Fisiologia Vegetal
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Item Bases fisiológicas e moleculares em cianobactérias em resposta a presença de arsênio(Universidade Federal de Viçosa, 2023-12-15) Almeida, Allan Victor Martins; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/5605331353460376As cianobactérias são bactérias gram-negativas, que realizam fotossíntese oxigênica e possuem uma grande variação morfológica. Elas ainda apresentam uma grande diversidade metabólica e fisiológica, permitindo que colonizem uma gama de habitats aquáticos e terrestres. Em muitos destes ambientes ocorre a presença e acúmulo de diversos metais pesados, bem como de outros elementos tóxicos, como o arsênio (As). O As é encontrado naturalmente no ambiente, mas, nos últimos anos, tem ocorrido um aumento em suas concentrações em decorrência predominantemente da mineração. Devido à sua diversidade metabólica, as cianobactérias são capazes de habitarem ambientes contaminados com As, e também participam do ciclo biogeoquímico desse elemento. Cumpre mencionar que, ao longo do processo evolutivo, as cianobactérias desenvolveram diversas estratégias de resistência e tolerância ao As, incluindo múltiplas biotransformações deste elemento. Alterações morfológicas, fisiológicas e bioquímicas também estão envolvidas na resposta ao estresse por As. Neste contexto, o operon ars (arsBHC) responde pelo principal mecanismo de resistência ao As em cianobactérias: arsC codifica para uma redutase do arsenato, ao passo que arsB ou acr3, codificam uma permease do arsenito. Ressalta-se ainda que, dentre as diferentes morfologias apresentadas por cianobactérias, morfotipos filamentosos parecem possuir uma menor tolerância ao As quando comparadas a linhagens unicelulares. Porém, pouco se sabe sobre qual(is) fator(es) permitem às cianobactérias unicelulares apresentarem essa maior tolerância. Desta forma, o estudo de linhagens de cianobactérias diversas, incluindo as isoladas de ambientes contaminados por As, pode ajudar a elucidar alguns processos e também desvendar novos mecanismos relacionados a essa resistência/tolerância diferencial. Neste estudo, três organismos isolados de ambientes hostis foram identificados e classificados. Também se examinou o crescimento, as alterações metabólicas, fisiológicas e morfológicas de seis cianobactérias expostas a duas concentrações de arsenito. Destaca-se a notável flexibilidade desses organismos em colonizar ambientes contaminados com arsênio, evidenciando sua capacidade de resposta mesmo em altas concentrações desse elemento. Algumas linhagens conseguiram manter ou recuperar padrões de crescimento próximos às condições controle, ressaltando a presença de mecanismos eficientes na mobilização do arsênio. Percebe-se, também, que a produção de um polímero celular externo (EPS) e o aumento nos padrões de agregação celular e tricomas são respostas comuns à exposição ao arsenito, indicando um papel na redução da mobilidade e contato do arsênio com as células. Este estudo fornece insights sobre como o metabolismo desses organismos é afetado pelo arsênio, revelando padrões de resposta que podem ser explorados em estudos futuros. A coleta, identificação e caracterização desses organismos isolados de ambientes contaminados são de grande importância, destacando o potencial uso iotecnológico dessas cianobactérias em ambientes afetados por arsênio. Além disso, o entendimento de seu metabolismo nessas condições contribui para diversas áreas científicas. Palavras-chave: arsênio, cianobactérias, filogenia, metabolismo, morfologia.Item Evaluation and toxicity of iron and manganese in lettuce (Lactuca sativa L.): bioaccumulation and oxidative damage(Universidade Federal de Viçosa, 2023-03-01) Kelechi, Blessing Jumoke; Oliveira, Juraci Alves deThe disaster with the Fundao dam in Mariana, MG, Brazil, launched tons of iron ore tailings into the environment, which elevated the levels of iron and manganese in the mining area. Thus, it is imperative to understand how these metallic elements pollutant can buildup in lettuce and also the oxidative damage this pollutant can cause to the lettuce plant. Therefore, we investigated the bioaccumulation, the toxicity symptoms and the oxidative damage of this elements on lettuce. The specimens were subjected to four treatments: control (nutrient solution only); Fe (5 mM Fe-EDTA); Mn (4 mM MnCl 2 ); Fe + Mn, which were assessed at 2 nd day of exposure to treatments. Physiological and biochemical related analysis were performed. The results showed that lettuce plants cannot undergo Fe and Mn metal stress without showing toxicity symptoms. Although the toxicity exhibited by Fe treated plants was more severe than Mn treated plant. Also, the accumulation of the elements in the plant was not altered by their association, it has cumulative effects on the plant and are not competitive in the absorption process. The translocation of Fe from the roots to the leaves was high meanwhile Mn translocation to the leaves was low. Furthermore, a remarkable antioxidant enzymes activity was observed in all treatments but the ROS produced due to the oxidative stress could not be scavenge which led to oxidative damage especially in the Fe isolated and combined treated plants compared to Mn treated plant. Keywords: Reactive oxygen species. Oxidative stress. Antioxidant enzymes. Mining residue.Item Understanding the functional role of the organic acids for stomatal movements and stress responses in Arabidopsis thaliana(Universidade Federal de Viçosa, 2022-12-07) Oliveira, Hellen Oliveira de; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/7701034920867154Organic acids (OAs) are central to cellular metabolism performing several functions: beyond their role as intermediates of the tricarboxylic acid cycle and precursors for the biosynthesis of other molecules, they are also a predominant part of root exudates, modulators of redox states between cellular compartments, and key regulators in the response of guard cells to environmental stimuli. In this thesis, we present distinct aspects of the complex regulation of OAs and how their transport mediates stomatal movements in guard cells. We initially summarize the current molecular advances underlying the complex regulation of stomatal development and movements to dynamic environmental conditions. In doing so, we were able to showcase that (i) stomatal closure in response to abscisic acid (ABA) depends on the disassembly of microtubules by the degradation of a stabilizing protein during the stomatal opening, (ii) sucrose supply in short days results in the accumulation of an conserved energy sensor kinase that promotes stomatal development, and (iii) that production of a non-protein amino acid gamma-aminobutyric acid (GABA) is necessary to reduce stomatal opening and transpirational loss through down-regulation of a vacuolar anion transporter (ALMT9) of stomatal cells in response to drought. In chapter 3, we addressed the importance of OAs for plant performance in the context of mitochondrial and guard cell metabolism under abiotic stress conditions. Accordingly, we reviewed the role of OAs as root chelating agent, in biosynthesis of stress signaling and osmoregulatory solutes during stomatal movements. We conclude that plants use different mechanisms to regulate and accumulate OAs, depending on the cell organ, cell compartment, and stress condition, allowing the proper functioning of physiological and biochemical responses in plants following stress conditions. In chapter 4, to obtain a more comprehensive picture of the vacuolar transport of OAs in guard cells, we analyzed how the impaired malate accumulation impacts effects on stomatal behavior, photosynthetic capacity and primary metabolism in leaves of plants with individual and combined repression of tonoplast dicarboxylate transporter (tDT), ALMT6 and ALMT4 channels. Briefly, the results presented here provide evidence on (i) the inefficiency of stomatal opening caused by ALMT6 repression in almt6, almt6 tdt-1 and almt6 almt4 lines suggesting that, ALMT6 compensates for vacuolar malate transport in guard cells upon tDT repression with respect to the stomatal opening. However, tDT and ALMT4 are important in the proper storage of dicarboxylates in the vacuole of mesophyll cells. In addition, (ii) we also observed that almt6 almt4 plants maintained growth by increasing dark respiration and sugar accumulation, whereas in almt6 and almt4 plants this accumulation maintained respiration rates, with unchanged and impaired growth, respectively; (iii) repression of ALMT6 and ALMT4 channels led to slower stomatal kinetics and lower stomatal conductance, highlighting the importance of ALMT6 for stomatal opening, and that non-functional ALMT4 likely downregulates the activity of other ion and solute transport channels in guard cells during stomatal opening. Despite that, we did not observe effects on stomatal behavior under high CO 2 , and, as a result, all mutants were responsive to ABA during stomatal closure, indicating the possible activity of OAs and other ion channels in the guard cell plasma membrane. Future analyses are required to determine if alternative ALMT family members and/or others ions transporters are functioning at guard cell transcriptional levels. This input knowledge will be necessary for a better understanding of the mechanisms used to bypass the impaired accumulation of organic acids in these plants. Keywords: Environmental stress. Mitochondrial metabolism. Vacuolar transport. Organic acids. Respiration. Stomata.Item Papel da autofagia nas respostas à acidez e ao fotoperíodo em Arabidopsis thaliana(Universidade Federal de Viçosa, 2022-08-23) Gonçalves, Julia de Paiva; Araújo, Wagner Luiz; http://lattes.cnpq.br/7717713871210592Devido à sua natureza séssil, as plantas são repetidamente submetidas a vários e distintos estresses ambientais. Tais estresses, ainda que moderados, são capazes de desencadear respostas prejudiciais ao crescimento vegetal causando perdas no rendimento produtivo. Em plantas submetidas a distintos estresses abióticos, a autofagia apresenta-se como um dos principais sistemas proteolíticos de atenuação dos danos. A autofagia é governada pelos denominados genes relacionados à autofagia (ATG), e está envolvida na degradação e reciclagem de constituintes citoplasmáticos, através de seu sequestro até o vacúolo. Neste trabalho, investigou- se como e em que extensão a autofagia participa das respostas (i) ao ambiente ácido e (ii) a flutuações no fotoperíodo. Para tanto, alterações fisiológicas e metabólicas ocasionadas pela deficiência do processo autofágico (mutantes atgs) em Arabidopsis thaliana submetidas a tais estresse foram avaliadas. Na primeira parte, observou-se que o gene ATG5 participa ativamente das repostas ao ambiente ácido e sua ausência culmina em danos oxidativos severos, quando comparado às plantas deficientes para o gene ATG7, que lidam de forma mais efetiva com o estresse ácido através do aumento da expressão da oxidase alternativa (AOX). Em conjunto, os resultados sugerem que o pH ácido do meio induz a senescência, principalmente em mutantes com deficiência do processo autofágico. Em síntese, a autofagia está aparentemente relacionada às respostas a condição ácida mediando a interrupção da senescência precoce. Na segunda parte deste trabalho, investigou-se como a autofagia participa na sincronização dos ritmos circadianos e sua relação com o metabolismo em resposta a flutuação no fotoperíodo (dias curtos e dias longos). De modo geral, a deficiência no processo autofágico levou à dessincronização do relógio circadiano, alterando o padrão de expressão de genes centrais envolvidos na regulação do ritmo circadiano em função da variação no fotoperíodo. Além disso, o fotoperíodo parece também coordenar a expressão de genes autofágicos, o que consequentemente ocasiona variações no metabolismo energético das plantas. Tomadas em conjunto, essas alterações metabólicas e moleculares culminam em maiores níveis de clorofila e maior fotossíntese em dias longos que se traduzem em maior crescimento e área foliar, quando comparado aos dias curtos. Assim, a autofagia é importante na sincronicidade do relógio em relação ao crescimento da parte aérea das plantas. Coletivamente, os resultados obtidos indicam a significância da autofagia nas respostas ao estresse ácido bem como na modulação e ajuste dos ritmos circadianos em plantas. Trabalhos futuros serão ainda necessários para esclarecer como e em que extensão essa aparente reprogramação metabólica e molecular modula as respostas vegetais à acidez do solo em condições de flutuação no fotoperíodo. Palavras-chave: Acidose; Fumarato; Regulação gênica; Ritmo circadiano; Senescência.Item Participação do silício nos processos de absorção, translocação e atenuação da toxicidade do arsênio em alface (Lactuca sativa L.)(Universidade Federal de Viçosa, 2022-08-18) Gomes Filho, Antonio Aristides Pereira; Oliveira, Juraci Alves de; http://lattes.cnpq.br/1614120466800601O arsênio (As) causa a superprodução de espécies reativas de oxigênio (EROs) que acarreta danos em todo o metabolismo vegetal. Plantas contaminadas representam sério risco à saúde, visto que o consumo de alimentos contaminados é uma das formas de intoxicação em seres humanos. O silício é um elemento benéfico para plantas e reconhecido por aliviar o estresse abiótico, incluindo o estresse por As. Portanto, buscamos avaliar o efeito do silício, iônico e nanoparticulado, na mitigação do estresse por As em alface. Para isso, plantas de alface foram cultivadas hidroponicamente por 40 dias e, após aclimatação por 5 dias, foram submetidas a 50 μM de arsenito (As III ) e arsenato (As V ) e 2 mM de silício iônico (Si) e silício nanoparticulado (SiNP) durante dois períodos de exposição (24 e 72 h). Foram realizadas análises relacionadas a anatomia, fotossíntese e bioquímica dessas plantas. Os resultados mostraram que o As, tanto As III quanto As V , causa efeitos negativos sobre todos os parâmetros avaliados e ambas as formas de silício foram capazes de diminuir o estresse por As, por meio da diminuição da absorção e da concentração nas folhas, melhoria nos aspectos anatômicos e modulação da maquinaria antioxidante, onde se destaca uma reduzida peroxidação lipídica. Além disso, contatamos que nanopartículas de silício são tão eficientes quanto a forma iônica na diminuição do estresse por As. Palavras-chave: Estresse oxidativo. Sistema antioxidante. Nanopartículas de silício.Item Respostas bioquímicas e ecofisiológicas em plantas de cubiu (Solanum sessiliflorum) submetidas a limitação hídrica(Universidade Federal de Viçosa, 2022-02-17) Silva, Lucas Eduardo Realto da; Araújo, Wagner L.; http://lattes.cnpq.br/5352300056949694As mudanças climáticas, cada vez mais explícitas, trazem sérios riscos a agricultura em geral, uma vez que frequentemente são registrados aumentos de temperaturas globais e diminuição, ou até mesmo ausências, de períodos chuvosos. Dessa forma, a busca por materiais que atendam tanto a necessidade de alta produção como também apresente tolerância a situações ambientais desfavoráveis ao desenvolvimento vegetal é cada vez mais demandadas para inserção na agricultura. Solanum sessiliflorum é uma planta herbácea que possui sistema radicular bem desenvolvido e frutos de características mescladas de tomate e berinjela e com grande potencial para exploração comercial. Outra característica interessante de plantas dessa espécie é que sua base genética é ampla, com grande rusticidade e ainda pouco estudada. Dessa forma, S. sessiliflorum é uma excelente candidata para busca de genes que possam ser utilizadas no melhoramento de Solanaceaes já consagradas na agricultura ou até mesmo sua própria inserção no mercado. Por essas e outras características, surgiu o interesse de estudar essa espécie que pode servir como rota de escape para driblar a homeostase imposta por sucessivos ciclos de melhoramento genético vegetal em plantas agrícolas, em especial as Solanaceaes. Sendo assim, este trabalho buscou caracterizar as respostas ecofisiológicas e bioquímicas de S. sessiliflorum submetidas a limitação hídrica e assim ampliar o entendimento do comportamento da cultura em situação de estresse abiótico e futuramente utilizar essas informações em programas de melhoramento e biotecnológicos. A partir das análises realizadas constatou-se que a limitação hídrica afeta processos essenciais como trocas gasosas e metabolismo, alguns em maior magnitude, refletindo principalmente em retardo no desenvolvimento e menor crescimento. No entanto, verificou-se que a reidratação dos tecidos vegetais levou a respostas positivas aos parâmetros avaliados, podendo indicar a não ocorrência de danos severos durante o período de limitação hídrica.Palavras-Chave: Déficit Hídrico. Solanaceae. Trocas gasosas. Metabolismo primário.Item Como a elevada [CO 2 ] pode impactar o desempenho hidráulico e as relações hídricas de cafeeiros cultivados sob diferentes intensidades de luz?(Universidade Federal de Viçosa, 2022-03-11) Oliveira, Ueliton Soares; Damatta, Fábio Murilo; http://lattes.cnpq.br/4616118405211839O café é uma espécie originalmente de sombra que foi melhorada para o cultivo a pleno sol, com produções de grãos normalmente maiores nessa condição que à sombra. Entretanto, é uma planta sensível às variações ambientais e mais recentemente tem sido classificada como potencialmente vulnerável às mudanças climáticas globais em curso. Atualmente, há um debate crescente sobre a utilização de sombreamento de cafeeiros como uma estratégia de grande potencial para minimizar os efeitos negativos das mudanças climáticas. Informações recentes também sugerem que a elevação da concentração atmosférica de CO 2 (eC a ) pode mitigar os efeitos de vários estresses abióticos, , como a seca e o calor. Hipotetizou-se aqui que a combinação de diferentes disponibilidades de luz e de CO 2 impactaria a performance fotossintética (e o ganho de biomassa) do cafeeiro via ajustes na sua arquitetura hidráulica, e que tais ajustes seriam mais contundentes em plantas sob alta irradiância, em função da maior demanda hídrica das plantas a pleno sol. Para testar essa hipótese, plantas de café foram cultivadas em vasos de 12 L dentro de câmaras de topo aberto num ambiente controlado de casa de vegetação. As plantas foram submetidas a duas concentrações de CO 2 : ambiente (ca. 457 ppm) ou elevada (ca. 704 ppm) e dois níveis de luz: alta luminosidade (ca. 9 mol de fótons m - dia -1 ) e baixa luminosidade, i.e. restrição de 89% da luz (ca. 1 mol de fótons m -2 dia -1 ). Indivíduos de ca. 12 meses foram utilizados para a avaliação de trocas gasosas, parâmetros hidráulicos e anatômicos, status hídrico, alguns metabólitos e morfologia do sistema radicular. A fertilização com CO 2 e a maior disponibilidade de luz aumentaram o ganho de biomassa e a taxa de assimilação líquida de CO 2 (A), e esses incrementos foram afetados pela interação entre os fatores CO 2 e luz, com efeitos (aumentos) mais marcantes nas plantas ao sol. Observou-se maior condutância estomática nas plantas ao sol que nos indivíduos à sombra. Em adição, verificou-se maior condutância estomática nas plantas ao sol sob eC a , o que foi associado a ajustes hidráulicos e morfológicos em nível de folha e de planta inteira, coordenados com o maior desenvolvimento do sistema radicular associado a uma maior capacidade de transporte de água para a parte aérea; em conjunto, tais ajustes devem ter contribuído para um melhorbalanço hídrico, explicando pelo menos em parte os incrementos observados em A e no acúmulo de biomassa, especialmente nas plantas ao sol sob eC a . Além disso, essas plantas exibiram menor temperatura, tanto em nível foliar quanto de planta inteira em relação às suas contrapartes sob concentração ambiente de CO 2 . As plantas ao sol sob eC a também exibiram valores mais negativos de potencial osmótico no ponto de perda de turgescência, o que permitiria ao xilema operar sob menor risco de colapso do sistema hidráulico. Como um todo, os resultados têm inegável importância para aumentar a sustentabilidade e a resiliência do setor cafeeiro num cenário de mudanças climáticas, especialmente com a maior frequência esperada de eventos de secas e ondas de calor. Nesse contexto, eC a poderia reduzir a importância do sombreamento como uma estratégia de manejo visando à redução dos impactos das mudanças climáticas sobre a produção do cafeeiro. Palavras-chave: Coffea arabica. Concentração de CO 2 . Hidráulica. Luz. Mudanças climáticas. Sombreamento. Temperatura. Trocas gasosas.Item Metallic elements in plants: bioaccumulation, phytoremediation potential and physiological responses(Universidade Federal de Viçosa, 2022-07-20) Coelho, Daniel Gomes; Oliveira, Juraci Alves de; http://lattes.cnpq.br/5608593903022091Pollution caused by metallic elements in the environment is becoming increasingly problematic worldwide. In the current work, several aspects of the metallic elements in plants were investigated, including the accumulation in species affected by an environmental disaster involving the disruption of a mining tailing dam; the physiological responses and phytoremediation potential of the aquatic macrophyte water lettuce (Pistia stratiotes) subjected to excess iron (Fe) and manganese (Mn), and combinations of Fe, Mn, and arsenic (As); and, finally, the in vivo monitoring of As-induced responses in Arabidopsis thaliana plants. We found a concerning enrichment of metal accumulation, especially for Fe and Mn, in the plant species evaluated in affected areas by mining tailings. Considering the spreading potential of contamination in aquatic environments, water lettuce plants, which are often used in phytoremediation studies, were tested for removal of excess Fe and Mn, along with the association with As. The plants displayed a great accumulation of Fe, mainly trapped in roots, whereas Mn was hyperaccumulated in shoots and roots. Accumulation of Mn was observed especially in the apoplast, avoiding major impairments of physiological processes. In presence of As, the plants displayed root loss as an acclimation response, followed by re-emission of the organs. Nonetheless, the specimens were able to maintain a high accumulation of the pollutants, supplied isolated or in association, demonstrating phytoremediation potential in multi- contaminated environments. Furthermore, the in vivo measurements using genetically-encoded biosensors showed intriguing stability of Mg-ATP 2− levels upon short-term arsenate (AsV) exposure. We also observed that the depletion of the GSH pool is the most likely cause of glutathione redox potential (E GSH ) oxidation. The findings presented here emphasize the importance of continuing to monitor metal-contaminated areas, as well as exposing alternatives for phytoremediation of aquatic environments and providing new insights into plant metabolism in response to pollutants. Keywords: Aquatic plants – Pollution effect. Aquatic plants – Heavy metal effects. Pistia stratiotes. Heavy metals. Aquatic plants – Metabolism.Item The Tick Tock of Biological Clocks on Crop Domestication and Plant Environmental Responses.(Universidade Federal de Viçosa, 2022-02-25) Siqueira, João Antonio Batista de; Araújo, Wagner L.; http://lattes.cnpq.br/4599642186886817Timing governs practically all processes documented, and thus since is extremely complex to alter temporal dynamics. Meanwhile, precise mechanisms to monitor the time are fundamental to ensure life on Earth. Organisms naturally develop differential abilities to monitor the time, wherein the biological chronometers regulate spatiotemporal dynamics, ensuring the emergence of new cells and allowing the organism can anticipate unfavorable environmental conditions. In this context, the biological clocks are highlighted due to their ability to timekeeping the circadian rhythms, development, and metabolism. This thesis is largely focused on the investigation of the functions of biological clocks in the context of plant growth and stress response as well as on investigating the functional role of the photoperiod to mediate aluminum (Al) tolerance. To this end, several complementary approaches were undertaken to understand: (i) the significance of biological clocks on crop domestication; (ii) the diel regulation of the Al tolerance in plants; and (iii) the specific behavior of root clock and its implication on plant yield. Firstly, it was demonstrated that tomato domestication apparently synchronized the distinct biological clocks of this species. Notably, the results demonstrate how this synchronization has contributed to the increased yield of cultivated tomatoes yet reduced their ability to tolerate abiotic stresses in comparison with wild tomatoes. In an attempt to demonstrate this, it was investigated the significance of water supply at different periods of the day in tomatoes. To this end, Solanum pennellii and S. lycopersicum (cv. M82) plants were exposed to different watering regimes: at dawn, dawn/dusk, and dusk. I was noted that the dusk watering treatment promoted a significant reduction in the number of leaves only in M82, whereas the other watering treatments did not alter the plant height in both genotypes. By analyzing the height and number of leaves in the different genotypes (MT, SFT ox , and SP5G pen ), it was observed an overall trend, revealing that dusk watering treatment resulted in smaller plants with fewer leaves than dawn and dawn/dusk watered plants. In conclusion, the analyses of the impacts from differentperiods of watering during the day suggested that watering tomatoes near dusk can significantly improve crop yield. Next, and mostly based on recent evidence, it was discussed that modifications of the DNA and metabolic checkpoints can mediate Al tolerance. Accordingly, mitochondrial organic acid metabolism and the genetic manipulation of DNA checkpoints were demonstrated to be not sufficient to promote plant survival under high Al concentrations. Compelling evidence showed that DNA checkpoint alterations are coupled with significant changes in mitochondrial metabolism. Thus, it was suggested that interactions between both mechanisms can occur in plants with elevated Al tolerance, supporting their growth even in soils with excessive Al levels. Following, it was demonstrated that photoperiod is closely associated with Al responses, wherein short-days (SD) favor the Al tolerance and long- days (LD) are related to Al sensitiveness. Genes involved in DNA checkpoints are induced specifically under LD conditions, arresting cell divisions and root elongation. Likewise, it was described how the photoperiodic regulation shapes Al tolerance in plants, which can contribute to developing a stable tolerance to Al in crops. Furthermore, the evidence suggested the occurrence of unique developmental phases for roots, in which these would be uncoupled from shoot phases. Altogether, it was indicated new frontiers to be pursued in plant biology, which have enormous potential to enhance nutrient use efficiency and reduce the use of chemical fertilizers in the next generation of crops. Keywords: Domestication. Biological clocks. Energetic stress. Metabolism.Item Efeitos interativos da concentração de CO 2 e da disponibilidade de luz sobre o crescimento, o desempenho fotossintético e a plasticidade fenotípica do cafeeiro(Universidade Federal de Viçosa, 2022-02-23) Souza, Antonio Henrique de; Matta, Fábio Murilo Da; http://lattes.cnpq.br/9279364211711324Apesar de o café arábica (Coffea arabica L.) ser uma espécie que evoluiu em ambientes sombreados, é cultivado, mais comumente, a pleno sol, como ocorre no Brasil. A espécie é classificada como muito sensível às mudanças climáticas, e o uso do sombreamento em cafezais é considerado uma importante estratégia de manejo para mitigar os efeitos negativos dessas mudanças, de sorte que a adoção do sombreamento em lavouras a pleno sol é assunto atual de destaque na cafeicultura. A cultura apresenta grande plasticidade fenotípica à irradiância, observada quando há diferenças marcantes na disponibilidade de luz. A elevada concentração atmosférica de CO 2 (eC a ) aumenta o desempenho fotossintético do cafeeiro, porém, ainda não se sabe se, e como, a eC a pode afetar o desempenho fotossintético do cafeeiro sob sombreamento mais denso e se a eC a poderia reverter as limitações difusionais impostas às plantas de café nessa condição, quando sua plasticidade fenotípica à luz é induzida. Isso posto, pretendeu-se avaliar como a assimilação e o uso de carbono, bem como o acúmulo e partição de biomassa, são afetados pela disponibilidade de luz e concentração de CO 2 , e como isso poderia impactar a plasticidade fenotípica do cafeeiro à irradiância. Para tanto, foram cultivadas plantas em vasos, dentro de câmaras de topo aberto, em casa de vegetação. Durante 12 meses, as plantas foram submetidas a dois níveis de luz (0% e 90% de restrição lumínica) em combinação com concentração de CO 2 ambiente (aC a : 457 ± 9 µmol mol -1 ) ou elevada (eC a : 705 ± 18 µmol mol -1 ). Foram realizadas avaliações de trocas gasosas e fluorescência de clorofila a, curvas fotossintéticas de resposta à concentração interna de CO 2 (A/C i ), partição e eficiência de uso de nitrogênio, além de análises bioquímicas, anatômicas e biométricas. Os resultados demonstraram que eC a melhorou a performance fotossintética, via aumentos na taxa fotossintética líquida (A) e redução da taxa de fotorrespiração e da pressão oxidativa nos cloroplastos, sem sinais de retrorregulação da fotossíntese. Por um lado, o incremento em C a atenuou os efeitos das limitações difusionais exacerbadas pelo drástico sombreamento, além de aumentar a velocidade máxima de carboxilação da RuBisCO (V cmax ), em paralelo a aumentos na eficiência fotossintética do uso do N, mas sem efeito direto na condutância estomática (g s ) e condutância mesofílica dessas plantas. Em adição, houve maior uso fotoquímico da luz absorvida sob condições de sombra (maior coeficiente de extinção fotoquímico e maioreficiência fotoquímica atual do FSII), em paralelo com maiores concentrações de clorofila e maior investimento em N como um todo na maquinaria fotossintética. Por outro lado, as plantas a pleno sol sob eCa apresentaram maiores valores de g s em paralelo a aumentos na densidade e no índice estomático, além dos maiores valores de A, V cmax e velocidade máxima de carboxilação limitada pela taxa de transporte de elétrons, bem como maior acúmulo de biomassa. Mesmo quando essas plantas foram analisadas sob baixa irradiância, não mostraram grande redução de g s , o que poderia ajudar no maior ganho de biomassa dessas plantas ao longo do tempo. Tanto a maior disponibilidade de luz como de CO 2 impactou positivamente o ganho de biomassa (e A), com efeitos interativos entre esses dois fatores. Sob eC a , o maior crescimento foi primordialmente governado por aspectos morfológicos à sombra (e.g. área foliar total), e fisiológicos ao sol (e.g. A). O sombreamento ora imposto permitiu uma exacerbação da plasticidade fenotípica à luz, sendo o CO 2 um importante fator no processo de manifestação dessa plasticidade. Coletivamente, os resultados oferecem novas informações sobre os efeitos positivos de eC a sobre o desempenho fotossintético e crescimento do cafeeiro, seja a pleno sol ou sob condições de baixa disponibilidade lumínica. Palavras-chave: Coffea arabica. Estômato. Fotossíntese. Luz. Mudanças Climáticas. Plasticidade Fenotípica. Sombreamento.