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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Márcio Souza da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2019
Orientador
Banca examinadora
Mazzafera, Paulo (Presidente)
Furlani Junior, Enes
Alves, José Donizeti
Favarin, José Laercio
Título em português
Fracionamento de carbono e nitrogênio em café arábica em resposta à carga de frutos
Palavras-chave em português
Coffea arabica L.
Bienalidade de produção
Fenologia do cafeeiro
Relação fonte-dreno
Resumo em português
As plantas de café (Coffea arabica L.) têm padrão de produção bienal em razão da competição entre o crescimento vegetativo e reprodutivo que ocorrem ao mesmo tempo. A quantificação de compostos de carbono e nitrogênio, bem como o perfil metabólico desses compostos foram investigados a fim de identificar possíveis alterações do crescimento dos tecidos que compõem o ramo produtivo do cafeeiro em resposta à carga de frutos. Os efeitos da carga de frutos foram estudados em quatro estádios fenológicos (expansão inicial, expansão final, granação e maturação de frutos), avaliando-se o crescimento de folhas velhas, maduras e novas; a secção dos ramos em que elas estão inseridas, assim como os frutos. Para isso, manipulações na carga de frutos foram realizadas na planta inteira cultivada em experimento de campo na região de Presidente Olegário, Minas Gerais, Brasil (18° 35' 25" S e 46° 19' 20" O; 1045 m de altitude). Os tratamentos consistiram em reduzir as cargas de frutos em seu estágio inicial de desenvolvimento a 0%, 30%, 60% e controle mantendo 100% do frutos na árvore. Este estudo demostrou que a alta carga de frutos prejudica principalmente o crescimento da vegetação nova, mas sem nenhum efeito sobre as folhas e ramos já formados. Também foi evidenciado que a alta carga de frutos promove competição entre os frutos afetando o seu tamanho e sua massa unitária. Essa redução do crescimento vegetativo e de frutos se deve principalmente pelo esgotamento de amido nos ramos que contribuem fortemente para o aporte de carbono para os órgãos dreno. A folha velha fornece sacarose para promover o crescimento vegetativo e de frutos, mas esse suprimento de carbono parece não ser suficiente para manutenção do crescimento dos frutos em excesso. Neste caso, o amido é então consumido dos ramos dessas plantas resultando no aumento do teor de sacarose nos ramos e folhas maduras, os quais são os maiores responsáveis por destinar carbono para o crescimento e desenvolvimento dos frutos. Em plantas com carga de frutos reduzida, os órgãos fonte de carbono são diferentes das plantas com alta produção de frutos. Neste caso, o ramo e folha madura fornecem sacarose para o crescimento da vegetação nova e frutos sem gasto aparente do amido acumulado nos ramos. As folhas e os ramos velhos são os principais contribuintes imediatos de nitrogênio, mas os ramos são os principais órgãos fonte desse nutriente tendo grande capacidade de armazenar nitrogênio e de disponibilizá-lo para as plantas sob alta produção de frutos. Assim, o nitrogênio e carbono armazenado nos ramos têm papel fundamental para tamponar a depleção desses nutrientes causada pelo número excessivo de drenos metabólicos. Os frutos das plantas com carga reduzida parecem ter sido sombreados pelo abundante crescimento de folhas e ramos de forma distinta dos frutos oriundos das plantas com carga excessiva de frutos. Esse sombreamento parece ter ocasionado menor grau de maturação dos frutos dessas plantas em razão do aumento dos compostos fenólicos e redução de pectina e antocianina nos frutos e/ou nos seus tecidos. Entretanto, esse efeito sobre a maturação dos frutos é tênue não alterando a quantidade de sacarose e aminoácidos solúveis totais nos frutos e em nenhum dos tecidos que os compõem. Utilizando uma abordagem metabolômica, foi confirmada que os ácidos orgânicos foram influenciados pelo menor grau de maturação dos frutos oriundos das plantas com carga reduzida. Essa evidência também suporta a ideia de que o maior crescimento vegetativo das plantas com carga reduzida pode aumentar o tempo de maturação dos frutos. Analisando o perfil de aminoácidos, foi confirmada que as folhas velhas e maduras são os órgãos fonte principais de nitrogênio para os drenos fisiológicos. A redistribuição de nitrogênio dessas folhas na forma de asparagina, glutamina, tirosina e fenilalanina para os drenos ocorreu em plantas com carga de frutos excessiva. Esse fluxo de nitrogênio para os drenos fisiológicos em conjunto com a degradação de proteínas dos ramos dessas plantas culminaram com aumento de fenialanina nos grãos, glutamina e aspartato nos frutos e alanina nas folhas novas em comparação com as plantas com carga de frutos reduzida. Houve estímulo da síntese de putrescina nos grãos provavelmente como um mecanismo para reajustar o fluxo de carbono e nitrogênio no organismo vegetal inicialmente pertubado em resposta à carga de frutos. Neste sentido, novas investigações pré e pós traducionais precisam ser desenvolvidas a fim de elucidar a interrelação do metabolismo de carbono e nitrogênio para a homeostase de seus metabólitos em resposta à carga de frutos.
Título em inglês
Partition of carbon and nitrogen in coffee arabica in response to fruit load
Palavras-chave em inglês
Coffea arabica L.
Biennial production
Coffee phenology
Source-sink relationship
Resumo em inglês
Coffee plants (Coffea arabica L.) have a biennial production pattern because of the competition between vegetative and reproductive growth occurring at the same time. The quantification of carbon and nitrogen compounds as well as the metabolic profile of these compounds were investigated in order to identify possible changes in the growth of the tissues of productive branch of the coffee tree in response to the fruit load. The effects of fruit loading were studied in four phenological stages (initial expansion, final expansion, fruit granulation and maturation), evaluating the growth of old, mature and young leaves; the section of the branches in which they are inserted, as well as the fruits. For this, manipulations in the fruit load were carried out on the whole plant cultivated in a field experiment in the region of Presidente Olegário, Minas Gerais, Brazil (18 ° 35' 25" S and 46° 19' 20'' O; 1045 m level). The treatments consisted in reducing the loads of fruits in their initial stage of development to 0%, 30%, 60% and control maintaining 100% of the fruits in the tree. This study showed that the high fruit load mainly impairs the growth of young vegetation, but with no effect on already formed leaves and branches. It was also evidenced that the high fruit load promotes competition among the fruits affecting its size and its unit mass. This reduction of vegetative and fruit growth is mainly due to the depletion of starch in the branches that contribute strongly to the carbon supply to the sink organs. Old leaf provides sucrose to promote fruit and vegetative growth, but this carbon supply does not seem to be sufficient to maintain excess fruit growth. In this case, the starch is then consumed from the branches of these plants resulting in the increase of the sucrose content in the mature branches and leaves, which are the main responsible for allocating carbon for the growth and development of the fruits. In plants with reduced fruit load, the carbon source organs are different from plants with high fruit yield. In this case, the branch and mature leaf provide sucrose for the growth of young vegetation and fruit without apparent expense of starch accumulated in the branches. The old leaves and branches are the main immediate contributors of nitrogen, but the branches are the main source organs of this nutrient having great capacity to store nitrogen and to make it available to the plants under high yield of fruits. Thus, the nitrogen and carbon stored in the branches play a fundamental role in buffering the depletion of these nutrients caused by the excessive number of metabolic sinks. The fruits of the plants with reduced load seem to have been shaded by the abundant growth of leaves and branches of distinct form of the fruits originating from the plants with high fruit load. This shading seems to have caused a lower degree of maturation of the fruits of these plants due to the increase of phenolic compounds and reduction of pectin and anthocyanin in fruits and/or their tissues. However, this effect on fruit maturation is tenuous without altering the amount of sucrose and total soluble amino acids in the fruits and in none of the tissues that compose them. Using a metabolomic approach, it was confirmed that the organic acids were influenced by the lower degree of maturation of fruits from the plants with reduced load. This evidence also supports the idea that the higher vegetative growth of the plants with reduced load can increase the maturation time of the fruits. Analyzing the amino acid profile, it was confirmed that the old and mature leaves are the main source organs of nitrogen for the physiological sinks. The nitrogen redistribution of these leaves as asparagine, glutamine, tyrosine and phenylalanine to the drains occurred in plants with excessive fruit load. This nitrogen flow to the physiological sinks together with the protein degradation of the branches of these plants culminated with increase of phenylalanine in the grains, glutamine and aspartate in the fruits and alanine in the young leaves compared to the plants with reduced fruit load. There was stimulation of putrescine synthesis in the grains probably as a mechanism to readjust the carbon and nitrogen flux in the initially disturbed plant organism in response to the fruit load. Thus, new pre- and post-translational research needs to be developed in order to elucidate the interrelation of carbon and nitrogen metabolism to the homeostasis of its metabolites in response to fruit load.
 
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Data de Publicação
2019-09-12
 
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