005 to February, 2006, and a reduction of the mass from February until harvest; however development of the above ground part of the plant was not affected. Until February, about 20% of accumulated N in the whole plant was found in the roots, decreasing to 5% at harvest, as a consequence of root mass reduction. The N rates applied to the cane-plant favored the roots growth and crop productivity in TE and RE, and the sucrose accumulation in AK. The rates of fertilizer-N in the ratoon favored the productivity of stalks and sugar yield in the three soils. In the first harvest, it was obtained a larger productivity of stalks (152 t ha-1) and a smaller mass of roots (1.35 t ha-1) in RE in relation to TE and AK (139 and 145 t ha-1 of stalks and 2.5 and 2.4 t ha-1 of roots, respectively). The productivity of the second harvest was similar to that of the first harvest in AK (120 t ha-1), but it decreased drastically in RE (80 t ha-1), as a consequence of the small mass of roots in RE in the first harvest, attributed to a high water deficit in the months prior to and after harvest. Nitrogen fertilization applied after the first harvest influenced root growth only in the RE soil; however the mass of roots decreased from the first to the second harvest while in the TE and AK soils the root mass remained constant.

O experimento foi conduzido na Universidade de São Paulo, durante os anos de 2011e 2012, em Piracicaba, estado de São Paulo. Foram utilizados dez genótipos contrastantes, sendo nove destinados ao cultivo em terras altas (dois modernos e sete tradicionais) e um ao sistema irrigado (moderno). Os genótipos foram cultivados em vasos e mantidos sem restrição hídrica dentro de casa de vegetação até a emissão da folha bandeira. Após a emissão da folha bandeira, oito vasos de cada genótipo contendo uma planta foram mantidos dentro de uma câmara de crescimento (fitotron) sob condições climáticas rigorosamente controladas durante oito dias. Nesse período, quatro vasos foram mantidos com estresse e quatro sem. Após cinco e seis dias, foram avaliadas as taxas de assimilação (A), condutância estomática (gs), concentração interna de CO2 (Ci), transpiração (E), eficiência de uso da água (EUA) e conteúdo hídrico foliar relativo (CHF). Após sete dias, foram realizadas as curvas de respostas à alteração da intensidade luminosa, onde foram determinados a A, gs, Ci, E e CHF. Após oito dias, foram realizadas as curvas de resposta à alteração de CO2, onde foram determinados a limitação estomática (Ls) e metabólica (Lm), condutância mesofílica (gm) e atividade da Rubisco (Vcmax e Jmax). Aos 5 e 6 dias, constatou-se que, na condição de menor disponibilidade hídrica, o genótipo moderno \'BRS-Primavera\' apresentou os menores valores de A, gs, Ci, E e CHF, e o genótipo tradicional \'Douradão\' os maiores valores. O Genótipo moderno \'BRS-Cirrad\' também apresentou baixos valores para essas variáveis. Os demais genótipos apresentaram comportamento semelhante. Na condição de maior disponibilidade hídrica, os genótipos modernos (\'BRS-Cirrad\', \'BRS-Curinga\' e \'BRS-Primavera\') apresentaram os maiores valores de A, gs, Ci, E e CHF. Os genótipos tradicionais apresentaram comportamento semelhante entre si. Avaliando o mesmo genótipo sob as duas condições de disponibilidade hídrica, observou-se que os genótipos modernos apresentaram grandes reduções de A, gs e E em relação aos tradicionais. Constatou-se que o ajuste da gs influenciou fortemente todas as variáveis observadas, e que a EUA não apresentou boa correlação com a taxa fotossintética. Nas curvas de luz, observou-se que os genótipos modernos apresentaram comportamento superior aos tradicionais na condição de maior disponibilidade hídrica e semelhante na menor condição, evidenciando forte efeito da gs sobre as taxas de A e E em todos genótipos. Nas curvas de CO2, foi observado que na condição de menor disponibilidade hídrica, os genótipos modernos apresentam Lm e Ls superiores e Vcmax, Jmax e gm similares aos tradicionais. Na condição de maior disponibilidade hídrica, os genótipos modernos (\'BRS-Cirrad\' e \'BRS-Curinga\') apresentaram maiores valores de Vcmax e Jmax e menores valores de Ls. Os genótipos modernos apresentam maior capacidade fotossintética na condição de maior disponibilidade hídrica, no entanto, quando submetidos à condição de menor disponibilidade apresentaram elevadas reduções em relação aos genótipos tradicionais. / The experiment was carried out at University of São Paulo, during the years 2011 and 2012, in Piracicaba, State of São Paulo. Ten contrasting genotypes were used, nine to be cultivated on uplands (two modern and seven traditional) and one (modern) for lowlands (irrigated area). The genotypes were grown in pots and kept without water restriction in the greenhouse until the issue of the flag leaf. After the flag leaf issuance, eight pots of each genotype containing one plant were kept inside of a growth chamber (phytotron) under strictly controlled climatic conditions during eight days. During this period, four pots were kept with water stress and four without. After five and six days, assimilation rate (A), stomatal conductance (gs), internal CO2 concentration (Ci), transpiration (E), water use efficiency (WUE) and relative leaf water content (RWC) were evaluated. After seven days, responsiveness curves according to light intensity changes were done, which A, gs, Ci, E and RWC were determined. After eight days, responsiveness curves according to CO2 changes were done, which stomatal (Ls) and metabolic limitation (Lm), mesophyll conductance (gm) and Rubisco activity (Vcmax and Jmax) were determined. After five and six days, it was found that, on condition of low water availability, the modern genotype \'BRS-Primavera\' showed the lowest values of A, gs, Ci, E and CHF, and \'Douradão\' (traditional genotype) the highest values. \'BRSCirrad\' (modern genotype) cultivar also showed low values for these variables. Other genotypes showed similar behavior. At condition of the greater water availability, \'BRS-Cirrad\', \'BRS-Curinga\' and \'BRS-Primavera\' (modern genotypes) showed the highest values for A, gs, Ci, E and CHF. The traditional genotypes behaved similarly to each other. Evaluating the same genotype under two water availability conditions, it was observed that modern genotypes showed large reductions of the A, gs, and E as compared to traditional. It was found that the adjustment of gs influenced strongly all observed variables, and the WUE did not show good correlation with photosynthetic rate. On the light curves, the modern genotypes presented superior performance than traditional under largest water availability and similar in lower water availability condition, showing strong effect of gs on rates of A and E in all genotypes. On the CO2 curves, under lower water availability condition, it was observed that the modern genotypes presented superior values of Lm and Ls, and similar values of Vcmax, Jmax and gm when compared to traditional genotypes. Under higher water availability, the modern genotypes (\'BRS-Cirrad\' and \'BRS-Curinga\') presented higher values of Vcmax and Jmax and lower values of Ls. The modern genotypes presented higher photosynthetic capacity under high water availability, however, when subjected to the condition of low water availability showed high reductions compared to traditional genotypes.

Embora a água seja o componente mais abundante na natureza, ela é o fator limitante mais comum para o desenvolvimento das plantas. O estresse hídrico é um dos principais fatores abióticos que afeta os organismos vivos, incluindo as plantas epífitas. Esse sinal ambiental atua fortemente e seletivamente sobre a sobrevivência dessas plantas. Algumas espécies vegetais possuem a capacidade de alterar seu metabolismo fotossintético, sendo induzidas ao metabolismo ácido das crassuláceas (CAM) em resposta a escassez d\'água. Vriesea gigantea é uma bromélia C3 tanque-epífita que pode estar sujeita a variações ambientais, como a sazonalidade hídrica. A expressão facultativa do CAM pode ser de extrema importância para essa bromélia lidar com a restrição hídrica sazonal. O CAM é uma adaptação caracterizada principalmente pela fixação do carbono atmosférico durante a noite por meio da enzima fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC). Em decorrência do fechamento estomático na maior parte do dia, a eficiência no uso da água das plantas CAM é maior do que a das plantas que realizam as fotossínteses C3 ou C4. O CAM pode ser expresso em diferentes intensidades o que levou à caracterização de diversos tipos de CAM, como o C3-CAM facultativo. Estudos sobre o metabolismo fotossintético com Vriesea gigantea são raros na literatura. Apesar de V. gigantea ser considerada uma planta C3 na literatura, resultados preliminares obtidos em nosso laboratório, utilizando folhas destacadas, sugeriram que essa espécie seria CAM-\"cycling\" quando bem hidratada e sob déficit hídrico passaria a expressar o CAM-\"idling\" na porção apical das folhas. Portanto, tendo em vista essa aparente contradição, nos propusemos a fazer um estudo mais aprofundado sobre o comportamento fotossintético de V. gigantea . Para tanto, plantas dessa espécie (± 4 anos de idade) foram submetidas ao déficit hídrico por 7, 14 ou 21 dias por meio da suspensão de rega no tanque. Após o tratamento, as folhas dessa bromélia foram separadas em 3 grupos: jovens (G1) ( 1º ao 7º nó), intemediárias (G2) (8º ao 14º nó) e maduras (G3) (15º ao 21º nó). Os parâmetros utilizados para a análise da expressão do CAM foram as atividades das enzimas fosfoenolpiruvato carboxilase (PEPC) e malato desidrogenase (MDH), juntamente com o acúmulo noturno de ácidos orgânicos (malato e citrato) nos diferentes grupos e porções foliares (ápice, mediana e base). Para melhor compreensão do metabolismo fotossintético, foi realizado um ciclo complementar de 24 horas, detalhando melhor a dinâmica do malato e citrato nas folhas de V. gigantea no 21º dia de deficiência hídrica. Para conhecer o \"status\" hídrico das plantas, foram determinados o potencial hídrico e o teor relativo de água (TRA) por meio das análises de massa fresca, massa túrgida e massa seca. Ao final do período de 21 dias de suspensão de rega, as plantas alcançaram o nível mais baixo de potencial hídrico o qual se estabilizou, indicando que V. gigantea possivelmente estava sob estresse hídrico. A queda do TRA já tinha sido observada, no entanto, a partir do 14º dia de déficit hídrico, sendo mais intenso no 21º dia. Notou-se uma tendência de remobilização hídrica entre os tecidos foliares dessa planta, principalmente de folhas maduras (G3) para folhas jovens (G1). Após 21 dias de deficiência hídrica, as atividades enzimáticas de PEPC e MDH apresentaram um comportamento que não seguiu um padrão de expressão característico do CAM, ou seja, uma alta atividade noturna de PEPC e MDH em situação de deficiência hídrica. A princípio, encontrou-se um acúmulo noturno de ácidos orgânicos (malato e citrato) no grupos foliares G1, G2 e G3 ao longo dos 21 dias de tratamento. Entretanto, foi observado no ciclo de 24 horas de acúmulo de ácidos orgânicos, que essa variação de malato e citrato encontrada inicialmente, era decorrente de pequenas flutuações e que estas não estariam relacionadas ao CAM. Assim, sugere-se que V. gigantea não utilize o CAM como estratégia de evitação à seca. Conjuntamente, observou-se um acúmulo de açúcares solúveis ao longo do ciclo de 24 horas em todas as porções foliares, indicando que Vriesea gigantea apresenta, talvez, mecanismos eficientes de abaixamento de seu potencial hídrico, acumulando compostos que possuem função osmoreguladora (glicose e frutose, por exemplo). Essa estratégia pode ser considerada como um mecanismo importante que ajudaria a tolerar o período de estresse hídrico de 21 dias de suspensão de rega no tanque / Although water is the most abundant component in nature, it is also the most common limiting factor for plant growth. Drought stress is a major abiotic factor that affect living organisms, including epiphytes. This environmental signal acts strongly and selectively on the survival of plants. Some plant species have the ability to change their photosynthetic metabolism, being induced to crassulacean acid metabolism (CAM) in response to water shortage. Vriesea gigantean is a C3 epiphyte tank bromeliad that may be subject to environmental variations such as the water seasonality. The facultative expression of CAM can be extremely important for this bromeliad deal with seasonal water restriction. CAM is an adaptation characterized mainly by the fixation of atmospheric carbon overnight by phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC), to power photosynthesis during daytime with closed stomata. As a result, the water use efficiency of CAM plants is higher than that of the plants that perform photosynthesis C3 or C4. CAM can be expressed in different intensities leading to the characterization of various types of CAM, such as C3-CAM facultative. Studies on the photosynthetic metabolism with Vriesea gigantean are rare in the literature. Although V. gigantean is considered a C3 plant, preliminary results obtained in our Laboratory using detached leaves suggested that this species would become CAM-cycling when well hydrated, while under water deficit it would express CAM-idling in the apical portion of the leaves. Therefore, in light of this apparent contradiction, we set out to further study the photosynthetic behavior of V. gigantean. Plants of this species (± 4 years) were submitted to drought for 7, 14 or 21 days by suspending watering in the tank. After the treatment, the leaves of this bromeliad were separated into 3 groups: young (G1) (1st to 7th node), intermediate (G2) (8th to 14th node) and mature (G3) (15th to 21th node). The parameters used for the analysis of CAM expression were the activities of the enzymes phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) and malate dehydrogenase (MDH), along with nighttime accumulation of organic acids (malate and citrate) in the different groups and leaf portions (apex, middle and base). To better understand the photosynthetic metabolism, there was a complementary 24-hour cycle, further detailing the dynamics of malate and citrate in V. gigantean leaves on the 21st day of water stress. To evaluate the water status of the plants, water potential and relative water content (TRA) were determined, the latter through the fresh, turgid and dry weight analysis. At the end of 21 days of watering suspension, the plants reached the lowest level of water potential, indicating that the plants were under drought stress. The drop in the TRA had already been noted, however, from the 14th day of water stress, intensifying in the 21th day. A tendency of water remobilization among the leaf tissues of the plant, especially from mature leaves (G3) to young leaves (G1) was observed. After 21 days of drought, the enzymatic activities of PEPC and MDH showed a behavior that did not follow a characteristic pattern of expression of CAM, i.e. a high nocturnal activity of PEPC and MDH in water stress situation. Initially it was found a nighttime accumulation of organic acids (citrate and malate) on the leaf groups G1, G2 and G3 during the 21 days of treatment. However, it was observed in a 24-hour quantification of organic acids that the variation of malate and citrate concentrations found initially was due to small fluctuations probably unrelated to CAM. Thus, it is suggested that V. gigantean can not undergo CAM as an avoidance strategy to drought. We observed an accumulation of soluble sugars over the 24 hour cycle in all leaf portions, indicating that Vriesea gigantean has perhaps efficient mechanisms to lower its water potential by accumulating compounds with osmorregulator function (glucose and fructose, for example). This strategy can be seen as an important mechanism that helps tolerate water stress during 21 days of watering suspension in the tank

O objetivo deste estudo foi quantificar a produtividade de biomassa e energia (parte aérea), bem como a produtividade da água (PA) em 24 variedades de cana-de-açúcar, submetidas à irrigação plena e ao déficit hídrico, durante o estádio de crescimento dos colmos. Foram instalados dois experimentos, em casa de vegetação, na área do Departamento de Engenharia de Biossistemas da ESALQ/USP, Piracicaba, SP. O Experimento-1 avaliou dez variedades de canade- açúcar em solo de textura argilosa (RB835054, RB855453, RB855536, RB925211, RB867515, SP89-1115, SP81-3250, CTC14, CTC8 e CTC6) e o Experimento-2, quatorze variedades em solo de textura franco-arenosa (RB925345, RB855156, RB966928, RB72454, RB92579, IACSP95- 5000, Caiana, SP83-2847, SP90-3414, SP79-1011, CTC17, CTC15, CTC9 e CTC2). Para ambos os experimentos foram adotadas duas formas de manejo da irrigação: T100 - irrigação plena com reposição de 100% da evapotranspiração da cultura (ETc), mantendo-se o solo com umidade próxima a capacidade de campo, e T70 - irrigação com 70% da lâmina de reposição de T100. A diferenciação das irrigações iniciou-se aos 101 dias após o corte (DAC) da cana-planta, correspondendo ao final do perfilhamento intenso e inicio da fase de crescimento dos colmos (1ª soca). Observou-se variação na produtividade da água em biomassa fresca de colmos (PABFC) na ordem de 16,22 a 29,21 kg m-3 em função das variedades e dos manejos de irrigação aplicados. Destacaram-se as variedades CTC6, CTC14, RB867515, SP81-3250 e RB92579, em T100, e as variedades CTC6, CTC14 e SP90-3414, em T70. Em termos de produtividade da água em biomassa de açúcar total recuperável (PABATR), observou-se variação entre 1,95 e 3,84 kg m-3, destacando-se as variedades CTC6 e RB92579 (T100) e as variedades RB835054 e RB966928 (T70). A produtividade da água em biomassa seca total da parte aérea (PABTPA) variou entre 6,98 e 11,94 kg m-3 com destaque para as variedades RB92579 e SP81-3250 (T100), e SP90-3414 e SP81-3250 (T70). Para a produtividade da água em energia total (PATOT), verificou-se variação entre 101,17 e 174,65 MJ m-3, com melhores desempenhos para as variedades SP81-3250, CTC6, CTC17 e RB92579 (T100), e SP90-3414, SP81-3250 e CTC6 (T70). / The purpose of this study was to observe the response on biomass yield and energy (shoot) as well as the water productivity (WP) for 24 sugarcane varieties, subjected to full and deficit irrigation during stalk growth stage. Two experiments were established under greenhouse conditions on Biosystems Engineering Department, ESALQ/USP, Piracicaba, SP. The Experiment - 1 evaluated ten varieties on a clay soil (RB835054, RB855453, RB855536, RB925211, RB867515, SP89-1115, SP81-3250, CTC14, CTC8 e CTC6) and the Experiment - 2, fourteen varieties on a sandy-loam soil (RB925345, RB855156, RB966928, RB72454, RB92579, IACSP95-5000, Caiana, SP83-2847, SP90-3414, SP79-1011, CTC17, CTC15, CTC9 e CTC2). In both experiments were adopted two forms of irrigation management: T100 - full irrigation with 100% crop evapotranspiration replacement, maintaining soil moisture near field capacity, and T70 - irrigation with 70% of water depth applied in T100. The differentiation of irrigations was initiated at 101 days after harvest (DAH) of cane-plant, corresponding to the end of tillering and the beginning of intense stalk growth phase (first ratoon). It was observed variation in water productivity of stalk fresh biomass (WPSFB) from 16.22 to 29.21 kg m-3, according of the varieties and irrigation management applied. The highest values were observed in varieties CTC6, CTC14, RB867515, SP81-3250 and RB92579, full irrigation conditions (T100), and CTC6, CTC14 and SP90-3414, deficit irrigation conditions (T70). The water productivity of total recoverable sugar (WPTRS) ranged from 1.95 to 3.84 kg m-3, highest values were observed in varieties CTC6 and RB92579 (T100), as well as RB835054 e RB966928 (T70). For water productivity of total shoot dry biomass (WPTSDB) ranged from 6.98 to 11.94 kg m-3 with better performance observed in varieties RB92579 and SP81-3250 (T100), as well as SP90-3414 and SP81-3250 (T70). The water productivity of total energy (WPTE) varied from 101.17 to 174.65 MJ m-3 with highest values in varieties SP81-3250, CTC6, CTC17 and RB92579 (T100), as well as SP90-3414, SP81-3250 and CTC6 (T70).