INSTITUTO AGRONÔMICO CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRICULTURA TROPICAL E SUBTROPICAL RESPOSTA DA FOTOSSÍNTESE À VARIAÇÃO DA TEMPERATURA RADICULAR EM LARANJEIRA ‘VALÊNCIA’ ENXERTADA EM LIMOEIRO ‘CRAVO’ JOSÉ RODRIGUES MAGALHÃES FILHO Orientador: Eduardo Caruso Machado Dissertação submetida como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Agricultura Tropical e Subtropical Área de Concentração em Tecnologia de Produção Agrícola Campinas, SP Fevereiro 2009 Ficha elaborada pela bibliotecária do Núcleo de Informação e Documentação do Instituto Agronômico M188r Magalhães Filho, José Rodrigues Resposta da fotossíntese à variação da temperatura radicular em laranjeira ‘Valência` enxertada em limoeiro `Cravo`./ José Rodrigues Magalhães Filho. Campinas, 2009. 50 fls Orientador: Eduardo Caruso Machado Dissertação (Mestrado) Tecnologia de Produção Agrícola – Instituto Agronômico 1. Citrus sinensis L. 2. Citros – assimilação de CO2 3. Citros – fluorescência da clorofila 4. Citros – condutividade hidráulica I. Machado, Eduardo Caruso II. Título CDD 634.3 A Deus, Aos meus pais Lídia Ferreira e José Rodrigues (in memoriam), DEDICO Às minhas irmãs Elizandra, Suziany, Estelamaris e irmão Flaviano e cunhados (a), cujo apoio, carinho, dedicação e atenção foram indispensáveis, OFEREÇO iii AGRADECIMENTOS - Ao pesquisador, amigo e orientador Dr. Eduardo Caruso Machado, pela confiança e ensinamentos importantes no curso e na minha vida profissional; - Ao pesquisador Dr. Rafael Vasconcelos Ribeiro pelas sugestões, ensinamentos e auxílios na pesquisa, desenvolvimento do trabalho e correções necessárias na confecção da dissertação; - Ao professor Dr. Cristiano Alberto de Andrade pela ajuda nas análises estatísticas realizadas neste trabalho; - Aos professores da área de concentração Tecnologia da Produção Agrícola da PGIAC, pelos ensinamentos e conselhos constantes transmitidos; - À professora Dra. Marlene Schiavinato pela disponibilidade e orientação ao estágio docência na Unicamp. - Ao IAC e ao programa de Pós-Graduação. - Aos amigos que deram suporte na realização do experimento, Daniela Machado, Rômulo Augusto, Severino Nogueira e Ricardo Machado; - Ás funcionárias da PG-IAC Célia, Adilza, Beth e Eliete e aos amigos do curso ciclo 2007/2009, em especial Cláudia, Valéria e Rebeca; - A Fábio Renato e Michele pela ajuda que me deram na minha chegada à Campinas; - Aos amigos que me ajudaram direta ou indiretamente na entrada do curso de Pósgraduação, em especial Ana Karina, Camilo Medina, Maria do Socorro, Chiquinho e filhos; - À Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Ensino Superior (Capes), pela concessão inicial da bolsa de estudos; - À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), pelo financiamento do projeto e concessão da bolsa de estudo. iv SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS ..................................................................... ÍNICE DE FIGURAS ............................................................................................................ RESUMO .............................................................................................................................. ABSTRACT .......................................................................................................................... 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 2 REVISÃO DE LITERATURA .......................................................................................... 3 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................... 3.1 Material Vegetal e Cultivo de Plantas ............................................................................. 3.2 Procedimento Experimental, Tratamentos e Variáveis Analisadas ................................ 3.2.1 Trocas gasosas e fluorescência da clorofila a .............................................................. 3.2.2 Curva A x luz ................................................................................................................ 3.2.3 Curva A x Ci ................................................................................................................. 3.2.4 Potencial da água na folha ............................................................................................ 3.2.5 Condutividade hidráulica ............................................................................................. 3.3 Delineamento Estatístico ................................................................................................. 4 RESULTADOS .................................................................................................................. 4.1 Trocas Gasosas, Potencial Hídrico e Condutividade Hidráulica ..................................... 4.2 Ponto de Compensação de Luz, Rendimento Quântico Aparente e Fluorescência da Clorofila a ............................................................................................................................. 4.3 Taxas Máxima de Carboxilação e de Regeneração da RuBP, Assimilação Máxima de CO2 Sob Saturação de CO2 e Limitação Estomática da Fotossíntese ................................... 5 DISCUSSÃO ...................................................................................................................... 5.1 Trocas Gasosas, Potencial Hídrico e Condutividade Hidráulica ..................................... 5.2 Ponto de Compensação de Luz, Rendimento Quântico Aparente e Fluorescência da Clorofila a ............................................................................................................................. 5.3 Taxas Máxima de Carboxilação e Regeneração da RuBP, Assimilação Máxima de CO2 Sob Saturação de CO2 e Limitação Estomática da Fotossíntese ................................... 6 CONCLUSÕES .................................................................................................................. 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... v vi viii x xi 1 3 8 8 8 9 11 12 15 15 15 16 16 19 20 23 23 32 35 40 41 LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS A Assimilação de CO2 (mol m-2 s-1) ABA Ácido abscísico AmaxCO2 Assimilação máxima de CO2 sob saturação de CO2 (mol m-2 s-1) A/Ci Eficiência aparente de carboxilação (mol m-2 s-1 Pa-1) ATP Adenosina Trifosfato Ca Concentração de CO2 do ambiente (mol CO2 mol-1) Cc Concentração de CO2 no interior do cloroplasto (mol CO2 mol-1) Ci Concentração de CO2 intercelular (mol CO2 mol-1) DFFFA Densidade de fluxo de fótons fotossinteticamente ativos (mol m-2 s-1) DPV Déficit de pressão de vapor do ar (kPa) DPVf-ar Diferença de pressão de vapor entre o mesolifo foliar e o ar (kPa) E Transpiração foliar (mmol H20 m-2 s-1) ETR Transporte aparente de elétrons [mol (elétrons) m-2 s-1] ETR/Ag Relação entre a taxa de transporte de elétrons e a assimilação bruta de CO2 FBPase Frutose-1,6-bisfosfatase F Fluorescência emitida por tecidos iluminados F0 Fluorescência mínima em tecidos adaptados ao escuro F0’ Fluorescência mínima em tecidos iluminados Fm Fluorescência máxima em tecidos adaptados ao escuro Fm’ Fluorescência máxima em tecidos iluminados Fv Fluorescência variável em tecidos adaptados ao escuro Fv/Fm Eficiência quântica fotoquímica máxima do PSII Fq’/Fv’ Fator de eficiência do PSII Fq’/Fm’ Eficiência de operação do PSII Fv’/Fm’ Eficiência quântica máxima do PSII na presença de luz gi Condutância do mesofilo (mol m-2 s-1) gs Condutância estomática (mol m-2 s-1) Jmax Taxa máxima de regeneração da RuBP (mol m-2 s-1) Jmax/Vc,max Relação entre as taxas de regeneração e carboxilação da RuBP KL Condutividade hidráulica (mmol H2O m-2 s-1 MPa-1) Li Limitação mesofílica da fotossíntese (%) vi Ls Limitação estomática da fotossíntese (%) NADPH Nicotinamida adenina dinucleotídeo de piridina fosfato reduzida NPQ Coeficiente de extinção não fotoquímica da fluorescência PSII Fotossistema II QA Quinona aceptora de elétrons RuBP Ribulose-1,5-bisfosfato Rubisco Ribulose-1,5-bisfosfatase carboxilase/oxigenase SBPase Sedoheptulose-1,7-bisfosfatase Vc,max Taxa máxima de carboxilação da RuBP (mol m-2 s-1) Eficiência quântica aparente [mol CO2 mol (fótons)-1) c Ponto de compensação de luz (mol fótons m-2 s-1) 6h Potencial da água na folha medido no pré-amanhecer – 6h (MPa) 13h Potencial da água na folha medido às 13h (MPa) TR Temperatura do sistema radicular vii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 - Figura 2 - Figura 3 - Figura 4 - Visão geral do experimento realizado na câmara de crescimento. Nas fotos superiores as plantas com raízes imersas em água em caixas de isopor de 80 L, com água e temperatura controlada, e fechadas para isolamento do ambiente da parte aérea. Na foto inferior, visão da câmara de crescimento (PGR14, Conviron, Canadá) aberta, mostrando o conjunto caixa/planta acondicionado em seu interior. A = analisador portátil de fotossíntese (Li 6400 acoplado com fluorômetro 6400-40); B= termômetro digital de máxima e mínima; C = bomba de ar.......... 10 Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ na assimilação de CO2 (A, em A), transpiração foliar (E, em B), condutância estomática (gs, em C), condutância mesofílica (gi, em D), concentração intercelular de CO2 (Ci, em E) e eficiência aparente de carboxilação (A/Ci, em F). Medidas realizadas na DFFFA de 1300 mol m-2 s-1, temperatura do ar dia/noite a 25/20 °C e concentração de CO2 ambiente (380 mol mol-1), com exceção de gi calculado a partir da curva A x Ci. Dia 0 todas as plantas com temperatura de raízes (TR) a 20 oC; dias 1 a 5 tratamento com TR a 10, 20 ou 30 o C, dias 6 a 9 recuperação com TR a 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes de 10 e 30 °C para 20 °C (período de recuperação).......................................................... 17 Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ no potencial da água na folha às 6 horas (pré-amanhecer,6h, em A) e às 13 horas (13h, em B) e na condutividade hidráulica (KL, em C). Dias 1 a 5 tratamento com temperatura das raízes (TR) a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada barra representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C.................................... 18 Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ no ponto de compensação de luz (c, em A) e na eficiência quântica aparente (, em B). Dia 0 todas as plantas com temperatura de raízes (TR) a 20 oC; dias 1 a 5 tratamento com TR a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C................................................. 20 viii Figura 5 - Figura 6 - Figura 7 - Figura 8 - Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ na eficiência quântica fotoquímica máxima do PSII (Fv/Fm, em A), no fator de eficiência do PSII (Fq’/Fv’, em B), na eficiência quântica operacional do PSII (Fq’/Fm’, em C), no coeficiente de extinção não fotoquímica (NPQ, em D), na eficiência máxima do PSII (Fv’/Fm’, em E) e no transporte aparente de elétrons (ETR, em F). Medidas realizadas entre 9 e 14h na DFFFA de 1300 mol m-2 s-1, temperatura do ar constante a 25 °C e concentração de CO2 ambiente (380 mol mol-1). Dia 0 todas as plantas com temperatura de raízes (TR) a 20 oC; dias 1 a 5 tratamento com TR a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C...................................................................................... 21 Assimilação máxima de CO2 sob saturação de CO2 (AmaxCO2)em laranjeira „Valência‟ sobre limoeiro „Cravo‟ em reposta à variação da temperatura nas raízes. A e B, respectivamente, 1 e 3 dias após a aplicação do tratamento temperatura das raízes a 10 oC e C 3 dias após o retorno da temperatura de 10 para 20 o C. D, E e F controle com temperatura de raízes a 20 oC. G e H, respectivamente, 1 e 3 dias após a aplicação do tratamento temperatura das raízes a 30 oC e I, 3 dias após o retorno da temperatura de 30 para 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão....................................................... 24 Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ na eficiência máxima de carboxilação (Vc,max, em A) e na taxa máxima de regeneração da RuBP (Jmax, em B), na relação entre as taxas de regeneração e carboxilação da RuBP (Jmax/Vc,max, em C) e na relação entre a taxa de transporte de elétrons e assimilação bruta de CO2 (ETR/Ag, em D). Dia 0 todas as plantas com temperatura de raízes (TR) a 20 oC; dias 1 a 5 tratamento com TR a 10, 20 ou 30 o C, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C................................................................................................... Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ na limitação estomática (Ls, em A) e mesofílica (Li, em B) da fotossíntese. Dias 1 a 5 tratamento com temperatura das raízes (TR) a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada barra representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C.................................... 25 26 ix MAGALHÃES FILHO, José Rodrigues. Resposta da fotossíntese à variação da temperatura radicular em laranjeira ‘Valência’ enxertada em limoeiro Cravo. 2009. 50f. Dissertação (Mestrado em Agricultura Tropical e Subtropical) – Pósgraduação – IAC. RESUMO A variação da fotossíntese ao longo do ano ocorre em resposta aos fatores ambientais. No Estado de São Paulo a queda da temperatura do ar e do solo que ocorrem no inverno pode reduzir a assimilação de CO2 (A) em relação à primavera/verão. O objetivo deste trabalho foi avaliar em laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ a influência da temperatura do sistema radicular nas trocas gasosas, relações hídricas e fluorescência da clorofila a considerando a hipótese de que a temperatura das raízes afete a fotossíntese. O experimento foi conduzido em câmara de crescimento com plantas de seis meses. Os tratamentos foram temperatura do sistema radicular (TR) de 10, 20 (controle) ou 30 oC. Foram medidas as curvas de resposta de A em função da concentração de CO2 no ar e da densidade de fluxo de fótons fotossinteticamente ativos (DFFFA) simultaneamente com a fluorescência da clorofila a e potencial da água foliar às 6 e às 13 h (6h e13h ). O resfriamento das raízes a 10 oC reduziu significativamente as seguintes variáveis, em relação ao controle (20 oC): A, a condutância estomática (gs) e interna (gi), o potencial da água foliar (13h), a condutância hidráulica (KL), a eficiência aparente de carboxilação (Vc,max) e a capacidade máxima de regeneração (Jmax) da RuBP. Não houve limitação na atividade fotoquímica, mas observou-se aumento na razão ETR/Ag (transporte aparente de elétrons/assimilação bruta de CO2). O aumento da temperatura radicular para 30 oC promoveu aumento significativo em A, gs, gi, w, KL, Jmax em relação ao controle. A queda em A nas raízes a 10 oC ocorreu em resposta à redução de gs, gi, e de Vc,max e Jmax. A condutância estomática decresceu em função da queda de w e de KL. O incremento em A nas raízes a 30 oC ocorreu principalmente em resposta ao aumento de Jmax e em menor grau a gs e gi e da eficiência fotoquímica da fotossíntese. O aumento da temperatura do solo para 30 °C aumentou KL e manteve os tecidos foliares mais hidratados e maior gs e gi, permitindo maior fluxo de CO2 para o cloroplasto e aumento da regeneração da RuBP. Palavras – Chave: Citrus sinensis L., assimilação de CO2, carboxilação e regeneração da RuBP, fluorescência da clorofila a, condutividade hidráulica. x MAGALHÃES FILHO, José Rodrigues. Photosynthetic responses to changes in root temperature of sweet orange ‘Valência’ plants grafted on Rangpur lime. 2009. 50f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia da Produção Agrícola) – Pós-graduação – IAC. ABSTRACT Photosynthesis changes throughout the year in response to environmental factors. In the State of São Paulo, the occurrence of low air and soil temperatures can reduce the CO2 assimilation rate (A) during the winter season. The aim of this work was to evaluate the influence of root temperature on leaf gas exchange, water relations and chlorophyll a fluorescence of sweet orange „Valência‟ plants grafted on Rangpur lime, considering the assumption that citrus photosynthesis is affected by root temperature. The experiment was conducted in a growth chamber, evaluating the physiological responses of sixmonth old plants. Plants were subjected to three root temperatures (TR), not simultaneously: 10, 20 (control) and 30 oC. Response curves of A and chlorophyll a fluorescence to varying air CO2 concentration (A x Ci) and to varying photosynthetically active photon flux density (A x DFFFA) were performed. In addition, leaf water potential was measured at 6:00 h and 13:00 h (6h and 13h) for each treatment. Root cooling (10 oC) caused significant reductions in A, stomatal (gs) and mesophyll (gi) conductances, leaf water potential (13h), plant hydraulic conductivity (KL), RuBP carboxylation (Vc,max) and regeneration (Jmax) rates, when comparing this treatment with the control one (20 oC). There were no evidences of limitation to photosynthesis regarding the photochemical activity; even with increases in the ratio ETR/Ag (electron transport rate / gross CO2 assimilation rate). Significant increases occurred in A, gs, gi, 13h, KL, Jmax in plants subjected to root heating (30 oC). The reduction in A of rootcooled plants was caused by decreases in gs, gi, Vc,max and Jmax. Decreases in gs were associated to reductions in 13h and KL. In the root heating treatment, the increase in A was due to enhancements in Jmax, with only marginal effects of gs, gi and photochemical efficiency on A. The increase of root temperature to 30 oC increased KL, gs and gi, which caused improvements in both CO2 flux at chloroplast and RuBP regeneration rate. Key – word: Citrus sinensis L., CO2 assimilation, RuBP carboxylation and regeneration, chlorophyll a fluorescence, hidraulic conductivity. xi 1 INTRODUÇÃO O Brasil é responsável por 27,7% da produção mundial de citros e o Estado de São Paulo representa 86% da produção nacional (FNP CONSULTORIA & COMÉRCIO, 2006). A despeito da importância da citricultura para o agronegócio brasileiro e das tecnologias disponíveis hoje, capazes de proporcionar alta produtividade dos pomares, a produtividade média dos pomares paulistas é baixa, ao redor de 22 ton ha-1 (MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E ABASTECIMENTO, 2009). O elevado custo de produção tem inibido os investimentos em pomares de pequenas e médias propriedades, prejudicando o bom desempenho das lavouras, refletindo diretamente na produção e produtividade das plantas. Aliado à baixa disponibilidade de capital nas lavouras, o aumento da incidência de doenças nos pomares cítricos tem elevado ainda mais o custo de produção, o que tem promovido substituição dessa cultura por lavouras de cana-de-açúcar. A concentração da produção de citros no Estado de São Paulo se deu desde o início do século XX devido à maior concentração populacional dessa região, que impulsionou a produção junto aos centros consumidores das frutas (MOREIRA; MOREIRA, 1991 apud RIBEIRO, 2006). Atualmente, o avanço da cana-de-açúcar pelo Estado tem promovido mudança na distribuição geográfica dos pomares, mesmo nas regiões predominantemente citrícolas (norte/noroeste de São Paulo). Hoje, novos pomares estão surgindo em áreas localizadas mais ao sul do Estado de São Paulo, com características climáticas diferentes da região tradicional (ROLIM et al., 2005). Considerando essas observações, um maior conhecimento das interações dos processos fisiológicos, bioquímicos e moleculares com os fatores ambientais possibilitaria um planejamento mais bem elaborado do manejo da cultura, capaz de aumentar a produção e produtividade dos pomares. No planalto paulista o período entre julho e setembro corresponde à época de baixos índices pluviométricos e temperaturas mais baixas em que a planta apresenta baixa atividade de crescimento. Quando ocorrem precipitações acima de 20 mm e aumento da temperatura após setembro, iniciam-se os processos de brotação e florescimento. A partir de outubro, as temperaturas são mais elevadas e tem início a estação chuvosa que se estende até março. Nesse período, a planta frutifica e os ramos e frutos crescem vigorosamente. De abril a setembro a baixa atividade de crescimento, em 1 combinação com a queda da temperatura e da umidade do solo, estimula a maturação dos frutos e a preparação das gemas para o próximo florescimento. Nos meses de inverno, há queda na atividade fotossintética (MACHADO et al., 2001; MACHADO, 2009; MEDINA, 2002; RIBEIRO, 2006; RIBEIRO & MACHADO, 2007). Em qualquer fase do desenvolvimento, uma queda na fotossíntese implica em prejuízo no crescimento e acúmulo de fitomassa na planta. A queda da fotossíntese na planta de citros no inverno ocorre devido a queda na radiação solar, menor disponibilidade de água no solo, temperaturas diurnas/noturnas mais baixas, queda da demanda por fotoassimilados pela planta, devido a menor crescimento no período de inverno. Além disso, RIBEIRO et al. (2009a,b) sugerem que o abaixamento da temperatura no sistema radicular nos meses de inverno é um dos fatores que contribuem para o declínio da fotossíntese. Nossa hipótese de trabalho é que a variação na temperatura do sistema radicular afeta a fotossíntese. Com o objetivo de avaliar esta hipótese mediu-se as trocas gasosas (CO2 e H2O), fluorescência da clorofila a e as relações hídricas em função da variação da temperatura do sistema radicular em laranjeira „Valência‟ sobre limoeiro „Cravo‟. 2 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Uma complexa cadeia de eventos está relacionada à produtividade de um pomar cítrico, como os efeitos das condições climáticas sobre a produção fotossintética, o crescimento da copa, a indução e a intensidade de florescimento, a fixação dos frutos e a massa e o número final de frutos maduros colhidos, além da eficiência do uso da água e de nutrientes (GOLDSCHMIDT, 1999). As laranjeiras caracterizam-se por apresentar folhas sempre verdes, mantendo sua capacidade fotossintetizante durante todo o ano. Em decorrência dessa característica, as folhas são submetidas a grande variação estacional da disponibilidade de água, de radiação solar, de temperatura do ar e do solo. No decorrer de um ano, as variações no ambiente causam alterações significativas nos diversos processos fisiológicos e fenológicos das plantas. Assim, a variação sazonal da fotossíntese está relacionada tanto às fases fenológicas da laranjeira (maior ou menor demanda) quanto às condições do ambiente (MACHADO et al., 2001; 2002; RIBEIRO, 2006; RIBEIRO & MACHADO, 2007). A fotossíntese é a fonte primária de carboidratos para todos os processos de crescimento. Em qualquer fase do desenvolvimento, quando a demanda por carboidratos é menor que sua produção, o excesso é armazenado como reservas e quando a demanda é maior que a produção fotossintética, as reservas podem ser remobilizadas (GOLDSCHMIDT, 1999). Há uma relação entre a produção fotossintética, o acúmulo de reservas e a remobilização das reservas durante o decorrer de um ano (GOLDSCHIMIDT & GOLOMB, 1982). No verão, o crescimento e brotação de ramos novos são intensos e a demanda por carboidratos aumenta substancialmente. No inverno, o reduzido crescimento vegetativo altera a relação fonte/dreno de carboidratos, sendo maior a relação produção/consumo dos fotoassimilados. Nessa fase, há acúmulo de reservas e seu armazenamento ocorre principalmente nas raízes e nas folhas (BEVINGTON & CASTLE, 1985; RIBEIRO, 2006; PRADO et al., 2007). As fases fenológicas das laranjeiras estão condicionadas à variação climática (TUBELIS, 1995). Em laranjeiras „Valência‟, ocorrem dois fluxos principais de crescimento da parte aérea, na primavera/verão, em que ocorrem o florescimento e a frutificação. No fluxo de primavera há crescimento de ramos e inflorescências com 3 folhas e sem folhas. Nos ramos do fluxo de verão, se houver uma carga grande de frutos, o crescimento vegetativo é pequeno ou mesmo ausente, sugerindo a prioridade do crescimento dos frutos. A presença de frutos afeta o florescimento devido ao efeito aditivo da competição por fotoassimilados e o efeito inibitório dos frutos ao florescimento. O crescimento das raízes, por outro lado, ocorre geralmente nos períodos intercalares ao da parte aérea e, no período de crescimento ativo dos ramos, as reservas de amido acumuladas nelas podem ser remobilizadas para o crescimento vegetativo ou dos frutos (BEVINGTON & CASTLE, 1985; GOLDSCHIMIDT, 1999). A fotossíntese máxima em laranjeiras nas condições do Estado de São Paulo ocorre na primavera e verão, estações mais quentes e úmidas, decaindo progressivamente até alcançar valores mínimos nos meses de inverno, frios e secos. A produção fotossintética diária, em um dia claro de verão, chega ser 80% maior que no inverno e 30% superior a do outono. Esses valores foram observados em folhas da superfície da copa em plantas sob irrigação, estando possivelmente relacionados às variações na temperatura do ar e do solo, ao comprimento do dia e à fase de desenvolvimento da planta (MACHADO et al., 2001; 2002; 2005; RIBEIRO, 2006; RIBEIRO & MACHADO, 2007; RIBEIRO et al., 2009a, b). De acordo com LI et al. (2003), a fotossíntese também é regulada por mecanismos genéticos. A maior expressão dos genes relacionados à produção de açúcares ocorreu no período de maior demanda de carboidratos, ou seja, no período de maior crescimento. Possivelmente a maior demanda de carboidratos durante o crescimento ativo das plantas no verão, favorece a expressão dos genes relacionados à produção de carboidratos, incluindo as enzimas relacionadas ao aumento da capacidade fotossintética da planta. SYVERTSEN & LHOYD (1994) observaram, em plântulas de citros, que o crescimento mais ativo causou aumento na taxa de fotossíntese e na condutância estomática. A redução da fotossíntese pode ser devida a limitações no suprimento e utilização de CO2, de energia luminosa e de fosfato (FARQUHAR & SHARKEY, 1982). Sob condições naturais, diversas variáveis ambientais que são potencialmente relacionadas à fotossíntese, modificam-se concomitante e freqüentemente, sendo difícil identificar o efeito individual de cada uma delas em experimentos de campo. Para o conhecimento do efeito de cada variável isoladamente são necessários estudos específicos. Nos meses de inverno, em plantas sob irrigação, a queda da atividade fotossintética pode estar relacionada à menor demanda por fotoassimilados, devido à menor taxa de crescimento nesse período, bem como à redução da temperatura do ar e 4 do solo (MACHADO et al., 2001, 2002; MACHADO, 2009; RIBEIRO, 2006; RIBEIRO et al., 2009a, b). As baixas temperaturas do ar no inverno provocam a redução da assimilação de CO2 pelos efeitos na fase metabólica da fotossíntese, por meio da inibição da atividade das enzimas dependentes da temperatura, relacionadas à fixação de CO2 (NADA et al., 2003; ONODA et al., 2005; PIMENTEL et al., 2007; VAN HEERDEN et al., 2003), pela redução da atividade fotoquímica (ALLEN et al., 2001) e alteração do status hídrico da planta, que está relacionado diretamente com a regulação estomática (MACHADO et al., 2002, 2005; MEDINA et al., 1999). No solo, há também variação da temperatura ao longo do ano (PEREIRA et al., 2002; RIBEIRO, 2006). Essa variação espacial e temporal da temperatura do solo influencia o desenvolvimento radicular no decorrer do ano. BEVINGTON & CASTLE (1985) observaram que a variação do crescimento anual da parte aérea e das raízes em citros está relacionada com a variação da temperatura do ar e do solo. KHAIRI & HALL (1976) já haviam demonstrado que as temperaturas do solo e do ar iguais variando em torno de 24 e 31 °C induziram as laranjeiras (doce e azeda) à maior brotação e crescimento do sistema radicular, quando comparadas a temperaturas de 15 e 20 °C. Temperaturas acima de 36 C inibiram o crescimento radicular (CASTLE, 1980). Temperaturas elevadas na parte aérea correspondem ao período do verão quando a fotossíntese é máxima. Nessa fase as plantas estão em pleno crescimento vegetativo e florescimento, necessitando de grandes quantidades de carboidratos, reduzindo o crescimento das raízes, privilegiando o crescimento da parte aérea. No inverno as baixas temperaturas do ar inibem a fotossíntese, o crescimento vegetativo torna-se praticamente nulo e a produção de fotoassimilados é direcionada principalmente para as raízes, onde são utilizados para seu crescimento e/ou armazenados (BEVINGTON & CASTLE, 1985). A temperatura do solo adequada incrementa a divisão celular, resultando em maior crescimento das raízes, e intensificação da síntese de hormônios de crescimento, principalmente citocininas, giberelina e ácido abscísico (BOWEN, 1991; LYR & CARBE, 1995; SPOLENN et al., 2000). A variação da temperatura do solo também afeta a absorção de água pelas raízes em função do aumento (baixa temperatura) e do abaixamento (maiores temperaturas) da viscosidade da água, que afetam a condutividade hidráulica e permeabilidade de membranas (DODD et al. 2000). Esses tipos de respostas das raízes à temperatura do solo afetam as relações hídricas e conseqüentemente a fotossíntese. A temperatura mínima para o desenvolvimento da raiz 5 de mudas de citros é de 12 C, a ótima de 26 C e a máxima de 37 C (KRIEDEMANN & BARRS, 1981). Em climas temperados, a retomada do crescimento das raízes tem início na primavera, quando a temperatura supera os 13 C (SPIEGEL-ROY & GOLDSCHMIDT, 1996). Até 19 C, a taxa de crescimento radicular é pequena, acelerando-se daí até 30 C, tanto para as raízes pioneiras como para as fibrosas (BEVINGTON & CASTLE, 1985; DAVIES & ALBRIGO, 1994; KRIEDEMANN & BARRS, 1981; SPIEGEL-ROY & GOLDSCHMIDT, 1996). Nas condições de São Paulo, a temperatura do solo no inverno pode atingir valores mínimos entre 8 e 13 °C na faixa de maior concentração do sistema radicular (5-50 cm de profundidade) em solo de textura médio-argilosa (RIBEIRO, 2006). Assim, o crescimento das raízes no inverno pode diminuir. Por outro lado, o crescimento radicular é altamente sensível ao déficit hídrico do solo, paralisando-se a um potencial mátrico de -0,05 MPa (BEVINGTON & CASTLE, 1985). Portanto, a restrição do crescimento radicular nos períodos de inverno deve ocorrer em resposta ao déficit hídrico somado à queda de temperatura do solo. A variação da temperatura do solo também induz respostas específicas sobre a parte aérea da planta, incluindo mudanças morfológicas (STONEMAN & DELL, 1993); alterações na condutância estomática e na fotossíntese (BOUCHER et al., 2001; DAY et al.,1991; DELUCIA et al., 1991; OJEDA et al., 2004; STRAND et al., 2002; XU & HUANG, 2000). O aumento da temperatura do solo pode favorecer a fotossíntese por manter o metabolismo das raízes sob alta atividade de absorção de água e nutrientes, favorecendo o fluxo de seiva para parte aérea. O maior fluxo de água para parte aérea ocorre em resposta ao aumento da condutividade hidráulica das raízes e mantém as folhas túrgidas e os estômatos mais abertos mesmo sob transpiração mais elevada, permitindo alto fluxo de CO2 aos espaços intercelulares. Entretanto, HE & LEE (2001) relataram que o aumento da temperatura do solo acima de 25 °C reduziu a fixação de CO2 pela diminuição da condutância estomática, do potencial da água na folha e da atividade inicial da Rubisco. HUREWITZ & JANES (1987) mostraram que a atividade da Rubisco decresceu quando a temperatura da zona radicular aumentou. ZHANG et al. (2008) verificaram em cucurbitáceas que o aumento da temperatura radicular de 24 °C para 34 °C também afetou as taxas de carboxilação, reduzindo a fotossíntese. A baixa temperatura do solo pode afetar a fotossíntese de várias formas. Sob alta irradiância pode ocorrer fotoinibição (BOUCHER et al., 2001; DELUCIA et al., 1991), talvez devido à queda da absorção de água e favorecimento ao fechamento parcial dos 6 estômatos. KANECHI et al. (1996) observaram que a queda do potencial da água foliar devido à falta de água do solo aumentou a limitação não estomática da fotossíntese em folhas de cafeeiro. DAY et al. (1991) observaram em Pinus sp. que sob temperatura baixa no sistema radicular há fechamento parcial dos estômatos causando queda da fotossíntese. Outros autores observaram também em plantas sempre verdes que sob baixa temperatura do ar e do solo, a queda da fotossíntese estava relacionada em parte a fatores estomáticos e em parte a fatores bioquímicos (MACHADO et al., 2002; STRAND et al., 2002) e, ainda, a fatores fotoquímicos, como observado por MACHADO et al. (2002). ZHOU et al. (2007) observaram que a queda da temperatura do solo reduziu a fotossíntese pela diminuição da atividade da rubisco na carboxilação. RIBEIRO (2006) observou que no inverno a temperatura do solo diminui, sugerindo que a redução da capacidade de assimilação de CO2 pelas plantas nesse período está relacionada tanto com a queda da temperatura do ar quanto à do solo. No Brasil, estudou-se o efeito do ambiente na fotossíntese das mais diversas cultivares de laranjeiras. Avaliaram-se a variação sazonal da fotossíntese em laranjeira (MACHADO et al., 2001; 2002; 2005; RIBEIRO, 2006; RIBEIRO et al., 2009a, b), os efeitos da deficiência hídrica do solo (MACHADO et al., 1999; MEDINA et al., 1999), os efeitos da variação do déficit de pressão de vapor do ar (HABERMANN et al., 2003), da concentração de CO2 no ar e da densidade de fluxo de fótons fotossinteticamente ativos e da temperatura do ar (MACHADO et al., 2005) e do sombreamento (MEDINA et al., 2002). RIBEIRO et al. (2009a, b) observaram em mudas de laranjeira cultivadas em vasos que a redução da fotossíntese no inverno em Piracicaba-SP, foi relacionada ao decréscimo da regeneração de RuBP e da condutância estomática, devido a baixa temperatura noturna em relação ao verão. No entanto, esses autores não isolaram o efeito da temperatura na parte aérea da parte radicular, não sendo possível separar o efeito individual da temperatura em cada parte da planta. Não se encontraram pesquisas que tivessem investigado o efeito isolado da temperatura do solo nas trocas gasosas, nas relações hídricas e na fotoquímica em laranjeiras. 7 3 MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Material Vegetal e Cultivo das Plantas Foram utilizadas mudas de laranjeira „Valência‟ enxertadas em limoeiro „Cravo‟ com seis meses de idade, plantadas em sacos plásticos de 5,0 L perfurados, preenchidos com substrato contendo 95% de casca de Pinus e 5% de vermiculita. As mudas foram obtidas pelo sistema de formação de mudas certificadas e permaneceram em casa de vegetação, sendo irrigadas a cada dois dias. A cada 7 dias receberam 400 mL de solução nutritiva diluída (10 mL de solução estoque por litro de água). A solução estoque era composta por: 80 g/L de Ca(NO3)2, 33,2 g/L Mg(NO3)2, 0,18 g/L de MnSO4, 0,106 g/L de ZnSO4, 1,54 g/L de Fe EDTA, 5,58 mL/L de Cu EDTA, 36 g/L de KNO3, 8g/L de NH4H2PO4, 12 g/L de K2SO4, 1 mL/L de solução de NaMoO4. 3.2 Procedimento Experimental, Tratamentos e Variáveis Analisadas O experimento foi conduzido em câmara de crescimento (PGR14, Conviron, Canadá) (Figura 1) e as condições ambientais internas da câmara durante todo período experimental foram: respectivamente; temperatura fotoperíodo de do 12 ar diurna/noturna horas; densidade de de 25±1/20±1 fluxo de °C, fótons fotossinteticamente ativos (DFFFA) de 800 mol m-2 s-1; umidade relativa diurna/noturna 60/65%, respectivamente, e déficit de pressão de vapor do ar (DPV) entre 1 e 1,5 kPa. As plantas foram transferidas da casa de vegetação para a câmara de crescimento, onde permaneceram durante todo período experimental (10 dias). As raízes foram imersas em caixas de isopor de 80 L contendo água à temperatura de 20 °C (controle) por um período de 24 horas para aclimatação (Dia 0) (Figura 1). Após esse período as raízes foram submetidas aos tratamentos, que constaram de três temperaturas: (TR) 10, 20 (controle) e 30 °C. Cada caixa, contendo quatro plantas foi fechada no topo, garantindo o isolamento térmico das raízes. O controle da temperatura das raízes foi feito indiretamente por meio do controle da temperatura da água dentro dos recipientes de isopor. As raízes não tiveram contato direto com a água do recipiente de isopor, pois os sacos plásticos perfurados foram envolvidos com sacos plásticos impermeáveis, sem furos. A temperatura de 20 °C foi mantida naturalmente, sem a 8 necessidade de controle. No tratamento a 10 °C a temperatura da água foi mantida adicionando-se cubos de gelo diariamente, e no tratamento a 30 °C foi utilizado um aquecedor com termostato. Em todos os tratamentos houve o monitoramento da temperatura da água e das raízes das plantas com termômetros digitais de máxima e mínima. A variação máxima da temperatura radicular ocorrida em todo período experimental foi de ± 1 °C nos três tratamentos. As raízes permaneceram nas três temperaturas por cinco dias. No sexto dia após o início dos tratamentos, as caixas foram esvaziadas e preenchidas novamente com água na temperatura de 20 °C, retornando então às condições iniciais do período de aclimatação a fim de se observar as respostas das variáveis estudadas no retorno ao tratamento controle e permaneceram assim até o final do experimento, isto é, entre o 6º e 9º dia. A oxigenação e circulação da água no interior das caixas foi mantida por meio de bomba de ar. No dia de aclimatação (TR = 20 oC), nos 1°, 3° e 5° de tratamento [TR = 10, 20 (controle) ou 30 oC] e nos 7° e 9°, de recuperação (TR = 20 oC) foram avaliadas as variáveis fisiológicas descritas a seguir. 3.2.1 Trocas gasosas e fluorescência da clorofila a As medidas das trocas gasosas e de fluorescência da clorofila a foram realizadas simultaneamente utilizando-se um analisador portátil de fotossíntese por infra-vermelho com fluorômetro acoplado (Li6400 acoplado com câmara de fluorescência 6400-40, da Licor, Inc. Lincoln-USA, IRGA-6400) em folhas totalmente expandidas de aproximadamente 2 meses. O analisador foi previamente calibrado em relação à concentração de CO2 e vapor de água e zerado utilizando-se ar sem CO2 e H2O. O fluxímetro também foi zerado diariamente. As variáveis das trocas gasosas, medidas entre 9 e 16 horas, foram: assimilação de CO2 (A, em mol m-2 s-1), transpiração foliar (E, em mmol m-2 s-1), condutância estomática (gs, em mol m-2 s-1) e concentração intercelular de CO2 (Ci, em mol mol-1). As medidas de fluorescência da clorofila a foram realizadas pelo método do pulso saturado (MAXWELL & JOHNSON, 2000), utilizando a nomenclatura recomendada por BAKER & ROSENQVIST (2004). Na presença de luz artificial foi medida a fluorescência máxima (Fm’), a fluorescência no estado de equilíbrio dinâmico (F’) e a fluorescência mínima (F0’), permitindo-se calcular os seguintes parâmetros (BAKER, 2008): eficiência máxima do fotossistema II (PSII) na presença de luz 9 B C A Figura 1 - Visão geral do experimento realizado na câmara de crescimento. Nas fotos superiores as plantas com raízes imersas em água em caixas de isopor de 80 L, com água e temperatura controlada, e fechadas para isolamento do ambiente da parte aérea. Na foto inferior, visão da câmara de crescimento (PGR14, Conviron, Canadá) aberta, mostrando o conjunto caixa/planta acondicionado em seu interior. A = analisador portátil de fotossíntese (Li 6400 acoplado com fluorômetro 6400-40); B= termômetro digital de máxima e mínima; C = bomba de ar. 10 (Fv’/Fm’, onde Fv’ = Fm’ – F0’); eficiência operacional do fotossistema II (PSII) (Fq’/Fm’, onde Fq’ = Fm’ – F’); fator de eficiência do PSII (Fq’/Fv’); coeficiente de extinção não fotoquímica [NPQ, onde NPQ = (Fm – Fm’)/Fm’] e taxa de transporte aparente de elétrons [ETR = (DFFFA . Fq’/Fm’ . 0,5 . 0,84)] de acordo com SCHREIBER et al. (1998). Para o cálculo de ETR, a fração de excitação de energia distribuída para o PSII foi considerada 0,5 e a fração de DFFFA absorvida pela folha 0,84 (DEMMIG & BJÖRKMAN, 1987). Na ausência de luz, com as lâmpadas da câmara de crescimento apagadas, foi medida a eficiência quântica fotoquímica máxima do PSII (Fv/Fm, onde Fv = Fm – F0), a partir de medidas de fluorescência máxima (Fm) e mínima (F0), em folhas adaptadas ao escuro (por uma noite), à concentração atmosférica de CO2. 3.2.2 Curva A x luz A curva de resposta de A a DFFFA foi realizada entre 9h e 16h e obtida com a diminuição gradativa da radiação dentro da câmara de fotossíntese nas seguintes densidades de fluxo de fótons (mol m-2 s-1): 1600, 1300, 1000, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100, 50 e 0. O tempo mínimo de equilíbrio em cada ponto da curva foi de 180 s até no máximo 300 s e/ou quando o coeficiente de variação atingia valor ≤ 0,5%. A concentração de CO2 e a diferença de pressão de vapor entre a folha e o ar (DPVf-ar) durante as mensurações foi de 380 mol mol-1 e 1,6 kPa, respectivamente. As temperaturas das folhas e do bloco foram mantidas a 25 °C. Os valores obtidos de A em função de DFFFA foram ajustados à equação: A = Amax [1-e-k(Q - Γ)], (1) onde Amax é a assimilação máxima de CO2, Γ é o ponto de compensação de luz, Q a DFFFA e k um coeficiente de ajuste (IQBAL et al., 1997). A eficiência quântica aparente foi estimada pela equação Φ = (kAmax) e(kΓ) (IQBAL et al., 1997). A respiração (R) foi obtida com o sistema de iluminação da câmara de crescimento apagado. 11 3.2.3 Curva A x Ci As curvas A x Ci e as medidas correspondentes da fluorescência da clorofila a foram feitas em folhas totalmente expandidas, de aproximadamente dois meses de idade, expostas a DFFFA saturante (MACHADO et al., 2005) e constante de 1200 mol m-2 s-1 na câmara de fotossíntese entre as 9h e 14h. A variação de Ci foi obtida pelo controle da concentração de CO2 (50, 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, e 1600 mol CO2 mol-1) do ar de entrada (referência) da câmara de medida do IRGA6400, de acordo com procedimento proposto por LONG & BERNACCHI (2003). A primeira medida foi feita em 400 mol de CO2, diminuindo-se gradativamente a concentração de CO2 até atingir a concentração mínima de 50 mol CO2 mol-1. A partir desse ponto retornou-se para a concentração inicial de CO2 (400 mol CO2 mol-1) e, em seguida, aumentou-se gradativamente até atingir a concentração final de 1600 mol CO2 mol-1. Simultaneamente às mensurações de A em função de Ci foram feitas medidas da fluorescência da clorofila a em cada ponto da curva, permitindo dessa forma separar as limitações difusivas das metabólicas que ocorrem na fotossíntese, de acordo com modelo proposto por FARQUHAR et al. (1980) e LONG & BERNACCHI (2003). As limitações bioquímicas foram expressas pela taxa máxima de carboxilação da ribulose1,5-bisfosfato RuBP (Vc,max) e pela taxa máxima de regeneração da RuBP dependente da cadeia de transporte de elétrons (Jmax). Porém, tem-se utilizado esse modelo considerando que Ci é igual à concentração de CO2 no sítio catalítico (Cc) da ribulose1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase (Rubisco), ou seja, considerando-se que a condutância interna ou do mesofilo (gi) é infinita. Atualmente sabe-se que gi é finito e baixo, principalmente para espécies arbóreas, e da mesma ordem de grandeza de gs (LORETO et al., 1992; EPRON et al., 1995; WARREN, 2008a; WARREN & ADAMS, 2006). O uso de Ci subestima os valores de Vc,max e Jmax, levando a interpretações errôneas, de forma que é recomendável o uso de Cc para estimar aqueles valores. Sendo assim, a regressão da curva de A em resposta a Ci foi reajustada para A x Cc, onde Cc é a concentração de CO2 presente no sítio de carboxilação da RuBP (cloroplasto), de acordo com modelo de EPRON et al. (1995): Cc = Ci (S*/S), (2) 12 onde S* é o fator de especificidade da Rubisco calculado a partir da regressão linear extraída da relação entre Jc/Jo e Ci/O e S a especificidade da Rubisco determinada in vitro cujos valores encontrados estão entre 2100 à 2950 mol mol-1 (EVANS et al., 1986; HARLEY et al., 1992). No presente trabalho o valor utilizado foi 2950 mol mol-1. Os parâmetros Jc e Jo referem-se ao fluxo de elétrons direcionados para a carboxilação e oxigenação da RuBP, respectivamente, e foram calculados pelas seguintes expressões: Jc = 1/3 [JT + 8 (A + R)], (3) Jo = 2/3 [JT – 4 (A + R)], (4) onde JT = Jc + Jo refere-se ao fluxo total de elétrons utilizados na atividade da Rubisco e é calculado através do parâmetro fotoquímico (Fq’/Fm’) (GENTY et al., 1989), A a assimilação de CO2 e R a respiração. A relação Ci/O refere-se à fração molar de CO2 e O2 (210 mmol mol-1) presentes nos espaços intercelulares. Após o ajuste da curva A em função de Cc, utilizou-se a equação da assimilação de CO2 como uma função linear de Cc de acordo com modelo de FARQUHAR et al. (1980) e LONG & BERNACCHI (2003), sendo Vc,max e Jmax os coeficientes angulares da reta e R, a respiração mitocondrial, o ponto da reta que intercepta o eixo Y (A). A Cc máxima utilizada para o cálculo de Vc,max foi de 200 mol mol-1 e os cálculos foram feitos conforme as equações descritas a seguir: AC = f’ Vc,max – R, (5) AJ = g’ J – R, (6) onde, f’ = (Cc – *)/[Cc + Kc (1 + O/K0)] (7) e g’ = (Cc – *)/(4,5Cc + 10,5*), (8) 13 onde: Ac e AJ representam a fotossíntese limitada pela eficiência de carboxilação e regeneração da RuBP, respectivamente, Kc e Ko são constantes de Michaelis–Menten da Rubisco, respectivamente, para carboxilação e oxigenação, Rd é respiração mitocondrial à luz; Oi é a concentração de oxigênio interna da folha (considerada igual à externa à folha), * é o ponto de compensação de CO2 na ausência de respiração no escuro. Os valores de * e de Kc e Ko para a mesma temperatura da folha no momento das medidas de trocas gasosas foram calculadas de acordo com as equações temperatura-dependentes desenvolvidas por BERNACCHI et al. (2001). J é fluxo potencial de elétrons para uma dada DFFFA e é dado por: J = Q2 + Jmax - [(Q2 + Jmax)2 - 4.Q2.Jmax)] 0,5 / 2*) (9) onde Jmax é a taxa máxima de transporte de elétrons em mol m-2 s-1 quando a Rubisco está saturada por CO2, é a convexidade da curva de luz, considerado 0,9 e Q2 é a radiação incidente utilizada no transporte de elétrons por meio do fotossistema 2 (PSII) e é dado por: Q2 = Q * abs (1 - f) / 2, (10) sendo Q = DFFFA, abs o coeficiente de absorção da folha considerado 0,84, f é um fator de qualidade da radiação (0,15) e o divisor 2 é usado pois somente é considerado o PSII (VON CAEMMERER, 2000). A condutância mesofílica (gi), a limitação estomática (LS) e a limitação do mesofilo (Li) são as limitações difusivas da fotossíntese e foram calculadas segundo EPRON et al. (1995) (gi), LONG & BERNACCHI (2003) (LS) e WARREN (2008b) (Li), respectivamente, pelas expressões abaixo: A = gi (Ci – Cc), (11) Li = (A’’’ - A‘)/A’’’ (12) e 14 LS = (A”– A’)/A”, (13) onde A’ é a fotossíntese medida à concentração ambiente de CO2 (Ca = 400 mol mol-1) e A” a fotossíntese no momento em que Ci = Ca, ou seja, quando a resistência estomática tendeu a zero, A’’’ no momento em que Cc = Ci. As variáveis fotoquímicas, medidas a cada concentração de CO2 do ar de referência, foram as mesmas descritas no item 3.2.1. 3.2.4 Potencial da água na folha O potencial da água na folha foi medido às 6 h (6h, pré-amanhecer, em MPa) e às 13 h (13h, em MPa) com câmara de pressão (modelo 3005, Soil Moisture Equipment Corp., EUA), segundo método proposto por KAUFMANN (1968). 3.2.5 Condutividade hidráulica A condutividade hidráulica (KL, em mmol m-2 s-1 MPa-1) foi estimada pela seguinte expressão HUBBARD et al. (2001): KL = E13h/(6h-13h), (14) onde E é a transpiração ocorrida às 13 h e 6h e 13h o potencial da água na folha medido às 6 h (pré-amanhecer) e às 13 h, respectivamente. 3.3 Delineamento Estatístico O delineamento estatístico foi em parcelas subdivididas (split-plot) no tempo com cinco repetições, tendo os tratamentos (3 temperaturas) como parcelas e o tempo (5 dias de avaliação) como subparcelas. As variáveis medidas foram submetidas à análise de variância (ANOVA) e as médias comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. 15 4 RESULTADOS 4.1 Trocas Gasosas, Potencial Hídrico e Condutividade Hidráulica No período de aclimatação (dia 0, TR = 20 oC) as variáveis medidas não diferiram significativamente (P<0,05) entre as plantas que tiveram suas raízes submetidas a diferentes regimes térmicos (Figura 2). Após 24 horas (dia 1) do início dos tratamentos a assimilação de CO2 (A) foi significativamente diferente entre os tratamentos (P<0,05). As plantas cujas raízes tiveram a temperatura aumentada de 20 para 30 ºC apresentaram um acréscimo aproximado de até 67% em A no quinto dia, enquanto naquelas resfriadas de 20 para 10 °C A decresceu até 33% (Figura 2A). O acréscimo em A a 30 °C ocorreu paralelamente ao acréscimo em gs e gi, que foram 42% superiores ao de 20 °C (Figuras 2C e D). Esse aumento em A em resposta a maior gs e gi promoveu maior eficiência aparente de carboxilação, dada pela relação A/Ci (Figura 2F). Por outro lado, no tratamento a 10 °C, o menor valor de A ocorreu simultaneamente com menores gs e gi, reduzindo dessa forma A/Ci (Figuras 2A, C, D e F). Embora fluxo de CO2 tenha sido elevado em resposta a gs e gi elevadas, observado até o quinto dia no tratamento a 30 °C, a concentração intercelular de CO2 (Ci) foi sempre menor (P<0,05) ao de 20 °C (Figura 2E), em função da maior fixação fotossintética. A maior transpiração foliar (E) ocorreu a 30 °C atingindo valores 64% e 18% superiores aos tratamentos 10 e 20 °C, respectivamente (Figura 2B) e está diretamente relacionada ao maior gs observado no mesmo período. Contudo, os maiores valores de E ocorridos a 30 °C não tiveram grande influência no 13h já que valores elevados de potencial da água na folha foram encontrados (Figura 3B), indicando que os tecidos estavam bem hidratados mesmo com elevada transpiração. No tratamento a 10 °C, embora a transpiração tenha se mantido praticamente a metade da ocorrida a 30 °C até o quinto dia do experimento em resposta a menor gs, os valores de 13h foram sempre duas vezes menores em relação a 30 °C (Figura 3B). Valores intermediários de E e 13h foram observados para o tratamento controle (20 oC). 16 12 A 1,8 -2 -1 1,6 1,4 8 1,2 6 1,0 4 0,8 0,6 0 0,4 C 0,27 D 0,24 0,21 -1 0,08 -2 0,18 0,15 0,09 0,02 260 0,06 F E 0,50 240 0,40 0,35 220 0,30 -2 A/Ci (mol m s Pa ) 0,45 -1 -1 0,12 0,04 -2 0,06 gi (mol m s ) gs (mol m s ) 0,10 0,25 200 0,20 -1 0,15 180 -1 Ci (mol CO2 mol ) -1 2 -2 A (mol CO2 m s ) 10 B E (mmol H20 m s ) 10 °C 20 °C 30 °C 0,10 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 Dias Figura 2 - Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ na assimilação de CO2 (A, em A), transpiração foliar (E, em B), condutância estomática (gs, em C), condutância mesofílica (gi, em D), concentração intercelular de CO2 (Ci, em E) e eficiência aparente de carboxilação (A/Ci, em F). Medidas realizadas na DFFFA de 1300 mol m-2 s-1, temperatura do ar dia/noite 25/20 °C e concentração de CO2 ambiente (380 mol mol-1), com exceção de gi calculado a partir da curva A x Ci. Dia 0 todas as plantas com temperatura de raízes (TR) a 20 oC; dias 1 a 5 tratamento com TR a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR a 20 oC . Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes de 10 e 30 °C para 20 °C (período de recuperação). 17 Dias 0,0 1 3 5 7 9 1 3 5 9 0,0 -0,2 -0,4 -0,4 -0,6 -0,6 -0,8 10 °C 20 °C 30 °C A -0,8 B C 9 7 -2 -1 -1 KL (mmol H2O m s MPa ) 11 13h (MPa) 6h (MPa) -0,2 7 5 3 1 1 3 5 7 9 Dias Figura 3 - Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ no potencial da água na folha às 6 horas (pré-amanhecer,6h, em A) e às 13 horas (13h, em B) e na condutividade hidráulica (KL, em C). Dias 1 a 5 tratamento com temperatura das raízes (TR) a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada barra representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C. Quanto ao potencial da água na folha medido no pré-amanhecer (6h), não houve diferença entre os tratamentos e os valores encontrados indicaram que os substratos estavam com boa disponibilidade hídrica (Figura 3A). A maior (P<0,05) condutividade hidráulica estimada (KL) ocorreu no tratamento radicular a 30 °C (Figura 3C) e o elevado valor garantiu o bom estado de hidratação dos tecidos foliares (alto 13h, figura 3B) mesmo no momento de alta E. Nas plantas com sistema radicular a 10°C o valor de KL no mesmo período foi, em média, quatro vezes menor que o observado a 30 oC (Figura 3C), quando o 13h (figura 3B) e E foram 18 também menores (Figura 2B). Valores intermediários de KL foram observados no tratamento controle (20 °C). A partir do sexto dia as plantas com temperaturas radiculares a 10 e 30 °C voltaram a 20 °C. As plantas que tiveram as raízes acondicionadas a 30 °C apresentaram resposta imediata à nova temperatura, pois os valores de A, gs, gi, Ci, E, w e KL igualaram-se aos observados a 20 °C. Nas plantas do tratamento radicular a 10 °C A, gs, gi, E e KL se equivaleram aos valores observados a 20 °C apenas no nono dia, ou seja, necessitaram de dois dias para recuperar os valores originalmente observados antes da aplicação dos tratamentos, isto é com todas as raízes a 20 °C, no período de aclimatação. 4.2 Ponto de Compensação de Luz, Rendimento Quântico Aparente e Fluorescência da Clorofila a Os pontos de compensação lumínica (c) não diferiram significativamente entre os tratamentos, apresentando valores médios de 32 mol m-2 s-1 nos tratamentos 10 e 30 °C e 35 mol m-2 s-1 no tratamento 20 °C (Figura 4A). O c é também influenciado pela respiração (R) foliar ocorrida no escuro (mitocondrial) e a pequena diferença existente no tratamento a 20 °C pode ter sido reflexo da maior respiração ocorrida no período analisado (P<0,05), cujos valores médios foram 1,60; 2,0 e 1,63 mol m-2 s-1 nos tratamentos a 10, 20 e 30 °C, respectivamente. O rendimento quântico aparente () das plantas com raízes a 30 °C foi superior (P<0,05) em relação ao verificado nas plantas com raízes mantidas a temperaturas mais baixas e essa diferença foi ainda maior no nono dia, mesmo quando a temperatura já se encontrava nas condições iniciais (20 °C) (Figura 4B). Quanto às variáveis de fluorescência da clorofila não houve diferença na eficiência quântica máxima fotoquímica (Fv/Fm) entre os tratamentos, com valores médios variando entre 0,78 a 0,81 (Figura 5A). Entretanto, o fator de eficiência do PSII (Fq’/Fv’) foi sempre maior (P<0,05) no tratamento a 30 °C em todo período experimental (Figura 5B), em relação aos tratamentos de menores temperaturas, o que lhe garantiu a maior eficiência operacional do PSII (Fq’/Fm’) (Figura 5C). O aumento da eficiência de operação nesse tratamento contribuiu para o incremento de 64% em A (Figura 2A) em relação ao de temperatura 20 °C. Embora A no tratamento de temperatura radicular mais baixa (10 °C) tenha sido 33% (P<0,05) menor em relação a 20 °C, Fq’/Fv’ e Fq’/Fm’ nesses dois tratamentos foram iguais. Até o quinto dia o 19 coeficiente de extinção não fotoquímica (NPQ) a 30 °C foi menor (P<0,05), em resposta a maior Fq’/Fm’. No entanto, a partir do sétimo dia, quando a raiz desse tratamento encontrava-se a 20 °C, o NPQ aumentou, igualando-se aos outros dois tratamentos, indicando que parte da energia luminosa captada pelo complexo antena foi dissipada em forma de calor (Figura 5D). Ainda assim, a Fq’/Fv’ e Fq’/Fm’ desse tratamento mantiveram-se maiores até o nono dia, quando a A já se igualava ao tratamento 20 °C. Essa maior eficiência de operação do PSII no nono dia observado no tratamento a 30°C contribuiu para o maior encontrado nesse dia nesse tratamento (Figura 4B). 50 0,08 -1 c (mol fótons m s ) 0,07 -2 40 B 30 0,06 20 0,05 -1 [mol CO2 mol(fótons) ] 10 °C 20 °C 30 °C A 10 0,04 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 Dias Figura 4 - Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ no ponto de compensação de luz (c, em A) e na eficiência quântica aparente (, em B). Dia 0 todas as plantas com temperatura de raízes (TR) a 20 oC; dias 1 a 5 tratamento com TR a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C. 4.3 Taxas Máxima de Carboxilação (Vc,max) e de Regeneração da RuBP (Jmax), Assimilação Máxima de CO2 Sob Saturação de CO2 (AmaxCO2) e Limitação Estomática da Fotossíntese A curva de resposta A x Ci foi realizada na DFFFA de 1200 mol m-2 s-1, portanto acima do ponto de saturação de luz para a espécie. As taxas máximas de carboxilação (Vc,max) e de regeneração da RuBP (Jmax) foram calculadas a partir das curvas A x Cc (Figura 6). 20 0,84 A 10ºC 20ºC 30ºC 0,8 B 0,7 0,6 0,82 0,4 0,3 Fq'/Fv' Fv/Fm 0,5 0,80 0,78 0,2 0,1 0,76 0,0 D C 4,0 0,20 3,5 3,0 2,5 0,10 NPQ Fq'/Fm' 0,15 2,0 1,5 0,05 1,0 100 F 0,34 Fv'/Fm' 90 0,32 80 0,30 70 0,28 60 -2 ETR [mol (elétrons) m s ] E 3 5 7 9 1 3 5 7 9 -1 50 1 Dias Figura 5 - Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ na eficiência quântica fotoquímica máxima do PSII (Fv/Fm, em A), no fator de eficiência do PSII (Fq’/Fv’, em B), na eficiência quântica operacional do PSII (Fq‟/Fm‟, em C), no coeficiente de extinção não fotoquímica (NPQ, em D), na eficiência máxima do PSII (Fv’/Fm’, em E) e no transporte aparente de elétrons (ETR, em F). Medidas realizadas entre 9 e 14h na DFFFA de 1300 mol m-2 s-1, temperatura do ar constante a 25 °C e concentração de CO2 ambiente (380 mol mol-1). Dia 0 todas as plantas com temperatura de raízes (TR) a 20 oC; dias 1 a 5 tratamento com TR a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C. 21 Na figura 6 verifica-se a variação da assimilação máxima sob saturação de CO2 (AmaxCO2). AmaxCO2 para temperatura de raízes de 10 oC foi ao redor de 13,0mol m-2 s-1 no 1º e 3º dias de tratamento (Figura 6 A, B). Houve recuperação de AmaxCO2 no 3º dia com a temperatura novamente a 20 oC (Figura 6C), atingindo valores ao redor de 18mol m-2 s-1 próximo aos 20mol m-2 s-1, observados no tratamento 20 oC (Figura 6D, E e F). AmaxCO2 para temperatura de raízes 30 oC variou entre 28 e 30 mol m-2 s-1 entre o 1º e 3º dia de tratamento. Após retorno da temperatura das raízes a 20 oC AmaxCO2 diminuiu para cerca de 26 mol m-2 s-1, ou seja ainda maior que o controle a 20 oC. No tratamento radicular a 10 °C houve decréscimo significativo (P<0,05) de até 23% em Vc,max, ocorrido no sétimo dia, em relação aos de maiores temperaturas (20 e 30 °C) que não diferiram entre si durante todo o período experimental (Figura 7A). Já a taxa máxima de regeneração da RuBP (Jmax), dependente do transporte de elétrons, foi fortemente influenciada pela temperatura radicular, mostrando diferenças significativas (P<0,05) entre os três tratamentos. Os maiores valores de Jmax ocorreram nas plantas com raízes a 30 °C, até o quinto dia, enquanto os menores ocorreram no tratamento a 10 °C (Figura 7B). A maior Jmax ocorrida no tratamento de maior temperatura radicular (P<0,05) foi a responsável pela maior relação Jmax:Vc,max indicando que houve incremento no substrato disponível para assimilação de CO2 e, conseqüentemente, consumo maior de ATP e NADPH na regeneração da RuBP (Figura 7C). Embora a Vc,max ocorrida no tratamento a 10 °C tenha sido menor, a relação Jmax:Vc,max não diferiu da encontrada a 20 °C, sugerindo um equilíbrio no balanço entre as taxas de carboxilação e regeneração da RuBP (Figura 7C), mesmo com baixa assimilação de CO2 (Figura 2A). Ainda que tenha ocorrido equilíbrio metabólico no tratamento radicular a 10 °C, verificado pela Jmax:Vc,max, a taxa de transporte de elétrons utilizados para fixação de CO2 (ETR/Ag) foi significativamente maior (P<0,05) que as encontradas nos tratamentos de temperaturas mais altas, mostrando que grande parte dos elétrons oriundos da fotoquímica não foram utilizados diretamente na assimilação de CO2 (Figura 7D), ocorrendo drenos alternativos desses elétrons já que a assimilação de CO 2 foi menor (Figura 2A). Quanto às limitações difusivas da fotossíntese (estomática, Ls e mesofílica, Li), não houve diferença significativa entre os tratamentos. O padrão de resposta da Ls e Li foi semelhante durante todo período experimental. No tratamento a 20 °C, Ls foi aproximadamente 35%, enquanto nos tratamentos a 10 e 30 °C, 40%. A limitação 22 mesofílica da fotossíntese (Li) foi menor que a estomática (Ls) e semelhante em todos os tratamentos, cerca de 23% (Figuras 8A e B). Observa-se que apenas no primeiro dia de avaliação Ls no tratamento a 10 °C atingiu o maior valor (50%). Entretanto, a partir do terceiro dia Ls desse tratamento diminuiu, sugerindo que houve retro-regulação da fotossíntese relacionada aos fatores difusivos, como observado em Vc,max e Jmax (Figuras 7A e B). Ls está relacionada com a correspondente gs e tem influência direta nas trocas gasosas. Embora gs ocorrida a 30 °C tenha sido a maior dentre os tratamentos, Ls parece ter sido relativamente alta, já que houve tendência de abaixamento de Ci (não significativo) enquanto a fixação de carbono esteve elevada (Figuras 2A, C e E). 5 DISCUSSÃO 5.1 Trocas Gasosas, Potencial Hídrico e Condutividade Hidráulica As condições ambientais da parte aérea às quais as plantas foram submetidas na câmara de crescimento são consideradas ideais para laranjeiras (MACHADO et al., 2002, 2005; RIBEIRO et al., 2004). Os valores observados das variáveis relacionadas às trocas gasosas nos três tratamentos estão dentro do esperado para mudas de laranjeira „Valência‟ mantidas tanto em ambiente controlado (MACHADO et al., 2005; RIBEIRO et al., 2004) quanto em casa de vegetação (MEDINA et al., 1998, 1999). Durante todo período experimental a única condição que sofreu modificações foi a temperatura das raízes, portanto qualquer mudança na resposta das mudas esteve relacionada a esse fato. Tanto o aumento (de 20 para 30 oC) como o abaixamento (de 20 para 10 oC) da temperatura das raízes afetaram as variáveis relativas às trocas gasosas (A, E, gs, gi, Ci e A/Ci) em relação ao controle a 20 oC (Figuras 2). O incremento de A já no primeiro dia após o aumento da temperatura radicular de 20 para 30 °C foi relacionado a fatores difusivos e metabólicos, pois houve incremento em gs e gi, bem como na eficiência aparente de carboxilação (A/Ci) (Figuras 2A, C, e F). Por outro lado, o abaixamento da temperatura radicular de 20 para 10 °C causou queda em A (P<0,05), também relacionada a gs, gi e, em menor grau, à queda de A/Ci (Figuras 2A, C, D e F). Considerando-se os 3 tratamentos, houve correlação positiva significativa entre A x gs (r = 0,86, P<0,001), entre A x gi (r = 0,86, P<0,001) e entre A x A/Ci (r = 0,99, P<0,001). 23 Tratamento o Tratamento o o 10 C, 1 dia Recuperação o o 10 C, 3 dia o 20 C, 3 dia 30 30 A 25 A = 13,5*[1-EXP(-0,00521(Cc-74,9] 2 R =0,95 20 C B A = 12,9*[1-EXP(-0,00597(Cc-67,4] 2 R =0,99 A = 18,0*[1-EXP(-0,00456(Cc-61,9] 2 R =0,99 25 20 15 15 10 10 5 5 0 0 0 200 400 600 0 200 400 600 0 200 400 600 -1 Cc (mol CO2 mol ) o o o 20 C, 1 dia -1 30 A = 21,1*[1-EXP(-0,00427(Cc-59,1] 2 R =0,99 25 20 2 2 o AmaxCO (mol m s ) 15 10 10 5 5 0 0 0 200 400 600 0 200 400 600 0 200 400 -1 15 AmaxCO (mol m s ) F A = 21,8*[1-EXP(-0,00394(Cc-63,4] 2 R =0,98 A = 19,1*[1-EXP(-0,00565(Cc-56,0] 2 R =0,99 20 o 20 C, 3 dia E D 25 o 20 C, 3 dia 30 600 -1 Cc (mol CO2 mol ) o o o 30 o o 20 C, 3 dia H G 25 o 30 C, 3 dia 30 C, 1 dia 30 I 25 20 20 15 15 10 10 5 A = 28,0*[1-EXP(-0,00318(Cc-41,7] 2 R =0,99 0 0 200 400 600 0 5 A = 30,1*[1-EXP(-0,00308(Cc-29,4] 2 R =0,99 200 400 600 A = 26,1*[1-EXP(-0,00340(Cc-52,3] 2 R =0,99 0 200 400 0 600 -1 Cc (mol CO2 mol ) Figura 6 - Assimilação máxima de CO2 sob saturação de CO2 (AmaxCO2) em laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ em reposta à variação da temperatura nas raízes. A e B, respectivamente, 1 e 3 dias após a aplicação do tratamento temperatura das raízes a 10 oC e C 3 dias após o retorno da temperatura de 10 para 20 oC. D, E e F controle com temperatura de raízes a 20 oC. G e H, respectivamente, 1 e 3 dias após a aplicação do tratamento temperatura das raízes a 30 oC e I, 3 dias após o retorno da temperatura de 30 para 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. 24 B 180 70 150 -2 -1 10 °C 20 °C 30 °C A 60 120 -2 90 40 60 -1 50 18 C D 16 2,5 14 12 2,0 - ETR/Ag (mol e /mol CO2) 3,0 Jmax / Vc,max Jmax (mol m s ) Vc,max (mol m s ) 80 10 1,5 8 1,0 6 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 Dias Figura 7 - Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ nas taxas máximas de carboxilação (Vc,max, em A) e de regeneração da RuBP (Jmax, em B), na relação entre as taxas de regeneração e carboxilação da RuBP (Jmax/Vc,max, em C) e na relação entre a taxa de transporte de elétrons e assimilação bruta de CO2 (ETR/Ag, em D). Dia 0 todas as plantas com temperatura de raízes (TR) a 20 oC; dias 1 a 5 tratamento com TR a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada ponto representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C. As correlações positivas entre A e gs e A e gi indicam que a difusão do CO2 do ar externo até o sítio de carboxilação, no estroma, através dos estômatos e do mesofilo, afetou a fotossíntese. Esse movimento pode ser descrito pela 1ª lei de Fick, como: A = gs(Ca-Ci) = gi(Ci – Cc), onde Ca, Ci e Cc indicam a concentração de CO2, respectivamente no ar, na cavidade subestomática e no estroma do cloroplasto (LONG & BERNARCCHI, 2003). 25 A 10 20 B 30 50 40 40 30 30 20 20 10 10 Li(%) Ls (%) 50 0 0 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 Dias Figura 8 - Efeito da temperatura radicular de laranjeira „Valência‟ enxertada em limoeiro „Cravo‟ na limitação estomática (Ls, em A) e mesofílica (Li, em B) da fotossíntese. Dias 1 a 5 tratamento com temperatura das raízes (TR) a 10, 20 ou 30 oC, dias 6 a 9 recuperação com TR de 20 oC. Cada barra representa a média de cinco repetições ± erro padrão. Setas indicam primeiro dia de retorno das raízes a 10 e 30 °C para 20 °C. A influência de gs em A já é bem conhecida em laranjeiras cultivadas em campo ou em condições protegidas (MEDINA et al., 1998, 1999; RIBEIRO, 2006; RIBEIRO & MACHADO, 2007) ou em ambientes controlados (MACHADO et al., 2005; RIBEIRO et al., 2004). A condutância estomática varia em função de fatores ambientais como temperatura do ar e do solo, temperatura noturna, umidade do solo, turgescência e potencial da água da folha, diferença de pressão de vapor entre a folha e o ar (DPVf-ar), DFFFA e de fatores inerentes à própria planta (ALLEN & ORT, 2001; ALLEN et al., 2000; BAUER et al., 1985; ERISMANN et al., 2008; FENELL & MARKHART, 1998; HABERMANN et al., 2003; MACHADO et al., 2002, 2005; RIBEIRO & MACHADO, 2007; RIBEIRO et al., 2009b). No caso presente gs variou em conseqüência da variação da temperatura do sistema radicular, à semelhança do que já foi observado por outros autores em diversas espécies (ALLEN & ORT, 2001; ALLEN et al., 2000; BAUER et al., 1985; NADA et al., 2003; ZHANG et al., 2008). Em citros um dos fatores que afeta gs é o potencial da água na folha (GOMES et al., 2004; MACHADO et al., 1999; RIBEIRO, 2006). O 6h, medido com as luzes apagadas, foi igual em todos os tratamentos (Figura 3A). Durante o período noturno a 26 planta hidrata-se e entra em equilíbrio com a umidade do solo. O valor de 6h foi cerca de -0,15 MPa em todos tratamentos e, portanto, independente da temperatura das raízes. Esse potencial indica que as plantas estavam hidratadas e sem estresse hídrico (MEDINA et al., 1998; MACHADO et al., 1999). O h depende do balanço entre a água absorvida pelo sistema radicular e a transpirada pelas folhas. Observou-se (Figura 3B) que o h foi significativamente (P<0,05) maior nos tratamentos com as temperaturas mais altas, mesmo com maiores taxas de transpiração. As variações dos valores de gs foram diretamente relacionadas com h (Figuras 2B e C e 3B). O maior 13h, observado nas plantas com raízes a 30 °C correspondeu a tecidos foliares mais hidratados e garantiu a manutenção da turgidez das células estomáticas e alto gs facilitando a difusão de CO2 do ambiente para os espaços intercelulares. O incremento significativo (P<0,05) em A foi parcialmente relacionado à maior difusão de CO2, pois também se verificou (Figura 2F) um aumento expressivo de A/Ci a 30 oC (P<0,05) em relação aos outros tratamentos, sugerindo um efeito metabólico sobre o incremento em A. O aumento em gs também contribuiu para o incremento na transpiração foliar (E) (Figuras 2B e C). O maior valor de 13h no tratamento radicular a 30 °C ocorreu em resposta ao aumento da capacidade de absorção de água pelas raízes, devido possivelmente ao elevado valor de condutividade hidráulica (KL) em relação aos outros tratamentos. O aumento na capacidade de absorção de água está relacionado a mudanças na permeabilidade das membranas das células radiculares (FENNELL & MARKHART, 1998). Como é de conhecimento geral, temperaturas mais elevadas, dentro da faixa fisiológica, favorecem o metabolismo celular aumentando a velocidade das reações químicas. Metabolismo mais acelerado requer reposição mais rápida de substratos para a continuidade das reações e, por isso, alterações fisiológicas nas plantas devem ocorrer para atender a demanda por esses substratos. Em citros o crescimento das raízes aumenta com a temperatura na faixa entre 13 e 27 °C (BEVINGTON & CASTLE, 1985). Maior crescimento requer maior fornecimento de carboidratos estimulando a produção fotossintética. A absorção de água pelas raízes é mediada por canais de proteínas intrínsecas presentes na membrana plasmática denominadas aquaporinas. As aquaporinas permitem a absorção de água do solo e mediam a regulação da condutividade hidráulica. Aquaporinas são encontradas nas células da epiderme e ponta de raiz, e tecidos 27 próximos do xilema da raiz (BOHNERT et al., 1995). A atividade dessas proteínas, responsáveis pelo aumento/redução da resistência ao fluxo da água na planta, parece comandar a captação de água do solo (TOURNAIRE-ROUX et al., 2003). De acordo com esses autores, a redução do pH da seiva pode bloquear a atividade dessas vesículas reduzindo a capacidade de absorção de água e conseqüentemente o KL. Em estudo realizado por eles a redução do pH do citosol, promovido pela baixa disponibilidade de O2 nas raízes, reduziu drasticamente o KL reduzindo a absorção de água devido à mudança da permeabilidade das membranas, relacionada às aquaporinas. Possivelmente essa é a primeira resposta ao estresse nas raízes (TOURNAIRE-ROUX et al., 2003). O abaixamento da temperatura radicular de 20 para 10 °C reduziu significativamente o 13h (P<0,05) mesmo com o abaixamento significativo em E (P<0,05) (Figuras 2B e 3B). O menor potencial da água na folha pode ter sido causado pela mudança na capacidade de absorção de água pelas raízes (FENNELL & MARKHART, 1998; TOURNAIRE-ROUX et al., 2003), verificada pela redução significativa de KL (P<0,05) em combinação com aumento da viscosidade da água devido ao aumento da força de ligação de hidrogênio (KRAMER, 1983). Esse status hídrico mais negativo ocorrido às 13 horas foi uma resposta fisiológica da planta ao abaixamento da temperatura radicular, pois as plantas foram mantidas em boas condições hídricas durante todo o período experimental, como foi evidenciado pelo potencial hídrico no pré-amanhecer (6h) (Figura 3A). A redução do 13h ocorrido nesse tratamento radicular (10 °C) deve, em parte, ter induzido o abaixamento do gs e gi aumentando a resistência da difusão de CO2 até os sítios de carboxilação e abaixado A. A queda do potencial hídrico da folha em raízes submetidas à baixa temperatura foi relatada por outros autores, e para outras espécies (BAUER et al., 1985; DAY et al., 1991; FLEXAS et al., 2002; RIBEIRO & MACHADO, 2007; RIBEIRO et al., 2009b). DAY et al. (1991) também observaram correlação positiva entre potencial hídrico e gs enquanto FLEXAS et al. (2008) e WARREN (2008b) relataram queda de gi com o abaixamento da temperatura. A capacidade de reposição de água transpirada nos tecidos foliares diminui com a redução de KL, podendo ocorrer um déficit na reposição da água. Em condições de alto E e baixo KL o potencial da água na folha diminui, desidratando os tecidos foliares. Para evitar a excessiva perda de água, a resistência estomática aumenta (diminuição de gs) restringindo as trocas gasosas, ou seja, os fluxos de H2O e CO2. Essa diminuição de 28 gs ocorre naturalmente em condições de campo ao longo do dia em resposta a fatores ambientais ou a estímulos internos da planta (MEDINA et al., 1998; RIBEIRO, 2006). O complexo mecanismo de abertura e fechamento de estômatos também está relacionado com hormônios e com a mudança da composição química da seiva do xilema (NADA et al., 2003; VELESOVA et al., 2005; WAN et al., 2004; ZHANG et al., 2008). Sob baixa temperatura, a composição e o pH da seiva no xilema mudam e ocorre aumento do teor de ácido abscísico (ABA) e decréscimo do teor de citocinina nas folhas causando queda em gs (NADA et al., 2003; VELESOVA et al., 2005; WAN et al., 2004; ZHANG et al., 2008 ZHOU et al., 2007). O decréscimo do teor de citocinina na folha é devido à queda do seu fluxo a partir da raiz e ao aumento da atividade de oxidase de citocinina na folha (VELESOVA et al., 2005). ZHOU et al. (2007) também relataram aumento do teor de ABA e queda de citocinina em raízes submetidas ao frio. A queda de gs ocorreu concomitantemente à diminuição do 13h e do KL, mostrando comportamento anisoídrico (WAN et al., 2004). No caso presente é possível que o resfriamento das raízes de 20 para 10 °C tenha reduzido a abertura estomática (queda de gs) em resposta às mudanças na permeabilidade da membrana plasmática das células radiculares relacionadas à atividade das aquaporinas nas raízes, que reduziram a capacidade de absorção de água provocando a queda de KL. O abaixamento de KL dificultou a reposição de água nos tecidos foliares reduzindo o potencial hídrico (13h) e, conseqüentemente, o gs (Figuras 2C, 3B e C). É possível ainda que tenha ocorrido a ação de fatores químicos relacionados ao controle estomático, como redução no teor de citocinina e aumento da concentração de ABA proveniente das raízes (VELESOVA et al., 2005; WAN et al., 2004; ZHANG et al., 2008), como fatores potencializadores do fechamento estomático. A recuperação da abertura estomática para o nível do observado no período de aclimatação (20 °C) ocorreu apenas no nono dia, ou seja, após três dias do retorno das raízes de 10 para 20 °C, enquanto a resposta do 13h ao aumento da temperatura foi imediata, no sétimo dia (Figuras 2C e 3B). A demora em relação à recuperação de gs pode estar relacionada ao efeito residual do ABA sobre os estômatos (GOMES et al., 2003). Por outro lado, a temperatura das raízes a 30 °C favoreceu a absorção de água, maior gs e gi causando aumento de A (Figura 2A, C e D). O maior valor de KL estimado sugere maior absorção de água. Além disso, em raízes sob condição adequada de 29 temperatura, os teores de ABA são baixos e o de citocinina altos, favorecendo a abertura estomática (WAN et al., 2004; ZHOU et al., 2007). Sabe-se que as resistências estomáticas e mesofílicas ao fluxo de CO2 são responsáveis por aproximadamente 40% da limitação da fotossíntese em plantas bem hidratadas (EPRON et al., 1995; WARREN et al., 2003; YAMORI et al., 2006). Do mesmo modo que gs, gi também foi influenciado pela temperatura radicular e seu padrão de resposta foi semelhante ao de gs (Figuras 2C e D). A redução significativa (P<0,05) do gi ocorrida no primeiro dia após o abaixamento da temperatura radicular a 10 °C reforça a idéia de que a resistência do mesofilo não é constante e pode variar rapidamente em resposta a estímulos do ambiente e/ou internos da planta assim como gs (FLEXAS et al., 2008). A influência da temperatura radicular em gi foi mais pronunciada no abaixamento da temperatura radicular, enquanto o aumento da temperatura das raízes para 30 °C não teve influência direta e imediata em relação ao tratamento controle (20 °C). Somente após o 3° dia a 30 °C gi foi maior (P<0,05). Embora tenham sido observadas diferenças significativas em gi e gs entre os tratamentos, as limitações estomáticas (Ls) e mesofílica (Li) foram iguais entre eles. Nos tratamentos 10 e 30 °C o Ls foi de aproximadamente 40%, enquanto no controle (20 °C) de 35%. Já a limitação mesofílica da fotossíntese (Li) foi mais baixa, não diferindo significativamente entre os tratamentos, limitando em 23% a A (Figuras 7A e B). A redução de gi e gs limitam a fotossíntese por fatores difusivos. Entretanto, quando a fotossíntese é limitada apenas por esses fatores o aumento da concentração externa de CO2 tende a superar essas limitações elevando a assimilação de CO2 aos níveis das condições normais. Esse fato não ocorreu. Observa-se na Figura 6 que AmaxCO2 foi menor nos tratamentos 10 e 20 °C em relação a 30 °C. Isso indica que além do fator difusivo, fatores metabólicos afetaram a fotossíntese. Esse aspecto será mais bem discutido à frente. A condutância mesofílica está relacionada à difusão de CO2 dos espaços intercelulares até os sítios de carboxilação. Para que o CO2 intercelular atinja o interior do cloroplasto é necessária sua passagem através da parede celular, da membrana plasmática, do citosol (fase líquida) e da membrana do cloroplasto. Segundo FLEXAS et al. (2008), a capacidade difusiva de CO2 no mesofilo foliar pode ser alterada em plantas da mesma espécie ocorrendo em diferentes habitats, com regimes térmicos e hídricos diferentes. 30 A maior resistência à difusão interna do CO2 parece estar relacionada às membranas plasmáticas e às do cloroplasto (WARREN, 2008a). De acordo com BERNACCHI et al. (2002), fatores enzimáticos ou proteínas ligadas ao transporte de CO2 presentes nas membranas das células e do cloroplasto estariam relacionados à gi. Possivelmente a difusão do CO2 através dessas membranas esteja relacionada às aquaporinas e anidrase carbônica (BERNACCHI et al., 2002; FLEXAS et al., 2008; WARREN, 2008b). Entretanto, algumas espécies parecem não mostrar relação direta entre gi e a anidrase carbônica, apresentando um comportamento dependente da espécie (FLEXAS et al., 2008). GILLON & YAKIR (2000) sugeriram que a importância da anidrase carbônica na difusão de CO2 é maior em espécies lenhosas, em que gi é baixo devido às propriedades estruturais das folhas. As aquaporinas parecem ter maior importância na difusão do CO2 pelas membranas das células do mesofilo. FLEXAS et al. (2006) demonstraram a influência das aquaporinas em gi em plantas de tabaco com genes modificados capazes de superexpressar e/ou bloquear sua atividade e observaram diferenças significativas na concentração de CO2 do cloroplasto e em A. Se a função das aquaporinas também é de transportar o CO2 através das membranas celulares do mesofilo, do mesmo modo que a atividade delas controla o fluxo de água nas células radiculares, também a difusão do CO2 pode ser controlada por elas. Ainda, como o resfriamento das raízes a 10 °C promoveu alterações na atividade das aquaporinas reduzindo a absorção de água (redução de KL e 13h), o mesmo deve ter ocorrido nas células do mesofilo foliar reduzindo assim o transporte de CO2 para os cloroplastos, como verificado de fato pela redução de gi (Figura 2D). O contrário pode ser afirmado nas plantas que tiveram a temperatura das raízes aumentadas para 30 °C, quando a temperatura mais elevada contribuiu para o aumento da atividade das aquaporinas tanto para o transporte de água nas células radiculares, quanto para a difusão do CO2 nas células do mesofilo, verificado pelos maiores valores de KL, 13h e gi (Figuras 2D, 3B e C). O retorno das raízes de 30 para 20 oC e de 10 para 20 oC causou, praticamente em todas variáveis relativas às trocas gasosas (A, gs, gi e A/Ci), o retorno aos valores originais, observados antes da aplicação dos tratamentos (Figura 2A, B, C, D, F), mostrando assim grande capacidade de aclimatação. Verificou-se também recuperação do 13h e de Vc,max e Jmax, como será discutido mais adiante. 31 5.2 Ponto de Compensação de Luz, Rendimento Quântico Aparente e Fluorescência da Clorofila a Os valores de ponto de compensação lumínica (c), que variaram entre 32 e 35 mol m-2 s-1, estão acima dos encontrados em laranjeiras cultivadas em casa de vegetação, irrigadas e sadias (~14,0 mol m-2 s-1) (HABERMANN et al., 2003; MACHADO et al., 2005). Os valores mais baixos do c foram encontrados por esses autores a baixas taxas de respiração (R) mitocondrial (1,17 mol m-2 s-1), enquanto valores mais altos de c foram observados neste trabalho a taxas de R mais altas (entre 1,60 e 2,0 mol m-2 s-1). O aumento da irradiância acima do ponto de compensação de luz resulta em aumento proporcional de assimilação de CO2 (A), indicando que A é limitada pela quantidade de luz até atingir o ponto de saturação, em que A torna-se máxima e começa a ser limitada por fatores bioquímicos. A parte linear da curva de luz permite estimar a eficiência quântica aparente (). A eficiência de utilização da luz está relacionada a fatores metabólicos. O maior valor de ocorrido (P<0,05) no tratamento radicular a 30 °C (~0,067 mol CO2 mol fótons-1) indicou um consumo médio de 15 elétrons para cada CO2 fixado através da utilização de ATP e NADPH, contra 18 elétrons em média para os tratamentos radiculares a 10 e 20 °C (Figura 4B). O maior encontrado a 30 °C indica maior eficiência na utilização de NADPH e ATP no ciclo de Calvin. A perda da eficiência pode estar associada ao aumento do consumo de elétrons por drenos alternativos que ocorre quando a planta está sob algum tipo de estresse. Esses drenos alternativos garantem que os centros de reação luminosa não sejam danificados pelo excesso de radiação. De fato, nas plantas com sistemas radiculares a 10 °C a maior relação (P<0,05) entre a taxa de transporte de elétrons e a assimilação bruta de CO2 (ETR/Ag) sugere a ocorrência de maiores drenos alternativos de elétrons em resposta a menor A (Figuras 2A e 7D). Essa menor eficiência nesse tratamento será examinada também em relação aos processos fotoquímicos e bioquímicos da fotossíntese. A eficiência quântica fotoquímica máxima do PSII (Fv/Fm) não foi afetada pela temperatura radicular e os valores encontrados estão dentro do esperado para folhas sadias, entre 0,75 e 0,85, segundo (CRITCHLEY, 1998; LONG et al., 1994). O Fv/Fm expressa a capacidade máxima do PSII em transportar os elétrons oriundos da fotólise da água através da cadeia de transporte de elétrons. Valores de Fv/Fm abaixo dos esperados podem indicar a ocorrência de fotoinibição, que é a diminuição da capacidade 32 fotoquímica do PSII. Qualquer fator ambiental ou mesmo endógeno à planta capaz de reduzir o Fv/Fm pode comprometer a assimilação de CO2. Em condições de campo é comum ocorrer fotoinibição dinâmica da fotossíntese, quando a radiação absorvida é maior do que a utilizada nos processos fotoquímicos e geralmente coincide com o período do dia em que as trocas gasosas são menores devido à redução de gs em resposta ao aumento do DPV (CRITCHLEY, 1998; RIBEIRO, 2006). Essa fotoinibição é reversível e não causa danos no PSII. Por outro lado, plantas sob estresse hídrico severo com assimilação de CO2 nula ou próxima a zero sob radiação elevada podem sofrer fotoinibição crônica, em que a perda de função do PSII torna-se irreversível. Neste trabalho, as condições do ambiente da parte aérea das plantas foram ideais para laranjeiras „Valência‟ (MACHADO et al., 2005), o que garantiu a manutenção da capacidade máxima fotoquímica do PSII, como verificado pelos valores do Fv/Fm (Figura 5A). A variação da temperatura radicular entre 10 e 30 ºC parece não ter afetado diretamente o PSII, sugerindo que as diferenças encontradas nos outros parâmetros de fluorescência estão relacionadas ao consumo e síntese diferenciada de ATP, NADPH e drenos alternativos de elétrons. A eficiência operacional do PSII (Fq‟/Fm‟) variou entre 0,1 e 0,2, ou seja, dentro da mesma faixa de variação observada em laranjeiras no campo sob DFFFA semelhante (MACHADO et al., 2006; RIBEIRO, 2006). O Fq‟/Fm‟ indica a proporção da energia absorvida que está sendo utilizada nas reações fotoquímicas (MAXWELL & JOHNSON, 2000). Em determinada DFFFA, o Fq‟/Fm‟ representa a eficiência quântica do transporte de elétrons através do PSII (BAKER & ROSENQVIST, 2004). À medida que DFFFA aumenta o Fq‟/Fm‟ diminui proporcionalmente, mantendo o transporte de elétrons mais ou menos constante. Sob condições ambientais favoráveis, a fotossíntese tende a ser máxima e o fluxo de elétrons elevado. O maior consumo de ATP e NADPH pelo Ciclo de Calvin e/ou por drenos alternativos de elétrons mantém o Fq‟/Fm‟ mais elevado. Assim, qualquer fator que reduza as reações de carboxilação e regeneração da RuBP, poderá diminuir o consumo de ATP e NADPH podendo afetar a eficiência de operação do PSII (Fq‟/Fm‟). Fq‟/Fm‟ é dependente da variação de dois componentes, da eficiência máxima do PSII (Fv‟/Fm‟) e do fator de eficiência do PSII (Fq‟/Fv‟). Fv‟/Fm‟ indica a capacidade máxima do PSII em transportar elétrons se todos os centros de reação estivessem abertos (QA oxidadas) enquanto Fq‟/Fv‟, a proporção de QA oxidada (BAKER, 2008). Se a demanda de energia no PSI para a síntese de ATP e NADPH for elevada, tanto os 33 centros de reações do PSII quanto as QA estarão mais oxidadas, promovendo valores elevados de Fv‟/Fm‟ e Fq‟/Fv‟. Dessa forma, o aumento em Fv‟/Fm‟ em resposta a elevada demanda energética pelo Ciclo de Calvin, refletida pelo maior A (Figura 2A), contribuíram para o maior Fq‟/Fm‟ ocorrido no tratamento radicular a 30 ºC (Figuras 2C e E). Respostas semelhantes de Fq‟/Fm‟ foram encontradas em algumas espécies de cucurbitáceas submetidas a três temperaturas radiculares (14, 24 e 34 ºC) com as condições ambientais da parte aérea mantidas constantes. As maiores eficiências quânticas do PSII ocorreram nas plantas com maior assimilação de CO2 (ZHANG et al., 2008), indicando a ocorrência da regulação dinâmica da fotoquímica com o metabolismo em nível de cloroplasto. Outro fator que está relacionado com Fq‟/Fm‟ é o Fq‟/Fv‟, que é determinado pela habilidade do aparato fotossintético manter QA oxidada, ou seja, é função da capacidade relativa da taxa de redução e oxidação (MAXWELL & JOHNSON, 2000). Os valores de Fq‟/Fv‟ encontrados nos três tratamentos deste trabalho estão abaixo de 0,6, indicando que os processos fotoquímicos ocorreram sob excesso de radiação (HORTON et al., 1996). A capacidade em manter os centros de reação do PSII abertos (oxidados) está diretamente relacionada aos drenos de elétrons (síntese de ATP e NADPH) envolvidos nas reações metabólicas. Dessa forma, a maior A ocorrida no tratamento a 30 ºC até o quinto dia manteve a síntese de ATP e NADPH mais intensa refletindo diretamente nos maiores valores de Fq‟/Fv‟ e consequentemente de Fq‟/Fm‟. O decréscimo em A ocorrido a partir do sétimo dia, com o retorno da temperatura de 30 para 20 ºC, não alterou os valores de Fq‟/Fv‟ e Fq‟/Fm‟, ou seja, as plantas desse tratamento mantiveram a mesma eficiência fotoquímica. Entretanto, houve redução do Fv‟/Fm‟ refletindo diretamente no aumento do coeficiente de extinção não fotoquímica (NPQ) (Figuras 5B, C, D e E). A dissipação do excesso de energia de forma radiativa, expressa pelo índice NPQ, ocorre em consequência da formação de gradiente de pH transmembranar nos tilacóides dos cloroplastos que estimula o ciclo das xantofilas (DEMMIG-ADAMS & ADAMS III, 1992). O bombeamento de H+ para o lúmen do tilacóide através da plastoquinona e complexo citocromo b6f reduz o pH, induzindo o ciclo da xantofila e aumenta a produção de ATP (DEMMIG-ADAMS & ADAMS III, 1992). Portanto, os maiores valores de NPQ ocorridos nos tratamentos de temperaturas radiculares mais baixas estão associados à dissipação de energia radiativa pelo aumento do ciclo das xantofilas e síntese de ATP (Figura 5D). Ainda, a manutenção dos valores mais altos de Fq‟/Fv‟ e Fq‟/Fm‟, mesmo com aumento do NPQ e 34 redução em A, no período de recuperação (abaixamento de TR de 30 para 20 ºC) das plantas que tiveram suas raízes mantidas a 30 ºC por cinco dias, deve estar associado ao aumento da fotorrespiração e da atividade do ciclo das xantofilas e reação de Mehler, como sugerido pelo aumento significativo (P<0,05) de ETR/Ag no sétimo dia (Figura 7D). Essas reações são capazes de manter a re-oxidação parcial das quinonas aceptoras de elétrons pelo consumo de ATP e NADPH, mantendo o transporte de elétrons em nível elevado (KRAUSE & WEIS, 1991; ORT & BAKER, 2002). Apesar das menores eficiências operacionais do PSII (Fq’/Fm’) ocorridas nos tratamentos radiculares a 10 e 20 °C, o transporte aparente de elétrons (ETR), variando entre 60 e 80 mol m-2 s-1, indicou que a quantidade de energia disponível para utilização nas reações fotoquímicas era suficiente para uma assimilação de CO2 em torno de 7 mol m-2 s-1 (RIBEIRO et al., 2009b). A assimilação de CO2 ocorrida nos tratamentos de temperaturas radiculares mais baixas não foi limitada pela disponibilidade energética (Figuras 2A e 5F), sugerindo a influência de fatores bioquímicos, além dos difusivos já discutidos no ítem 5.1. 5.3 Taxas Máxima de Carboxilação (Vc,max) e Regeneração da RuBP (Jmax), Assimilação Máxima de CO2 Sob Saturação de CO2 (AmaxCO2) e Limitação Estomática da Fotossíntese AmaxCO2 foi gradativamente menor no sentido dos tratamentos 30, 20 e 10 °C nas raízes (Figura 6). A queda de AmaxCO2 no tratamento a 10 oC está relacionada tanto com os baixos valores de gs e de gi, como com aspectos bioquímicos, desde que Vc,max e Jmax foram menores (P<0,05) em relação aos outros tratamentos (Figura 7). Observe-se que a 10 oC o Cc máximo foi menor (ao redor de 450 mol CO2 mol-1) que nos tratamentos a 20 e 30 °C [entre 600 e 700 mol CO2 mol-1] (Figura 6A, B e D, E e G, H), evidenciando o efeito de gs e gi no fluxo de CO2 até o cloroplasto. Posteriormente, no período de recuperação (retorno de 10 para 20 oC), gs e gi recuperaram-se (Figuras 2C e D) e tanto Cc (Figura 6 C) como as demais variáveis (AmaxCO2, Vc,max, Jmax, Figuras 6C, 7A e B) tenderam a ficar iguais ao controle. AmaxCO2 a 30 oC foi maior que a 20 oC (P<0,05), porém Cc foi semelhante nesses dois tratamentos (Figura 6D, F, H e I). Assim, parece que gs e gi nesse caso não afetaram Cc. Portanto, os processos difusivos têm importância parcial na variação de A entre esses dois tratamentos (20 e 30 °C). No entanto, A foi sempre maior a 30 oC (Figura 2A), mostrando que a causa provável dessa resposta esteja relacionada aos maiores valores de Vc,max e principalmente, de Jmax 35 (Figura 7 D). PIMENTEL et al. (2007) observaram que Vc,max e Jmax aumentaram com a temperatura entre 10 e 35 oC, da mesma forma que observamos aqui (Figuras 7A e B). A fotossíntese pode ser limitada pelo Vc,max ou Jmax em faixa de variação da temperatura entre 10 e 35 oC (ONODA et al., 2005; PIMENTEL et al., 2007). Vc,max e Jmax não demonstraram a mesma dependência da temperatura (FARQUHAR et al., 1980) e a relação entre esses dois processos mudou com a temperatura à semelhança do que ocorreu em outras espécies (ONODA et al., 2005; RIBEIRO et al., 2009b). HIKOSAKA et al. (1999) observaram em Q. myrsinaefolia que a fotossíntese era limitada mais pela regeneração de RuBP do que a carboxilação quando exposta a baixa temperatura, mas que a limitação em Jmax era aliviada com o incremento da razão Jmax/Vc,max, com a aclimatação à baixa temperatura. A variação em Jmax/Vc,max pode ser, em parte, responsável pela variação da fotossíntese com a temperatura. No caso presente, a relação Jmax/Vc,max aumentou com a temperatura. O abaixamento da temperatura radicular a 10 °C reduziu significativamente (P<0,05) Vc,max e Jmax (Figura 7A e B), o que por sua vez diminuiu a eficiência aparente de carboxilação (A/Ci, Figura 2F). Vc,max expressa a atividade da enzima Rubisco em catalisar a reação de carboxilação e é fortemente influenciado em citros pela temperatura do ar (PIMENTEL et al., 2007; RIBEIRO & MACHADO, 2007; RIBEIRO et al., 2009b). Segundo RIBEIRO et al. (2009b), em laranjeiras, no inverno, a redução da atividade de carboxilação (Vc,max) e da regeneração de RuBP está relacionada à queda de temperatura do ar e do solo, que diminui a afinidade da enzima Rubisco com CO2 e conseqüentemente a carboxilação (ONODA et al., 2005). RIBEIRO et al. (2009b) também verificaram que no verão a atividade da Rubisco, a capacidade de fixação de CO2, Vc,max e Jmax aumentaram. A redução proporcional entre Vc,max e Jmax ocorrida no tratamento radicular a 10 °C manteve a relação Jmax/Vc,max constante, semelhantemente ao ocorrido no tratamento controle (20 °C). Assim, a redução da temperatura radicular a 10 °C reduziu a capacidade metabólica de assimilação de CO2, mas manteve o equilíbrio entre a utilização e a regeneração da RuBP. A queda em Vc,max com o abaixamento da temperatura do ar e das raízes já foi observada (ALLEN & ORT, 2001; MACHADO et al., 2009b; ZHANG et al., 2008; ZHOU et al., 2007). Em cucurbitáceas ZHANG et al. (2008) relataram que tanto a redução da temperatura radicular a 14 °C quanto o aumento a 34 °C, mantendo sempre as condições da parte aérea constantes, reduziram significativamente o crescimento das plantas em resposta ao abaixamento da 36 assimilação de CO2, porém esses autores não avaliaram Vc,max nem Jmax. A redução em A foi relacionada à queda de gs, que ocorreu em resposta ao aumento expressivo da concentração de ABA foliar (ZHANG et al., 2008). Conseqüentemente, ocorreu retrorregulação metabólica e fotoquímica da fotossíntese visualizadas pela queda da atividade da Rubisco e aumento expressivo de drenos alternativos de elétrons. O mesmo ocorreu neste trabalho, em que a redução em A no tratamento radicular a 10 °C reduziu Vc,max, possivelmente devido à inativação da Rubisco (ZHOU et al., 2007), Jmax e aumentou os drenos alternativos de elétrons (ETR/Ag) (Figura 7D). O aumento da temperatura radicular a 30 °C provocou resposta metabólica diferente do tratamento controle. Vc,max nos tratamentos 20 e 30 °C foi igual mostrando que a temperatura radicular mais elevada não alterou a atividade da Rubisco em laranjeira „Valência‟ sobre limoeiro „Cravo‟. Entretanto, a maior influência ocorreu em Jmax que foi expressivamente maior (P<0,05) e alterou a relação Jmax/Vc,max (Figuras 7A, B e C). Esse aumento em Jmax induziu o aumento de A, da eficiência aparente de carboxilação (A/Ci, Figura 2F) e das relações fotoquímicas indicado por Fv’/Fm’, Fq’/Fv’ e Fq’/Fm’ e, conseqüentemente, aumento do transporte aparente de elétrons (ETR) (Figuras 5B, C, E e F). A variação de Jmax deve estar relacionada com a maior atividade de enzimas do ciclo de Calvin, como a Frutose-1,6-bisfosfatase (FBPase) e Sedoheptulose-1,7-bisfosfatase (SBPase) (BASSHAM & KRAUSE, 1969; VAN HEERDEN et al., 2003; ZHOU et al., 2007). Segundo ONODA et al. (2005), plantas que apresentam valores elevados de Jmax/Vc,max tem a fotossíntese limitada pela taxa de carboxilação em temperaturas elevadas e são mais suscetíveis a mudanças na concentração de CO2 intercelular. Quando essa relação é baixa, a fotossíntese passa a ser limitada por Jmax em condições de baixas temperaturas do ar. A temperatura do ar de 25 °C na parte aérea usada no presente trabalho manteve a atividade da Rubisco semelhante no controle e a 30 °C. O aumento em Jmax ocorreu devido ao aumento da temperatura das raízes. Assim, a ocorrência de temperaturas do ar ≤ 25 °C quando a temperatura das raízes está elevada provavelmente limita a fotossíntese por Vc,max, já que a atividade da Rubisco é dependente da temperatura. RIBEIRO et al. (2009b) observaram em laranjeiras no campo valores elevados de Vc,max no verão, com temperatura do ar acima de 27 °C. No entanto, é interessante destacar que grande número dos dados citados na literatura em relação a Vc,max e Jmax foram obtidos com experimentos em que se variava a temperatura da parte aérea somente (ONODA et al., 2005) ou da parte aérea e radicular 37 conjuntamente (RIBEIRO et al., 2009a,b). No caso do presente experimento a parte aérea permaneceu sempre à mesma temperatura de 25 °C e as variações da fotossíntese observadas neste trabalho estão relacionadas à temperatura das raízes. Assim, os efeitos da temperatura radicular sobre a fotossíntese estão relacionados com algum tipo de reação das raízes que é transmitido para parte aérea. Ficou evidente os efeitos da temperatura radicular sobre as variáveis gs, gi, KL e 13h, relacionados possivelmente com a absorção diferencial de água em diferentes temperaturas do sistema radicular, bem como o efeito sobre AmaxCO2, Vc,max e Jmax. ZHOU et al. (2007), observaram em curcubitáceas que o resfriamento das raízes de 14 para 7°C, causou queda de A e de Vc,max. Também observaram aumento expressivo de ABA e decréscimo de citocinina e sugeriram que a redução de citocinina pode ser um dos fatores fisiológicos que explicariam parcialmente os decréscimos de Vc,max, do conteúdo e da atividade da Rubisco, uma vez que esse hormônio pode aumentar o teor de mRNA relacionado à síntese e à atividade da Rubisco e FBPase (DAVIES & ZHANG, 1991). Por outro lado, WAN et al. (2004) sugeriram que o frio afetaria a composição e pH da seiva, com aumento de ABA e queda no teor de citocinina (VELESOVA et a., 2005). Nesse caso, ABA e citocinina estariam relacionados ao mecanismo de abertura e fechamento dos estômatos. Um aspecto importante está relacionado ao crescimento de citros em função da temperatura. BEVINGTON & CASTLE (1985) mostraram relação direta entre o aumento da taxa de crescimento das raízes e a temperatura do solo entre 20 e 27 °C. Abaixo de 13 °C o crescimento das raízes cessa (REUTHER, 1977). Sob baixa temperatura e/ou baixa demanda por carboidratos há inibição da mobilização de amido durante a noite e redução do metabolismo de sacarose e nitrogênio nas folhas (ALLEN et al., 2000; ALLEN & ORT, 2001; MACHADO et al., 2009). Em contrapartida o maior teor de carboidratos nas folhas pode exercer efeito inibitório sobre a fotossíntese (IGLESIAS et al., 2002; SYVERTSEN, 1994; SYVERTSEN et al., 2003). Crescimento ativo demanda carboidratos exportados das folhas, e quanto maior o crescimento maior a demanda. A redução do crescimento, ao contrário, diminui a demanda de carboidratos, e pode fazer com que a fotossíntese decresça (GOLDSCHIMIDT & HUBER, 1992). O fluxo de carboidratos para atender uma demanda exerce efeito sobre a fotossíntese. RIBEIRO et al. (2005), observaram que quanto maior o fluxo de carboidratos exportados da folha maior a assimilação de CO2, sendo o contrário também observado. Assim, o tratamento em que as raízes foram submetidas à baixa temperatura pode ter 38 causado queda expressiva do crescimento e da demanda por carboidratos, podendo ter exercido retrorregulação da fotossíntese sendo possivelmente uma das causas que contribuíram para queda de A, Vc.max e Jmax. Ao contrário, o tratamento 30 °C deve ter demandado grande quantidade de carboidrato e estimulado a fotossíntese, o que conseqüentemente refletiu sobre os valores de Vc,max e Jmax. 39 6 CONCLUSÕES a) A redução da temperatura radicular a 10 oC diminui a fotossíntese por fatores metabólicos e difusivos, mas não por fatores fotoquímicos. b) A baixa temperatura das raízes (10 oC) aparentemente reduz a condutividade hidráulica (KL) promovendo a diminuição da condutância estomática (gs) e do potencial da água na folha às 13:00 h (13h). Além disso, a baixa temperatura das raízes afeta o metabolismo bioquímico da fotossíntese, por meio da queda na taxa de carboxilação (Vc,max) e de regeneração da ribulose-1,5-bisfosfato (Jmax). c) O aumento da temperatura radicular a 30 oC reduz a resistência ao fluxo da água através das raízes devido o aumento de KL e conseqüentemente em 13h e em gs, em relação ao controle (20oC) e ao tratamento 10 oC. d) A temperatura radicular mais elevada (30oC) favorece a fotossíntese por fatores metabólicos e difusivos e aumenta a eficiência fotoquímica. Ocorreu aumento de gs e da condutância interna (gi), proporcionando aumento em A. Também contribuiu ao aumento de A a maior eficiência metabólica, ou seja, o aumento de Vc,max e Jmax. 40 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALLEN, D.J.; ORT, D.R. Impacts of chilling temperatures on photosynthesis in warmclimate plants. Trends in Plant Science, London, v.6, p.36-41, 2001. ALLEN, D.J.; RATNER, K.; GILLER, Y.E.; GUSSAKOVSKY, E.E.; SHAHAK, Y.; ORT, D.R. 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