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Título: Diversidade genética de 43 genótipos de Coffeacanephora; e implicações do aumento de temperatura e déficit hídrico ao Coffea spp.
Autor(es): Dubberstein, Danielly
Orientador: Partelli, Fábio Luiz
Coorientador: Ferreira, Adésio
Ramalho, José Cochico
Palavras-chave: Diversidade genética
Fotoinibição
Estresse hídrico
Alterações climáticas
Estresse térmico
Antioxidantes
Genetic diversity
Climate change
Photoinhibition
Water stress
Thermal stress
Antioxidants
Data do documento: 27-Fev-2019
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Os capítulos 1, 2 e 3 têm como objetivo o estudo da diversidade genética de 43 genótipos de Coffea canephora inéditos através de características morfológicas foliares estomáticas e da planta, e ainda a escolha de um modelo matemático para determinação de área foliar desenvolvido a partir de medidas lineares de folha. No cápitulo 1 foi feito o estudo das características estomáticas determinando: contagem de células epidérmicas e número de estômatos, medida de diâmetro polar e equatorial, estimativa de densidade, índice de área estomática, índice estomático e funcionalidade estomática. Os dados foram submetidos à análise de variância, agrupadas pelo método hierárquico Unweighted Pair Group Method using Arithmetic Averages (UPGMA); fez-se ainda a correlação linear de Pearson e análise por componentes principais em Biplot. Foram constatadas diferenças entre os 43 genótipos confirmando a existência de variabilidade genética; o método de agrupamento distinguiu-os em seis grupos; correlações com distintos níveis significância ocorreramm entre os parâmetros; altura de planta, distância entrenós e área foliar se correlacionam positivamente, mostrando que podem ser associadas com as características estomáticas. No capítulo 2 foram estimados: comprimento, número de nós e distância entre nós de ramos plagiotrópico e ortotrópico; altura de planta; diâmetro de copa; comprimento, largura e área foliar real de folhas em duas avaliações. Os dados foram submetidos à análise de variância, agrupadas pelo método otimização de Tocher e pelo método hierárquico UPGMA, feita à análise de correlação linear de Pearson e componentes principais em Biplot. Constatou-se diferenças significativas entre os 43 genótipos, formando seis grupos pelo método de Tocher e cinco grupos por UPGMA, evidenciando a variabilidade genética existente. A correlação de Pearson forneceu valores com distintos níveis entre as características, comprovados pela análise de componentes principais. No capítulo 3 foi medido manualmente o comprimento da nervura central (C) e máxima largura do limbo foliar (L), e área foliar real (AF) de folhas dos 43 genótipos. A partir do C, L, AF e CL realizaram-se análises de correlação de Pearson, agrupamento pelo método otimização de Tocher, testaram-se todas as combinações por modelos lineares conforme os parâmetros existentes e ajustaram-se os valores de R2 e o BIC para cada modelo, sendo estabelecidas as equações cons r n o os p râm tros β0 β1. Os 43 genótipos foram divididos em três grupos pelo método de Tocher, sendo que um dos grupos abrangeu 41 genótipos. Maiores correlações ocorreram entre produto de C e L (CL) e AF, seguido de L e AF. Portanto, CL estimou satisfatoriamente a área foliar, mas pode ser adotada a variável largura devida maior facilidade de medição a campo. As equações geradas considerando ambas variáveis foram significativas e a validação cruzada confirmou o2 ajustamento. O capítulo 4 objetivou avaliar os impactos dos estresses de calor e seca individuais e em conjunto nos cafeeiros, sendo que foram avaliados parâmetros foliares relacionados a características estomáticas, trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, transporte tilacóidal de elétrons, permeabilidade de membrana e atividades das enzimas da fotossíntese. Adicionalmente, o capítulo 5 teve como finalidade identificar mecanismos de resposta/aclimatação das plantas as condições de estresse de calor e seca, onde foram avaliados a fotoinibição do PSII, as atividades das enzimas Ascorbato Peroxidase (APX), Glutationa Redutase (GR), Superóxido Dismutase (Cu, Zn-SOD), assim como o teor de Ascorbato (ASC), enzima de choque térmico (HSP70), pigmentos fotossintéticos e malondialdeído (MDA). Notou-se que as plantas bem regadas mantiveram bom desempenho fotossintético com aumento de temperatura, apresentando alterações somente a 39/30 °C em CL153 e Icatu a partir de 34/28 °C assim como houve aumento de Fo e diminuição em Fv/Fm e aumento no nível de fotoinibição do PSII, entretanto as plantas em estresse hídrico apresentaram reduções significativas em todos os parâmetros (Pn, gs, E, Ci, iWUE e Amax) e o efeito do calor nestas plantas foi mais evidente a 42/30 °C apenas em Icatu. A imposição conjunta dos estresses agrava a situação, embora alguns parâmetros não tenham sido modificados (por exemplo: Pn e Amax em CL 153). A atividade das enzimas da fotossíntese e dos fotossistemas foram diminuídos com a imposição simultânea de seca e calor. As estruturas fotossintéticas em geral, e os fotossistemas em particular, foram impactados, mas os efeitos negativos terão sido mitigados pelo reforço de mecanismos protetores. Estes estão refletidos nos aumentos dos valores de Y(NPQ (dissipação de energia não regulada) e qN (dissipação térmica sustentada fotoprotetora), HPS70, (que confere aumento da termotolerância) e de alguns pigmentos fotossintéticos como Neaxantina, Anteraxantina, Zeaxantina, DEPS e Luteína, bem como no aumento de atividade de APX, SOD e GR (que atuam na remoção de espécies reativas de oxigênio). O teor de MDA foi aumentado apenas em 42/30 °C, confirmando a peroxidação de lipídios de membrana, contudo evidenciando a termotolerância foliar nos cafeeiros a temperaturas bem acima do ótimo. Além disso, foi visto uma considerável recuperação para diversos parâmetros após reestabelecimento das condições normais de água e temperatura, confirmando a capacidade de resiliência dos cafeeiros.
Chapters 1, 2 and 3 have the objective of studying the genetics of the 43 unpublished Coffea canephora genotypes through the stomatal and plant leaf morphological characteristics, as well as the choice of a mathematical model to determine the leaf area developed from linear of sheet. In chapter 1 the study of the stomatal characteristics was carried out, determining: epidermal cell count and number of stomata, polar and equatorial diameter measurement, density estimation, stomatal area index, stomatal index and stomatal functionality. Data were submitted to analysis of variance, grouped by the hierarchical method Unweighted Pair Group Method using Arithmetic Averages (UPGMA); Pearson's linear correlation and principal component analysis in Biplot were also performed. Differences were observed among the 43 genotypes confirming the existence of genetic variability; the grouping method distinguished them into six groups; correlations with different levels of significance occurred among the parameters; plant height, distance internodes and leaf area correlate positively, showing that they can be associated with stomatal characteristics. In chapter 2 we estimated: length, number of nodes and distance between nodes of plagiotropic and orthotropic branches; plant height; cup diameter; length, width and actual leaf area of leaves in two evaluations. The data were submitted to analysis of variance, grouped by the Tocher optimization method and by the UPGMA hierarchical method, made to the analysis of Pearson's linear correlation and main components in Biplot. Significant differences were found among the 43 genotypes, forming six groups by the Tocher method and five groups by UPGMA, evidencing the existing genetic variability. Pearson's correlation provided values with different levels between characteristics, as evidenced by principal component analysis. In Chapter 3, the length of the midrib (L) and maximum leaf blade width (W) and leaf area (LA) of the 43 genotypes were measured manually. From L, W, LA and LW, Pearson correlation analyzes were performed, grouped by the Tocher optimization method, all combinations were tested by linear models according to the existing parameters and the values of R2 and BIC were just for h mo l. Est bl sh th qu t ons ons r n th p r m t rs β0 n β1. Th 43 genotypes were divided into three groups by the Tocher method and one group with 41 genotypes. Larger correlations occurred between products L and W (LW) and LA, followed by W and LA. Therefore, LW estimates the leaf area satisfactorily, but the variable width can be adopted due to the greater ease of measurement in the field. The equations generated considering the two variables were significant and the cross validation confirmed the adjustment. The objective of chapter 4 was to evaluate the impacts of individual and joint heat and drought stresses in coffee trees. Leaf parameters related to stomatal characteristics, gas 4 exchange, chlorophyll a fluorescence, thylakoidal electron transport, membrane permeability and activities of photosynthesis enzymes. In addition, chapter 5 aimed to identify mechanisms of response/acclimation of plants to heat and dry stress conditions, where they were evaluated the photoinhibition of PSII, the activities of the enzymes Ascorbate Peroxidase (APX), Glutathione Reductase (GR), Superoxide Dismutase (Cu, Zn-SOD) as well as Ascorbate (ASC) content, heat shock enzyme (HSP70), photosynthetic pigments and malondialdehyde (MDA). It was observed that well-watered plants maintained good photosynthetic performance with temperature increase, presenting changes only at 39/30 °C in CL153 and Icatu from 34/28 °C as well as there was increase of Fo and decrease in Fv/Fm (Pn, Gs, E, Ci, iWUE and Amax), and the effect of heat on these plants was more evident at 42/30 °C only in Icatu. The joint imposition of stressors aggravates the situation, although some parameters have not been modified (for example: Pn and Amax in CL 153). The activity of the photosynthesis and photosynthetic enzymes was reduced with the simultaneous imposition of drought and heat. The photosynthetic structures in general, and the photosystems in particular, have been impacted, but the negative effects have been mitigated by the reinforcement of protective mechanisms. These are reflected in the increases in the values of Y(NPQ) (unregulated energy dissipation) and qN (sustained heat dissipation photoprotective), HPS70, and some photosynthetic pigments such as Neaxanthin, Anteraxanthin, Zeaxanthin, DEPS and Lutein, as well as increased APX, SOD and GR activity (which act in the removal of reactive oxygen species). The MDA content was increased only at 42/30 °C, confirming the membrane lipid peroxidation, but evidencing the leaf thermotolerance in the coffee trees at temperatures well above the optimum. In addition, a considerable recovery was observed for several parameters after reestablishment of the normal water and temperature conditions, confirming the resilience of the coffee trees
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/11286
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