Ingrid Cristina Araujo Catarino
No dia 30 de Maio de 2020, a aluna da Pós-graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica de São Paulo (IBt), Ingrid Cristina Araujo Catarino, defendeu sua dissertação de Mestrado intitulada: “Influência da alta concentração atmosférica de dióxido de carbono (↑[CO2]) e do déficit hídrico no acúmulo de metabólitos secundários em folhas de Coffea arabica L.” A banca examinadora foi composta pelo orientador Dr. Emerson Alves da Silva do Núcleo de Fisiologia e Bioquímica (IBt), pelo Dr. Douglas Silva Domingues do Instituto de Biociências (UNESP – Rio Claro) e pelo Dr. Danilo C. Centeno do Centro de Ciências Naturais e Humanas (UFABC – São Bernardo do Campo).
Influência da alta concentração atmosférica de dióxido de carbono (↑[CO2]) e do déficit hídrico no acúmulo de metabólitos secundários em folhas de Coffea arabica L.
ABSTRACT
The increase in the atmospheric carbon dioxide concentration (↑[CO2]atm) is not an isolated effect, but has been accompanied by other changes in the climate, among them, increases in air temperature, which in turn contribute to the changes in precipitation patterns, causing more frequent and intense drought events. In coffee producing regions, drought is considered the main abiotic stress on coffee development and production, modifying its metabolism and final production. The coffee tree has a broad phytochemical composition, highlighting 5- caffeoylquinic acid and caffeine which, in addition to acting in the defence of plants, are important secondary compounds in the final cup quality. This work aimed to evaluate the effect of ↑[CO2]atm and water deficit in gas exchange and accumulation of secondary metabolites in coffee trees (Coffea arabica L.), in an early stage of growth. One hundred and twenty coffee plants were grown in Open Top Chambers (OTCs) facilities, under the concentrations of CO2 of 400 ppm – CO2amb and 800 ppm – ↑CO2 and submitted to water regimes of daily watered (RD) and total water withholding (DH) for 40 days, constituting the following treatments: CO2ambRD, CO2ambDH, ↑CO2RD and ↑CO2DH. Measurements of leaf water potential (Ψwf), net carbon assimilation rates (A, μmol CO2 m-2 s-1), stomatal conductance (gs, μmol m-2 s-1), transpiration (E, mmol m-2 s-1) and biochemical analyses of leaf phenolic compounds (CF) and total free amino acids (AA), as well as 5-caffeoylquinic acid (5-CQA) and caffeine by highperformance liquid chromatography, were carried out. The results showed that the water déficit imposed by the water withholding was sufficient to reduce the soil moisture in ca. 85% compared to treatments daily watered. The Ψwf, in turn, showed reductions of ca. 42% and 56% in the CO2ambDH and ↑CO2DH treatments respectively. The performance of gas exchanges, especially the higher values of A were observed in coffee plants grown under high CO2, even under water restriction, suggesting that ↑[CO2]atm could buffer the negative effects of DH. The increase in AA concentration in DH treatments indicates an osmoregulatory response to the imposed stress. The variations in the levels of CF, 5-CQA and caffeine, point to an increase in these substances in plants under DH, but without significant differences between treatments throughout the experiment, suggesting that in the initial growth stage of coffee plants, ↑[CO2]atm does not affect the leaf accumulation of these substances, in the tested climate change scenario.
Keywords: Climate change; 5-caffeoylquinic acid; Caffeine; Photosynthesis.
RESUMO
O aumento da concentração de dióxido de carbono atmosférico (↑[CO2]atm) não constitui um efeito isolado, mas vem acompanhado por outras alterações no clima, dentre elas, os aumentos na temperatura do ar, que por seu turno contribuem para as alterações nos padrões de precipitação, podendo ocasionar secas mais frequentes e intensas. Nas regiões produtoras de café, a seca é considerada o principal estresse abiótico capaz de afetar o desenvolvimento e produção do cafeeiro, pois modifica o seu metabolismo e, consequentemente, sua produção. O cafeeiro possui uma composição fitoquímica ampla, destacando o ácido 5-cafeiolquínico e a cafeína que, além de atuarem na defesa das plantas, são compostos secundários importantes na qualidade final da bebida. O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito conjunto da ↑[CO2]atm e déficit hídrico nas trocas gasosas e acúmulo de metabólitos secundários em cafeeiros (Coffea arabica L.), em estágio inicial de crescimento. Cento e vinte cafeeiros foram cultivados em Câmaras de Topo Aberto (OTCs), sob as concentrações de CO2 de 400 ppm – CO2amb e 800 ppm – ↑CO2, e submetidos aos regimes hídricos de regas diárias (RD) e suspensão total de rega (DH) no período de 40 dias, constituindo os seguintes tratamentos: [CO2]ambRD, [CO2]ambDH, ↑[CO2]RD e ↑[CO2]DH. Foram realizadas medidas do potencial da água nas folhas (Ψwf) da taxa de assimilação líquida do carbono (A, μmol CO2 m-2 s-1), condutância estomática (gs, μmol m-2 s-1), transpiração (E, mmol m-2 s-1),) e análises bioquímicas foliares para quantificação de compostos fenólicos (CF) e aminoácidos livres totais (AA), bem como, ácido 5-cafeoilquínico (5-CQA) e cafeína por cromatografia líquida de alta eficiência. Os resultados demonstraram que o déficit hídrico imposto pela suspensão de rega foi suficiente para reduzir a umidade do solo em ca. de 85% em relação aos tratamentos regados diariamente. O Ψwf por seu turno apresentou reduções de ca. de 42% e 56% nos tratamentos CO2ambDH e ↑CO2DH respectivamente. A performance das trocas gasosas, em especial os maiores valores de A foram observados nos cafeeiros cultivados sob alto CO2, mesmo sob restrição hídrica, sugerindo que a ↑[CO2]atm pode tamponar os efeitos negativos do DH. O aumento das concentrações de AA nos tratamentos sob DH indicam esses compostos atuaram como osmorreguladores ao estresse imposto. As variações nos níveis de CF, 5-CQA e cafeína, apontam para um aumento dessas substâncias nas plantas sob DH, porém sem diferenças significativas entre os tratamentos ao longo do experimento, sugerindo que no estágio inicial de crescimento das plantas de café, o ↑[CO2]atm não afeta o acúmulo dessas substâncias nas folhas, no cenário de mudanças climáticas testado.
Palavras-chave: Mudanças Climáticas; ácido 5-caafeoilquinico; Cafeína; fotossíntese.
Ingrid Cristina Araujo Catarino
Influência da alta concentração atmosférica de dióxido de carbono (↑[CO2]) e do déficit hídrico no acúmulo de metabólitos secundários em folhas de Coffea arabica L.
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