Condutância do mesofilo e velocidade máxima de carboxilação da Rubisco em função do horário do dia e da espessura foliar de espécies arbóreas em ambiente de sub- bosque na Amazônia Central

Abstract

Nas últimas décadas muitos estudos sobre os processos fisiológicos das plantas têm sido realizados a fim de prognosticar os efeitos das mudanças climáticas na floresta Amazônica. Entretanto, os modelos climáticos poderão prognosticar com maior precisão o comportamento fotossintético da Floresta Amazônica, quando os dados de Vcmax e Jmax forem calculados com base nas concentrações de CO2 dentro dos cloroplastos (Cc). Isto faz-se necessário, em virtude da diferença entre as concentrações de CO2 nos espaços intercelulares e a do sítio de carboxilação no cloroplasto. Esta diferença é imposta pela condutância do mesofilo. Assim, este estudo tem como objetivo principal determinar a velocidade máxima de carboxilação da Rubisco (Vcmax) e a taxa de transporte de elétrons (Jmax) utilizando os valores de concentrações de CO2 no cloroplasto, bem como investigar se a condutância do mesofilo varia em função das condições ambientais e das características foliares. Foram utilizadas cinco espécies arbóreas em condição de sub-bosque (Myrcia paivae, Minquartia guianensis, Eschweleira bracteosa, Faramea juruana e Psychotria carthagenensis). Os parâmetros fotossintéticos foram mensurados utilizando um analisador de gás infravermelho (irga). A condutância do mesofilo (gm) foi determinada utilizando medidas de trocas gasosas em conjunto com dados de fluorescência obtidos utilizando um fluorômetro acoplado à câmara do irga. Além disso, gm também foi determinada usando apenas dados do irga. Também foram mensurados a espessura da folha, a área foliar específica (AFE), os conteúdos de nitrogênio e fósforo foliar, taxas de incremento anual em diâmetro (IAD) e altura (IAA), índice de área foliar (IAF) e a fração de céu visível. A média de gm determinada com o irga-fluorômetro foi de 0,06 mol m-2 s-1 e 0,1 mol m-2 s-1 utilizando apenas os dados do irga. Vcmax e Jmax determinados utilizando valores Cc foram em média 30% e 12%, respectivamente, maiores do que os valores obtidos com Ci, o que destaca a importância do uso Cc nestes cálculos. A média de incremento anual em diâmetro (IAD) foi de 0,67 mm ano-1, enquanto que incremento anual em altura (IAA) as médias atingiram 75,7 mm ano-1. O efeito do horário do dia foi significativo para gm, gs, fotossíntese saturada por luz (Amax) e para taxa de transporte de elétrons calculada pelo fluorômetro (JF). Entretanto, não houve efeito do horário do dia em Vcmax. A espessura da folha e AFE não afetaram nenhum dos parâmetros analisados. A média de gm calculada utilizando apenas dados do irga foi quase o dobro daquela obtida utilizando o método irga- fluorômetro. A condutância do mesofilo foi afetada pelo conteúdo de N foliar e pela espessura da folha, mas a altura das arvores não afetou os valores de gm, o que denota a sensibilidade desta resistência apenas nas variações anatômicas das folhas.

In recent decades many studies on the physiological processes of plants have been conducted to predict the effects of climate change on the Amazon rainforest. In the majority of these studies intercellular [CO2] at the intercellular spaces (Ci) have been used. However, climate models could predict with greater accuracy the photosynthetic capacity of the Amazonian rainforest ecosystem should Vcmax and Jmax were calculated on the basis of chloroplast [CO2] concentrations (Cc) instead Ci. This is because of the difference in CO2 concentrations between the intercellular spaces and that at the carboxylation site in the chloroplast. This difference is imposed by mesophyll resistance. Thus, this study aims to determine the maximum carboxylation velocity of Rubisco (Vcmax) and electron transport rate (Jmax) using the values of CO2 concentrations in the chloroplast, and also to investigate whether the mesophyll conductance varies with environmental conditions and leaf characteristics. A total of five tree species in the juvenile stage and growing under understory conditions were used. The species were Myrcia paivae, Minquartia guianensis, Eschweleira bracteosa, Faramea juruana and Psychotria carthagenensis. The photosynthetic parameters were measured using an infrared gas analyzer (IRGA). The mesophyll conductance (gm) was determined using gas exchange measurements in conjunction with fluorescence data obtained using a fluorometer coupled to IRGA head. Furthermore, gm was also determined using IRGA data alone. We also measured leaf thickness, specific leaf area (AFE), leaf nitrogen and phosphorus contents, annual increment in diameter (IAD) and height (IAA), leaf area index (LAI) and the fraction of sky visible. The average gm-IRGA determined with the irga/fluorometer was 0.06 mol m-2 s-1 and 0.1 mol m-2 s-1 when it was determined using IRGA data alone. Vcmax and Jmax determined using Cc values were on average 30% and 12%, respectively, higher than the values obtained using Ci values, which highlights the importance of using Cc for Vcmax and Jmax calculations. The average annual increment in diameter (IAD) and annual increment in height (IAA) were 0.67 mm yr-1 and 75.7 mm yr-1, respectively. The effect of time of day was significant for gm, gs, light saturated photosynthesis (Amax) and electron transport rate obtained with the fluorometer (JF). However, there was no effect of time of day on Vcmax. Leaf thickness and AFE did not affect any of the parameters analyzed. Mean gm calculated using IRGA data alone was almost twice as high the values obtained with the IRGA-fluorometer method. Mesophyll conductance was affected by leaf nitrogen content and the leaf thickness, but sapling height did not affect gm values, which indicates the sensitivity of mesophyll resistance is mainly related to the anatomical characteristics of the leaves.