Alterações fisiológicas de soja cultivada com remineralizador de solo no Cerrado sob regimes hídricos variáveis

The objective of this work was to evaluate the influence of the soil remineralizer fine-graded mica schist (FMS) on soybean (Glycine max) physiology, yield, and grain quality under different water regimes (WRs) in the Brazilian Cerrado. The experiment was conducted under field conditions for two years, using four WRs and three treatments: mica schist, conventional fertilization, and control. In 2017 and 2018, the following WRs were evaluated: WR1, WR2, WR3, and WR4, corresponding to a mean value of 100, 65, 44, and 28% of crop evapotranspiration replacement, respectively. Photosynthesis, stomatal conductance, transpiration, internal CO2 concentration, effective quantum yield of photosystem II (PSII) (Fv’/Fm’), quantum yield (PSII) (ᶲFSII), and electron transport rate reduced as a function of the advanced phenological stage of soybean and the reduction in WR. Grain quality was only affected by the WR. The mica schist was statistically similar to conventional fertilization and the control in 2017 and 2018. Yield decreased due to the anticipation of soybean phenological age and WR, but there were no differences between the three treatments in 2017 and 2018. The reduction in soybean yield is attributed to stomatal closure, loss of photoprotective capacity, and damage to the photosynthetic machinery caused by drought.O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do remineralizador de solo finos de mica xisto (FMS) na fisiologia, na produtividade e na qualidade de grãos de soja (Glycine max) em diferentes regimes hídricos (RHs), no Cerrado brasileiro. O experimento foi conduzido em condições de campo durante dois anos, tendo-se utilizado quatro RHs e três tratamentos: mica xisto, adubação convencional e controle. Em 2017 e 2018, foram avaliados os seguintes RHs: RH1, RH2, RH3 e RH4, que correspondiam ao valor médio de 100, 65, 44 e 28% da reposição da evapotranspiração da cultura, respectivamente. A fotossíntese, a condutância estomática, a transpiração, a concentração interna de CO2, o rendimento quântico efetivo do fotossistema II (FSII) (Fv’/Fm’), o rendimento quântico (FSII) (ᶲFSII) e a taxa de transporte de elétrons reduziram em função do avanço da fase fenológica da soja e da redução do RH. A qualidade dos grãos foi afetada apenas pelo RH. O mica xisto foi estatisticamente semelhante à adubação convencional e ao controle em 2017 e 2018. A produtividade reduziu devido à antecipação da idade fenológica da soja e do RH, mas não houve diferenças entre os três tratamentos em 2017 e 2018. A redução da produtividade da soja é atribuída ao fechamento estomático, à perda da capacidade fotoprotetora e aos danos ao maquinário fotossintético causados pela seca

Silicon enhances photosynthetic rates way increasing mesophyll conductance in rice leaves infected with Microdochium oryzae

O arroz (Oryza sativa) é um dos grãos mais consumidos no mundo, no entanto, as perdas proporcionadas por patógenos têm de reduzido grandemente sua produtividade. Dentre estes, a escaldadura, causada pelo fungo Microdochium oryzae, se destaca por ser uma das principais doenças encontradas no arroz. É sabido ainda que, o Silício (Si) é responsável por conferir resistência a uma grande gama de patógenos, em especial na cultura do arroz, incluindo M. oryzae. Para investigar o que proporciona essa maior resistência, plantas de arroz foram crescidas em solução nutritiva, supridas e não supridas com Si, inoculadas e não inoculadas com M. oryzae. Foi encontrado que plantas supridas com Si possuíam menores severidades a escaldadura do arroz, que foi relacionada aos maiores teores desse elemento nessas plantas. As plantas supridas com Si e inoculadas, apresentaram maiores taxas fotossintéticas (A), além de maiores rendimento fotoquímico máximo do fotossistema II (FSII) (F v/F m), a eficiência na captura da energia de excitação pelos centros de reação do FSII (F v’/F m’) e taxa de transporte de elétrons (ETR), demonstrando que nas plantas supridas com Si, a eficiência na captura e transformação da energia luminosa em química era menos afetada quando o Si era suplementado. A análise da taxa aparente de carboxilação máxima (Vcmax) e da taxa de carboxilação que é limitada pelo transporte de elétrons (J max) em base Cc, permitiu inferir que, o Si não mitigou os danos bioquímicos proporcionados pela presença do fungo M. oryzae, uma vez que nenhuma diferença estatística foi encontrada. Desta forma, os dados conduzem a interpretação de que a suplementação com Si permite melhores A através da manutenção de maiores condutâncias mesofílicas (gm), proporcionando assim, menores limitações difusivas nas plantas inoculadas, uma vez que a gm é grandemente afetada pela presença do patógeno na ausência deste elemento. Ainda, a análise quantitativa das limitações à fotossíntese, corrobora com os resultados encontrados, uma vez que as fortes limitações mesofílicas observadas quando o Si não era adicionado. Desta forma conclui-se que o fornecimento do Si à cultura do arroz mitiga os efeitos deletérios proporcionados pela infecção causada por M. oryzae, através da manutenção da condutância do CO2 presente nas câmaras subestomáticas até os sítios de carboxilação da Rubisco.Rice (Oryza sativa) is one of the most consumed grains in the world, however, losses provided by pathogens have greatly reduced productivity. Among these, scald, caused by the fungus Microdochium oryzae, stands out as a major disease found in rice. It is also known that, Silicon (Si) is responsible for conferring resistance to a wide range of pathogens, especially in rice crops, including M. oryzae. To investigate what this provides greater resistance, rice plants were grown in nutrient solution, supplied and not supplied with Si, inoculated and not inoculated with M. oryzae. It was found that plants supplied with Si had lower severities to scald of rice, which was related to higher levels of aluminum in these plants. The plants supplied with Si and inoculated, had higher photosynthetic rates (A), as well as higher maximum photochemical efficiency of photosystem II (PSII) (F v/F m), the efficiency of excitation energy capture by PSII reaction centers (F v’/F m’) and electron transport rate (ETR), demonstrating that plants supplied with Si, the efficiency in the capture and transformation of light energy into chemical was less affected when Si was supplemented. The analysis of the apparent maximum rate of carboxylation (Vcmax) and carboxylation rate that is limited by the transport of electrons (J max) in Cc base, allowed to infer that the Si not mitigated the biochemical damage provided by the fungus M. oryzae presence, since no statistical difference was found. Thus, the data lead to the interpretation that supplementation with Si allows better by maintaining the largest mesophyll conductance (gm), thus providing smaller diffusive limitations on inoculated plants, since gm is greatly affected by the presence of the pathogen in the absence of this element. Furthermore, the quantitative analysis of limitations to photosynthesis corroborates the results, since the mesophyll strong limitations observed when the Si was not added. Thus, it is concluded that the supply of the Si in rice culture mitigates the deleterious effects provided by the infection caused by M. oryzae, by the maintenance of the CO2 present conductance substomatic to the sites of carboxylation of Rubisco.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai

Validation of sensors and physiological evaluations in soybean supplied with superabsorbent polymer and rock powder submitted of water deficit

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, 2020.O clima é um dos fatores de maior importância no contexto agrícola, principalmente pelo simples fato de ser incontrolável. Nesse contexto, o uso de novas tecnologias que permitam mitigar os efeitos da seca e ainda, a seleção eficiente de materiais genóticamente superiores em relação à tolerância seca é de suma importância. Neste trabalho, objetivou-se (1) validar sensores fisiológicos de fluorescência e espectrais, (2) avaliar o uso de polímero retentor de água em soja (Glycine max) e (3) verificar os impactos fisiológicos do uso de pó de rocha na cultura da soja submetida à seca durante seu período reprodutivo. Os experimentos foram conduzidos na Embrapa Cerrados, Planaltina-DF, em delineamento de blocos casualizados (DBC) em esquema de parcelas subdivididas com pelo menos 3 repetições em três anos (2016, 2017 e 2018). Foram utilizadas as cultivares de soja BRS 5980IPRO, NA 5909RG e BRS7280 nos diferentes experimentos. Foram delimitados quatro regimes hídricos (RH1, RH2, RH3 e RH4), sendo o RH1 o menos irrigado e o RH4, o mais irrigado. As variáveis resposta mensuradas com o analisador de gases a infra-vermelho foram: fotossíntese (A), condutância estomática (gs), transpiração (E), rendimento máximo do fotossistema dois (FSII) (Fv/Fm) e rendimento quântico efetivo do FSII e rendimento quântico (Fv’/Fm’ e ɸFSII). Foram realizadas medições de fluorescência da clorofila a a saber: Fq’/Fm’e ETR pela fluorescência transiente induzida a luz (LIFT) e de índices de vegetação como NDVI e PRI por um sensor hiperespectral abarcado no equipamento LIFT. Componentes produtivos como peso de mil grãos (PMG), número de vagens (NV), número de entre-nós (NEN), diâmetro do coleto (D), altura da planta (H) e produtividade também foram mensurados. De forma similar, em todos os anos avaliados, houve resposta do regime hídrico (RH) para todas variáveis. No ano de 2016, o emprego do LIFT para a fenotipagem apresentou resultados promissores, tanto a fluorescência quanto os índices de vegetação contribuíram para explicar as respostas produtivas durante a seca e ainda, para diferenciação das cultivares com coeficientes de correlação linear de Pearson fortes a muito fortes. Nos anos 2016 e 2017, o suprimento de polímero, proporcionou diferenças na produtividade somente no segundo ano, os incrementos no rendimento de grãos foram na ordem de 40% e puderam ser explicados pelo maior potencial do metabolismo fotossintético em condições de irrigação plena e em situações de déficit hídrico moderado, em situações de secas severas o efeito foi negativo. Nos anos de 2017 e 2018, o tratamento com mixa xisto (FMX) não proporcionou resposta positiva significativa ao metabolismo fotossintético, mas ainda é necessário o estudo de seu papel no longo prazo; os regimes hídricos impactaram as fases fenológicas estudadas. Conclui-se que novas tecnologias como o uso de sensores espectrais e de fluorescência podem ser aplicáveis à fenotipagem em larga escala. Ainda, o papel de condicionantes do solo, como polímeros e pó de rochas pode ser impactante na produtividade no médio e longo prazo, mas pode depender do tempo de aplicação, efeito residual e ainda, aplicações sucessivas.The climate is the most important factor in the agricultural context, simply because it is uncontrollable. In this context, the use of new technologies to mitigate the effects of drought and the efficient selection of genotically superior materials in relation to drought tolerance is of paramount importance. In this work, the objective was (1) to validate physiological fluorescence and spectral sensors, (2) to evaluate the use of water-retaining polymer in soy (Glycine max) and (3) to verify the physiological impacts of the use of rock dust in the culture of soybean submitted to drought during its reproductive period. The experiments were conducted at Embrapa Cerrados, Planaltina-DF, in a randomized block design (RBD) in a split plot scheme with at least 3 replicates in three years (2016, 2017 and 2018). The soybean cultivars BRS 5980IPRO, NA 5909RG and BRS7280 were used in the different experiments. Four water regimes (WR) were defined (WR1, WR2, WR3 and WR4), with WR1 the least irrigated and WR4 the most irrigated. The response variables measured with the infrared gas analyzer were: photosynthesis (A), stomatal conductance (gs), transpiration (E), maximum yield of photosystem two (PSII) (Fv/Fm) and effective quantum yield of PSII and quantum yield (Fv'/Fm' and ɸPSII). Chlorophyll fluorescence measurements were made, namely: Fq’/Fm’e ETR by light-induced transient fluorescence (LIFT) and vegetation indices such as normalized difference vegetation index (NDVI) and photochemical reflectance index (PRI) by a hyperspectral sensor included in the LIFT equipment. Productive components such as weight of a thousand grains (WTG), number of pods (NP), number of nodes (NN), stem diameter (SD), plant height (PH) and productivity were also measured. Similarly, in all the years evaluated, there was a response from the water regime (WR) for all variables. In 2016, the use of LIFT for phenotyping showed promising results, both fluorescence and vegetation indices contributed to explain productive responses during drought and also to differentiate cultivars with strong to very long Pearson correlation coefficients strong. In the years 2016 and 2017, the supply of polymer provided differences in productivity only in the second year, the increases in grain yield were in the order of 40% and could be explained by the greater potential of photosynthetic metabolism under conditions of full irrigation and in situations of moderate water deficit, in severe drought situations the effect was negative. In the years 2017 and 2018, treatment with shale mixa (FMX) did not provide a significant positive response to photosynthetic metabolism, but it is still necessary to study its role in the long term; the water regimes impacted the studied phenological phases. It is concluded that new technologies such as the use of spectral and fluorescence sensors may be applicable to large-scale phenotyping. In addition, the role of soil conditioning agents, such as polymers and rock dust, can have an impact on productivity in the medium and long term, but may depend on the application time, residual effect and successive applications

IMPACTO DA AÇÃO ANTRÓPICA NOS ATRIBUTOS FÍSICOS DO SOLO EM DIFERENTES FISIOLOGIAS DO CERRADO

No presente projeto identificou-se com o penetrômetro de Stolf diferentes níveis de compactação de solo e foi avaliado o impacto da ação antrópica nos atributos físicos do solo por meio da comparação entre áreas com vegetação nativa e áreas nas quais é praticada a atividade agrícola. Para tal foram avaliadas quatro áreas com diferentes características de condição e/ou utilização do solo. Posteriormente a essas avaliações e à coleta e análise dos dados foram propostas soluções e medidas para amenizar os efeitos negativos das atividades empregadas nas áreas testada

Photosynthetic induction and activity of enzymes related to carbon metabolism: insights into the varying net photosynthesis rates of coffee sun and shade leaves

The shade leaves of coffee (Coffea arabica L.) apparently retain a robust photosynthetic machinery that is comparable to that of sun leaves and can fix CO2 at high rates when subjected to high light intensities. This raises the question of why the coffee plant would construct such a robust photosynthetic machinery despite the low photosynthetic rates achieved by the shade leaves at low light supply. Here, we grew coffee plants at 100% or 10% full sunlight and demonstrated that the shade leaves exhibited faster photosynthetic induction compared with their sun counterparts, in parallel with lower loss of induction states under dim light, and were well protected against short-term sudden increases in light supply (mimicking sunflecks). These findings were linked to similar photosynthetic capacities on a per mass basis (assessed under nonlimiting light), as well as similar extractable activities of some enzymes of the Calvin cycle, including Rubisco, when comparing the shade and sun leaves. On the one hand, these responses might represent an overinvestment of resources given the low photosynthetic rates of the shade leaves when light is limiting; on the other hand, such responses might be associated with a conservative behavior linked to the origin of the species as a shade-dwelling plant, allowing it to maximize the use of the energy from sunflecks and thus ultimately contributing to a positive carbon balance under conditions of intense shading

Trocas gasosas e estresse oxidativo em plantas de algodoeiro supridas com silício e infectadas por Ramularia areola

Considerando o efeito positivo do silício (Si) na melhoria do desempenho fisiológico de várias espécies de plantas quando infectadas por patógenos, este trabalho teve como meta investigar o efeito desse elemento na capacidade fotossintética e no metabolismo antioxidativo de plantas dos cultivares de algodoeiro NuOpal e BRS Buriti, supridas ou não com Si, durante o processo infeccioso de Ramularia areola. A infecção por R. areola afetou negativamente a taxa líquida de fixação do CO2 (A), a condutância estomática (g s), a transpiração e a razão entre concentração interna e ambiente de CO2 nas plantas dos cultivares NuOpal e BRS Buriti não supridas com Si em relação às plantas supridas com esse elemento. Na presença do Si, houve aumento em A e g s além das concentrações de clorofila a, clorofila b e carotenóides nas plantas dos dois cultivares. A concentração foliar de Si aumentou, o que contribuiu para decrescer em 38% a área abaixo da curva do progresso da mancha de ramulária nas plantas supridas com Si, em relação às plantas não supridas com esse elemento. O fornecimento de Si às plantas de algodoeiro dos dois cultivares aumentou a atividade da dismutase do superóxido (SOD), da peroxidase do ascorbato (APX) e da lipoxigenase (LOX), mas houve redução na atividade da catalase (CAT) e na concentração de peróxido de hidrogênio (H2O2) e de aldeído malônico (MDA), houve ainda uma maior perda de eletrólitos. A atividade da glutationa redutase (GR) foi maior nas plantas do cultivar BRS Buriti supridas com Si, enquanto que nas plantas do cultivar NuOpal houve aumento da atividade da glutationa redutase apenas aos 21 dias após inoculação (dai). Conclui-se que a capacidade fotossintética e o sistema antioxidativo das plantas supridas com Si sofreram menor impacto durante o processo infeccioso de R. areola

Caracterização fisiológica de sorgo sacarino em diferentes intensidades de irrigação

O sorgo <em>[Sorghum bicolor (L.) Moench]</em> é uma planta de origem africana, da mesma família do milho. O sorgo tipo sacarino é utilizado como matéria prima para bionergia (etanol) e apresenta elevada eficiência no uso da água. Este trabalho teve como objetivo caracterizar cultivares de sorgo sacarino quanto às características fisiológicas em diferentes intensidades de irrigação, analisar trocas gasosas e fluorescência de clorofila a fim de subsidiar programas de melhoramento genético direcionados à obtenção de genótipos produtivos de sorgo em situações de déficit hídrico. Foram avaliados quatro cultivares, tolerantes à seca: Rio, Ramada, BRS 501, BRS 506. O tratamento consistiu de três disponibilidades de água no solo: 80%, 60% e 40% da capacidade de campo (c.c.). Foram avaliadas a condutância estomática (gs), a taxa de fotossíntese líquida (A), a transpiração foliar (E) e a eficiência intrínseca do uso da água (EIUA, A/gs). Também foi determinada a eficiência quântica ideal (Fv/Fm) do fotossistema II (FSII), o rendimento quântico basal dos processos fotoquímicos no FSII (Fo/Fm) e a eficiência fotoquímica no FSII (Fv/Fo). A disponibilidade hídrica não causou alteração (P &gt; 0,05) na transpiração dos cultivares Ramada e BRS 501, mas afetou (P &lt; 0,05) os cultivares Rio e BRS 506 que responderam positivamente ao aumento da irrigação. Resultado semelhante ocorreu com a fotossíntese, já que as diferentes disponibilidades hídricas influenciaram positivamente apenas os cultivares Rio e BRS 506. Com o incremento da irrigação houve um acréscimo (P &lt; 0,05) na condutância estomática dos cultivares avaliados. Os resultados referentes à fluorescência da clorofila mostraram superioridade dos cultivares BRS 506, Rio e Ramada com valores maiores (P &lt; 0,05) de Fv/Fm e Fv/Fo. Os distintos níveis de disponibilidade hídrica e os diferentes cultivares não promoveram (P &gt; 0,05) alteração na EIUA. Esta metodologia, comum às outras culturas, pode ser utilizada para sorgo sacarino para estabelecer disponibilidades hídricas em novos experimentos que tenham a finalidade de discriminar cultivares tolerantes à seca

Characterization of wheat genotypes for drought tolerance and water use efficiency

The selection of wheat genotypes according to their drought tolerance is essential to off-season cultivation. The objective of this work was to characterize wheat genotypes through yield and components, morphological characteristics under water stress, and irrigated water use efficiency in the Cerrado region in Brazil. Genotypes were planted during the winters of 2016 and 2017 since there is no precipitation during this season and water levels can be measured. They were then submitted to four water regimes: WR1, WR2, WR3, and WR4, representing 100 %, 83 %, 50 %, and 30 % of evapotranspiration replacement. The following variables were evaluated: peduncle length (PL), number of ears m−2 (NE m−2), hectoliter weight (HW), thousand grain weight (TGW), drought resistance index (DRI), irrigated water use efficiency (IWUE) and yield. Most variables showed correlation with yield and can be a useful tool for breeding programs. PL and HW were best correlated with yield. BRS 264 (irrigated biotype) was productive in treatments receiving the greatest number of irrigation treatments. Given that WR1 registered the highest water level, it was not expected that the rainfed biotype (BR18) would show a higher yield than an irrigated biotype (BRS254). BRS404 (rainfed biotype) was the most productive under moderate stress treatment (WR3). Aliança (rainfed biotype) showed a higher yield under severe stress. Rainfed biotypes presented a higher DRI than the irrigated ones. These genotypes can be used as a reference in breeding programs under each water regime in which their performance was outstanding. None of the variables studied contributed to the selection of the most efficient wheat genotypes in the IWUE