Parâmetros cinéticos da absorção de nitrato e fotossíntese em cafeeiros adultos sob estresse hídrico

Abstract

O nitrogênio (N) é o elemento requerido em maior quantidade pelo cafeeiro, e, no entanto, sua eficiência de uso é consideravelmente baixa, da ordem de 50%. Além de aspectos ligados ao solo (fertilidade, disponibilidade hídrica) e à planta (fenologia e fatores genéticos), outros relacionados à absorção e ao metabolismo do N contribuem para esta baixa eficiência. A determinação de parâmetros cinéticos da absorção de nitrogênio, aliada a informações de trocas gasosas e fluorescência da clorofila a podem propiciar um melhor entendimento sobre o efeito conjunto destes fatores na dinâmica de aquisição deste nutriente. O objetivo geral deste trabalho foi determinar a influência do estresse hídrico e da etapa do ciclo fenológico na absorção e metabolismo de nitrogênio em cafeeiros (Coffea arabica L.) cv. Catuaí Vermelho IAC 99. O experimento foi conduzido em casa de vegetação com plantas adultas aos cinco anos de idade cultivadas em solução nutritiva. O esquema experimental foi o de parcelas subdivididas no tempo, sendo a presença de déficit hídrico (EH+), ou não (controle), os tratamentos, com três repetições, estudados ao longo das fases fenológicas de prefloração (PF), floração/chumbinho (F-Ch), primeira expansão rápida (PER) e enchimento de grãos (EG) (subparcelas). O estresse hídrico foi induzido pela adição de polietilenoglicol 6.000 g mol -1 à solução nutritiva. Após período de condicionamento pré-experimental com restrição nutricional, - procedeu-se a um ensaio de exaustão de NO 3 . A solução pré-experimental foi substituída por solução de KNO 3 500 μmol L -1 (controle) ou KNO 3 500 μmol L -1 + PEG 290,0 g L -1 (EH+), e iniciou-se a circulação. Após período para estabilização do sistema, iniciou-se a amostragem de 1,0 mL de solução a cada 0,5 h por 7 h. - Posteriormente as amostras tiveram as concentrações remanescentes de NO 3 determinadas por espectrofotometria de absorção molecular, pelo método da - redução do nitrato pelo vanádio III. Com os dados de concentração de NO 3 no tempo, massa de matéria fresca de raízes finas e volumes iniciais e finais de solução, estimou-se por meio método da aproximação gráfico-matemática os valores de K m (Constante de Michaelis–Menten, em μmol L -1 ), v max (velocidade máxima de absorção, em μmol g -1 h -1 ) e C min (concentração mínima para absorção, em μmol L -1 ) . A cada avaliação coletaram-se também dados de trocas gasosas [taxa fotossintética, taxa transpiratória (E), condutância estomática (gs), CO 2 subestomático (Ci)] e fluorescência da clorofila a (fluorescência inicial (F 0 ), eficiência quântica potencial do fotossistema II (F v /F m ), razão entre fluorescência variável e fluorescência inicial (F v /F o ) e coeficiente de extinção fotoquímica da fluorescência (qP). Calculou-se a eficiência no uso da água (EUA) pela razão A/E. Os valores médios de K m , v max , C min para nitrato em cafeeiros adultos foram, respectivamente, 152,03 μmol L -1 , 0,66 μmol g -1 h -1 e 41,67 μmol L -1 sob disponibilidade hídrica suficiente e 120,49 μmol L -1 , 0,33 μmol g -1 h -1 e 67,13 μmol L -1 em plantas submetidas a déficit hídrico. O estresse hídrico reduziu significativamente os valores v max , aumentou os valores C min e não afetou significativamente os valores K m . Os valores de K m foram maiores na PER e intermediários nas fases PF e F-Ch e menores em EG. Já v max foi significativa menor em EG quando comparada as outras fases. Os valores de C min foram menores em EG. O estresse hídrico afetou a fase bioquímica da fotossíntese, reduzindo os valores de A, E, g s . Os parâmetros da fluorescência da clorofila a não foram afetados de maneira significativa pelo déficit hídrico imposto.

In spite of being the most required mineral nutrient by coffee trees, the use nutrient efficiency (NUE) of nitrogen is considerably low, below 50% of total applied N. In addition to matters related to soil management, such as water availability, and related specifically to the plant, such as phenology and genetic factors, others related to uptake and metabolism contribute for this low efficiency. The determination of kinetic parameters of nitrogen uptake, coupled with gas exchange information and chlorophyll a fluorescence can provide a better understanding of the combined effect of these factors on the dynamics of N acquisition. Therefore, the aim of this study was to determine the influence of drought stress and the phenological stage on the absorption and nitrogen metabolism in adult coffee trees (Coffea arabica L.) cv. Catuaí Vermelho IAC 99. The experiment was conducted in a greenhouse with five years old mature plants grown in hydroponic nutrient solution. The experimental design was the split plot. The whole plots were two, water deficit (EH+) and control treatments, with three replicates studied along the phenological phases of pre-flowering (PF), flowering/pin head fruit (F-PH), fruit first quick expansion (FQE) and fruit filling (FF), the subplots. Drought stress was induced by the addition of polyethylene glycol 6.000 g mol -1 to the nutrient solution. After pre-experimental conditioning - period with nutritional shortage, we proceeded to a NO 3 (nitrate) exhaustion essay. The pre-experimental solution was replaced by a KNO 3 solution containing only KNO 3 500 μmol L -1 (control) or KNO 3 500 μmol L -1 + PEG 290,0 g L -1 (EH+), and then system circulation was started. After a period for system stabilization (2 h), we started sampling 1.0 mL from each line every 0.5 h for 7 h straight. - Subsequently, the samples had the remaining concentrations of NO 3 determined by molecular absorption spectrophotometry employing the method proposed by - Doane and Horwath (2003). Based on NO 3 concentration data over time, fresh weight of fine roots, and initial and final solution volumes, the numerical values of the kinects parameters K m (Michaelis-Menten Constant, μmol L -1 ), v max (maximum absorption rate, μmol g -1 h -1 ) and C min (minimal concentration for uptake, μmol L -1 ) were estimated by the graphic-mathematical method. Data of gas exchange [photosynthetic rate, transpiration rate (E), stomatal conductance (gs), substomatic CO 2 (C i )] and chlorophyll fluorescence (initial fluorescence (F 0 ), potential quantum efficiency of photosystem II (F v /F m ), the ratio of variable fluorescence and initial fluorescence (F v /F 0 ) and photochemical quenching of fluorescence (qP). We calculated the water use efficiency (WUE) by the ratio A/E. The average values found for K m , v max , C min in nitrate uptake were, respectively, 152.03 μmol L -1 , 0.66 μmol g -1 h -1 and 41.67 μmol L -1 under sufficient water availability and 120.49 μmol L -1 , 0.33 μmol g -1 h -1 and 67.13 μmol g -1 h -1 in plants under drought stress. Drought stress significantly reduced v max values, increased C min values and did not affected significantly K m values. On the other hand, v max values were significantly lower during FF when compared to the other phases. The C min values were lower during FF. Drought stress also affected the biochemical phase of photosynthesis, reducing the values of A, E and g s . The chlorophyll fluorescence parameters were not significantly affected by the drought stress.