Interação entre parâmetros hidráulicos e fotossintéticos em Coffea spp

Abstract

Existem lacunas consideráveis sobre a eficiência hidráulica em café (Coffea spp.), como também pouco se sabe sobre as inter-relações entre características hidráulicas foliares e características morfoanatômicas, e como tais características são associadas, com vistas à maximização das trocas gasosas em café. Neste estudo, explorou-se a variabilidade morfológica, hidráulica e fisiológica de oito genótipos de café a fim de se compreender como interagem entre si os principais fatores hidráulicos limitantes da fotossíntese no cafeeiro, bem como investigar as dicotomias entre eficiência e segurança hidráulica. Para tal, compararam- se diferentes genótipos de café, incluindo-se aí genótipos/espécies evoluídos em ambientes distintos no que respeita à disponibilidade hídrica, bem como cultivares antigas e modernas de café. O estudo foi conduzido em condições de campo e as medições fisiológicas e amostragens foram feitas entre outubro de 2014 e abril de 2015. A despeito da grande variabilidade morfológica em nível foliar em Coffea spp, demonstrou-se que os genótipos estudados apresentaram valores relativamente baixos de condutividade hidráulica foliar em paralelo a uma baixa capacidade transpiratória. Essas características estiveram associadas a fortes limitações difusionais à fotossíntese, fato adicionalmente ilustrado pela alta correlação entre taxa de fotossíntese líquida e condutância estomática. Registre-se, contudo, que, em condições de baixo déficit de pressão de vapor, as taxas fotossintéticas por unidade de área foliar parecem razoavelmente conservadas em Coffea spp. De modo geral, não se observaram correlações consistentes entre condutividade hidráulica foliar e densidade de venação (e vários outros parâmetros hidráulicos), sugerindo a existência de altas resistências extra-vasculares em café. Em todo o caso, os resultados evidenciaram uma moderada a alta resistência à disfunção hidráulica (com margens positivas de segurança hidráulica). Nesse sentido, o diâmetro de condutos do xilema parece estar diretamente envolvido na determinação da segurança hidráulica em Coffea spp., com uma maior proporção de condutos de menor diâmetro levando a uma maior segurança hidráulica. Observou-se uma alta correlação (r 2 =0,84) entre área foliar unitária e P 50 (o valor de potencial hídrico associado à redução da condutividade hidráulica foliar em 50%), sugerindo que genótipos com folhas menores são mais tolerantes à cavitação. Em termos de coordenação entre parâmetros hidráulicos e de relações hídricas não houve relação entre valores de P 50 e o potencial hídrico no ponto de perda de turgescência, mas houve correlações positivas entre P 50 e o módulo de elasticidade (r 2 = 0,73) e o potencial osmótico em turgescência plena (r 2 = 0,57). Concernentes às características anatômicas relacionadas ao mecanismo de reforço em nível de vasos, não se observou relação entre o P 50 e os valores de (t/b) 3 (razão entre espessura da parede celular e diâmetro do lúmen dos vasos) tanto da nervura central como de nervuras minoritárias. Por outro lado, observaram-se correlações significativas entre P 50 e parâmetros como diâmetro dos condutos do xilema (r 2 =0,60) e condutividade teórica do xilema (r 2 =0,41). Em suma, os resultados indicam que genótipos de Coffea spp. exibem características que lhes conferem uma média a alta tolerância à seca, e que a eficiência hidráulica relativamente baixa concorre, em última análise, para limitar o potencial fotossintético do cafeeiro.

There are considerable gaps on the hydraulic efficiency in coffee (Coffea spp.), as well as little is known about the interrelations between leaf hydraulic characteristics and morpho-anatomic characteristics and how these characteristics are associated with a view to maximizing gas exchange in coffee. This study explored the morphological, hydraulic and physiological variability in eight coffee genotypes in order to understand how they interact between each other the main limiting hydraulic factors of the photosynthesis in coffee as well as investigate the trade-off between efficiency and hydraulic safety. To this end, we compared different coffee genotypes, including genotypes/species evolved in different environments with respect to water availability, as well as old and new varieties of coffee. The study was conducted under field conditions and physiological measurements and samples were collected between October 2014 and April 2015. Despite the large morphological variability at leaf level in Coffea spp, it was demonstrated that the studied genotypes showed relatively low values of leaf hydraulic conductivity in parallel with a low transpiration capacity. These characteristics were associated with strong diffusion limitations to photosynthesis, a fact further illustrated by the high correlation between net photosynthesis rate and stomatal conductance. Register, however, that in low vapor pressure deficit conditions, photosynthetic rates per unit leaf area seem reasonably preserved in Coffea spp. Overall, there were no consistent correlations between leaf hydraulic conductivity and venation density (and various other hydraulic parameters), suggesting the existence of high extra-vascular resistance in coffee. In any case, the results showed a moderate to high resistance to hydraulic dysfunction (with positive hydraulic margins). Accordingly, the diameter of xylem conduits appears to be directly involved in the determination of the hydraulic safety in Coffea spp., with a larger proportion of smaller diameter conduits leading to greater hydraulic safety. There was a high correlation (r2 = 0, 84) between unitary leaf area and P 50 (the leaf water potential inducing 50% loss of K f compared with conductance values measured in well hydrated, near-full turgor leaves), suggesting that genotypes with lower leaves are more tolerant to cavitation. In terms of coordination between hydraulic parameters and water relations there was no relationship between P 50 values and the water potential in the turgor loss point, but there was a positive correlation between P 50 and the elastic modulus (r2 = 0,73) and the osmotic potential in full turgor (r 2 = 0,57). Concerning the anatomical characteristics related to strengthening mechanism at the level of vessels, there was no relationship between P 50 and the values of (t/b) 3 (ratio between cell wall thickness and vessel lumen diameter). On the other hand, there were significant correlations between P 50 and parameters such as diameter of xylem conduits (r2 = 0,6) and the theoretical conductivity of xylem (r2 = 0,41). In sum, the results indicate that genotypes of Coffea spp. exhibit characteristics that give them a medium to high drought tolerance, and that the relatively low hydraulic efficiency competes, ultimately, to limit the photosynthetic potential of the coffee.