Photosynthesis and accumulation of solutes in cowpea plants subjected to salinity

O objetivo deste trabalho foi determinar as respostas fotossintéticas e a acumulação de carboidratos, íons salinos e prolina em feijoeiro caupi (Vigna unguiculata) submetido à salinidade. As plantas foram submetidas à quatro tratamentos, dos 28 aos 35 dias de idade: 0, 50, 100 e 200 mmol L-1 de NaCl. Avaliaram-se as trocas gasosas, a emissão de fluorescência pela clorofila a, o potencial hídrico foliar, e as concentrações de carboidratos, Na+, Cl- e prolina nas folhas. Os tratamentos não tiveram efeito sobre a eficiência quânticapotencial do fotossistema II, mas causaram leve diminuição na eficiência quântica efetiva e maior dissipação do excesso de energia de excitação por processos não fotoquímicos. As concentrações foliares de amido diminuíram, e as de sacarose e prolina aumentaram nas maiores concentrações de NaCl. Ocorreu exclusão do Na+ e acúmulo do Cl- nas folhas, e as relações hídricas das folhas foram pouco afetadas, exceto no tratamento mais severo. O acúmulo de Cl- esteve envolvido na redução da assimilação de CO2, decorrente da queda na condutância estomática e na eficiência de carboxilação da Rubisco. O feijoeiro caupi apresenta características fisiológicas que favorecem a manutenção da atividade fotossintética sob curta exposição à salinidade.The objective of this work was to determine the photosynthetic responses and the accumulation of carbohydrates, salt ions, and proline in cowpea (Vigna unguiculata) plants subjected to salinity. Plants were subjected to four treatments, from 28 to 35 days of age: 0, 50, 100, and 200 mmol L-1 of NaCl. Leaf gas exchange, chlorophyll a fluorescence, leaf water potential, and leaf concentrations of carbohydrates, Na+, Cl-, and proline were evaluated. Treatments had no effect on potential quantum efficiency of photosystem II, but there was a slight reduction in effective quantum efficiency and a higher dissipation of excess excitation energy by non‑photochemical processes. The foliar contents of starch decreased, and those of sucrose and proline increased with higher NaCl content. There was Na+ exclusion and Cl- accumulation in leaves, and leaf water relations were little affected by salt stress, except in the most severe treatment. The accumulation of Cl- was related with the reduction of CO2 assimilation, which resulted from the decline in stomatal conductance and in Rubisco carboxylation efficiency. Cowpea plants have physiological characteristics that favor the maintenance of photosynthetic activity under short‑term exposure to salinity

Photosynthetic responses of young cashew plants to varying environmental conditions

O objetivo deste trabalho foi caracterizar as respostas das trocas gasosas de plantas jovens de cajueiro à densidade de fluxo de fótons fotossintético (DFFF), temperatura, déficit de pressão de vapor (DPV) e concentração interna de CO2 (Ci), sob condições controladas. Cursos diários das trocas gasosas e de variáveis de fluorescência da clorofila a foram obtidos sob condições naturais. A taxa de assimilação de CO2 máxima foi de cerca de 13 mmol m-2 s-1, com saturação pela luz em torno de 1.000 mmol m-2 s-1. As temperaturas das folhas entre 25oC e 35oC corresponderam à faixa ótima para a fotossíntese. Os estômatos mostraram-se sensíveis ao CO2 e se fecharam com aumentos de Ci. Aumentos do DPV exerceram pequeno efeito sobre a taxa de assimilação de CO2, com uma pequena diminuição acima de 2,5 kPa. Os estômatos, no entanto, foram fortemente afetados pelo DPV, com fechamento gradativo acima de 1,5 kPa. As condutâncias estomáticas, reduzidas em altos DPVs, foram eficientes em restringir as perdas de água pela transpiração e demonstraram adaptação da espécie a ambientes secos. Sob irradiância natural, a taxa de assimilação de CO2 apresentou saturação no início da manhã, variando posteriormente com as variações da DFFF. Decréscimos transientes da razão Fv/Fm foram registrados em torno de 11h, o que indica a ocorrência de fotoinibição. Decréscimos da eficiência de captura da energia de excitação, decréscimos da eficiência efetiva do fotossistema II e aumentos da extinção não-fotoquímica foram consistentes com a ocorrência de fotoproteção sob irradiância excessiva.The aim of this study was to characterize gas exchange responses of young cashew plants to varying photosynthetic photon flux density (PPFD), temperature, vapor-pressure deficit (VPD), and intercellular CO2 concentration (Ci), under controlled conditions. Daily courses of gas exchange and chlorophyll a fluorescence parameters were measured under natural conditions. Maximum CO2 assimilation rates, under optimal controlled conditions, were about 13 mmol m-2 s-1, with light saturation around 1,000 mmol m-2 s-1. Leaf temperatures between 25oC and 35oC were optimal for photosynthesis. Stomata showed sensitivity to CO2, and a closing response with increasing Ci. Increasing VPD had a small effect on CO2 assimilation rates, with a small decrease above 2.5 kPa. Stomata, however, were strongly affected by VPD, exhibiting gradual closure above 1.5 kPa. The reduced stomatal conductances at high VPD were efficient in restricting water losses by transpiration, demonstrating the species adaptability to dry environments. Under natural irradiance, CO2 assimilation rates were saturated in early morning, following thereafter the PPFD changes. Transient Fv/Fm decreases were registered around 11h, indicating the occurrence of photoinhibition. Decreases of excitation capture efficiency, decreases of effective quantum yield of photosystem II, and increases in non-photochemical quenching were consistent with the occurrence of photoprotection under excessive irradiance levels

Rootstocks induce contrasting photosynthetic responses of orange plants to low night temperature without affecting the antioxidant metabolism

Low temperatures negatively impact the metabolism of orange trees, and the extent of damage can be influenced by the rootstock. We evaluated the effects of low nocturnal temperatures on Valencia orange scions grafted on Rangpur lime or Swingle citrumelo rootstocks. We exposed six-month-old plants to night temperatures of 20ºC and 8ºC under controlled conditions. After decreasing the temperature to 8ºC, there were decreases in leaf CO2 assimilation, stomatal conductance, mesophyll conductance and CO2 concentration in the chloroplasts, in plant hydraulic conductivity and in the maximum electron transport rate driven ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) regeneration in plants grafted on both rootstocks. However, the effects of low night temperature were more severe in plants grafted on Rangpur rootstock, which also presented reduction in the maximum rate of RuBP carboxylation and in the maximum quantum efficiency of the PSII. In general, irreversible damage due to night chilling was found in the photosynthetic apparatus of plants grafted on Rangpur lime. Low night temperatures induced similar changes in the antioxidant metabolism, preventing oxidative damage in citrus leaves on both rootstocks. As photosynthesis is linked to plant growth, our findings indicate that the rootstock may improve the performance of citrus trees in environments with low night temperatures, with Swingle rootstock improving the photosynthetic acclimation in leaves of orange plants.2635Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Variabilidade de indicadores fisiológicos de resistência à salinidade entre genótipos de cajueiro-anão e gigante

The objective of this work was to evaluate the resistance to salinity of cashew genotypes from dwarf and giant groups, with seedlings in pregrafting phase, using physiological indicators. Germination and seedling initial growth of ten rootstock genotypes were evaluated under two salinity conditions: substrate irrigated with distilled water or with 50‑mmol L-1 NaCl solution, until the eight mature leaves stage (28 days after sowing). The seedlings were irrigated with Hoagland & Arnon nutrient solution, for ten more days. Physiological indicators of resistance – Na+ and K+ contents and K+/Na+ relation, in leaves and roots – did not differ between genotypes, in the absence or presence of salinity. The indicators and prolin contents were not correlated to the accumulated mass in roots and leaves. Under salinity conditions, the genotypes from the dwarf group showed higher root mass in comparison to those from the giant group, which had greater mass allocation in leaves. There was low genetic variability within each group. Regarding root and leaf growth, there was variability between groups, in both salinity conditions.O objetivo deste trabalho foi avaliar a resistência à salinidade de genótipos de cajueiro dos grupos anão e gigante, em mudas em fase de enxertia, com o uso de indicadores fisiológicos. A germinação e o crescimento inicial de plântulas de dez genótipos de porta‑enxertos foram avaliados sob duas condições de salinidade: irrigação do substrato com água destilada ou com solução de NaCl 50 mmol L-1, até o estádio de oito folhas maduras (28 dias após o plantio). As mudas foram irrigadas com solução nutritiva de Hoagland & Arnon por mais dez dias. Os indicadores fisiológicos de resistência – concentrações de Na+ e K+ e relação K+/Na+, em folhas e raízes – não diferiram entre os genótipos, na ausência ou na presença de salinidade. Os indicadores e as concentrações de prolina não se correlacionaram com a massa acumulada em raízes e folhas. Sob salinidade, os genótipos do grupo anão apresentaram maior massa radicular em comparação aos do grupo gigante, que tiveram maior alocação de massa em folhas. Houve baixa variabilidade genética dentro de cada grupo. Quanto ao crescimento de raízes e folhas, houve variabilidade entre os grupos, nas duas condições de salinidade

Alterations on the profile of nitrogenous fractions in sugarcane calluses induced by water deficit

O objetivo deste trabalho foi avaliar o uso de marcadores bioquímicos e fisiológicos, na caracterização do estresse hídrico em calos de cultivares de cana-de-açúcar (Sacharum sp.), RB 72 454 (sensível) e SP 813250 (resistente), contrastantes quanto à resistência à seca em campo. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, em esquema fatorial de 2x5 [cultivar x doses de polietilenoglicol (PEG)], com dez tratamentos e três repetições. Os calos foram submetidos a concentrações de PEG correspondentes aos potenciais osmóticos de 0, -0,3, -0,6, -0,9 e -1,2 MPa, por 120 horas. A variação no conteúdo relativo de água e na umidade não foi significativamente diferente entre as cultivares. Entretanto, foi observada a tendência de aumento no vazamento de eletrólitos, em conseqüência da diminuição do potencial osmótico na cultivar tolerante. Na cultivar sensível, observou-se tendência de aumento de prolina e, na resistente, diminuição, embora os níveis não tenham sido afetados pelo deficit hídrico. As concentrações de aminoácidos livres foram maiores na sensível. Houve queda nas concentrações de amônia, em ambas cultivares. Os níveis de proteínas não foram afetados pelo PEG. O perfil protéico por SDS-PAGE não mostrou aumento induzido por PEG, na intensidade das bandas correspondentes aos peptídeos entre 14 e 66 kDa. Os marcadores bioquímicos e fisiológicos não foram relacionados ao grau diferencial de resistência observado nas cultivares em condições de campo.The aim of this work was to evaluate the use of physiological and biochemical parameters, in the characterization of water stress in sugarcane (Sacharum sp.) calluses, cultivars RB 72454 (sensible) and SP 813250 (resistant), differing in drought resistance in the field. The experimental design was completely randomized with a factorial scheme 2x5 [cultivar x concentrations of polyethylene glycol (PEG)], with ten treatments and three replicates. Calluses were submitted to PEG concentrations corresponding to osmotic potentials of 0, -0.3, -0.6, -0.9 and -1.2 MPa, during 120 hours. The variation of relative water content and humidity showed no significant differences between the cultivars. However, it was observed a trend of increase in electrolyte leakage, in the resistant cultivar related to diminishig of the osmotic potential in resistant cultivar. In the sensible cultivar, it was observed a trend of increase in proline, while the resistant one showed decrease, though proline levels were not affected by the water deficit. The amino acid concentrations were bigger in the sensible cultivar. There was a decrease of ammonia in both cultivars. Protein levels were not affected by the PEG. The protein profile evaluated by SDS-PAGE showed no PEG-induced increase in the intensity of bands corresponding to peptides between 14 and 66 kDa. The physiological and biochemical parameters were not related to differential degree of resistance observed in cultivars under field conditions

SECA E SALINIDADE NA RESPOSTA ANTIOXIDATIVA DE RAÍZES DE FEIJÃO CAUPI

A seca, a salinidade no solo são fatores ambientais que limitam o crescimento vegetal e a produtividade agrícola. No entanto, as plantas se aclimatam a esses estresses abióticos utilizando diversos sistemas de defesa fisiológicos. A comunidade científica vem a cada dia aumentando o interesse pelas respostas fisiológicas das plantas a condições de estresses ambientais, devido ao fato de muitos dos mecanismos utilizados, ainda não serem completamente compreendidos. Uma vez entendidas, as estratégias de reação aos estresses ambientais poderão ser utilizadas como ferramentas nos programas de melhoramento vegetal, para a produção de plantas economicamente importantes, que sejam mais resistentes a esses fatores. Considerando assim o estudo dos mecanismos envolvidos na defesa de plantas, em especial o feijão caupi aos estresses salino e seca, buscou-se reunir nessa revisão informações relevantes que possam nortear o desenvolvimento de pesquisas sobre a defesa bioquímica/metabólica de plantas aos estresses abióticos em questão

Jatropha curcasand Ricinus communisdisplay contrasting photosynthetic mechanisms in response to environmental conditions

Higher plants display different adaptive strategies in photosynthesis to cope with abiotic stress. In this study, photosynthetic mechanisms and water relationships displayed byJatropha curcasL. (physic nuts) andRicinus communisL. (castor bean), in response to variations in environmental conditions, were assessed.R. communis showed higher CO2 assimilation, stomatal and mesophyll conductance thanJ. curcas as light intensity and intercellular CO2 pressure increased. On the other hand,R. communis was less effective in stomatal control in response to adverse environmental factors such as high temperature, water deficit and vapor pressure deficit, indicating lower water use efficiency. Conversely,J. curcas exhibited higher photosynthetic efficiency (gas exchange and photochemistry) and water use efficiency under these adverse environmental conditions.R. communisdisplayed higher potential photosynthesis, but exhibited a lowerin vivo Rubisco carboxylation rate (Vcmax) and maximum electron transport rate (Jmax). During the course of a typical day, in a semiarid environment, with high irradiation, high temperature and high vapor pressure deficit, but exposed to well-watered conditions, the two studied species presented similar photosynthesis. Losing potential photosynthesis, but maintaining favorable water status and increasing non-photochemical quenching to avoid photoinhibition, are important acclimation mechanisms developed byJ. curcas to cope with dry and hot conditions. We suggest thatJ. curcas is more tolerant to hot and dry environments thanR. communis but the latter species displays higher photosynthetic efficiency under well-watered and non-stressful conditions