Influence of nitrogen on photosynthetic capacity o sugarcane

Autor: Vanessa Regina Tofanello
Přispěvatelé: Ribeiro, Rafael Vasconcelos, 1977, Machado, Eduardo Caruso, Andrade, Sara Adrián López de, Habermann, Gustavo, Oliveira, Ricardo Ferraz de, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Biologia, Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Rafael Vasconcelos Ribeiro Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: As plantas C4 evoluíram com um complexo mecanismo de concentração de CO2 (CCM) que envolve alterações bioquímica e anatômicas, que possibilitou melhoria na assimilação de CO2 sob baixa concentração de CO2 e baixa disponibilidade de água. Na literatura, há evidência de que a redução da fotossíntese de cana-de-açúcar sob baixo suprimento de nitrogênio é ocasionada pela redução da eficiência quântica da assimilação de CO2, aumento do vazamento de CO2 das células da bainha para as células do mesofilo e, portanto, a ineficiência do CCM. Porém estudos mais recentes constataram que o baixo suprimento de nitrogênio reduz a condutância das células da bainha do feixe vascular (gbs) ao CO2 em plantas de milho. Neste contexto, o objetivo foi testar a hipótese de que o baixo suprimento de nitrogênio reduziria o gbs, evitando reduções na eficiência do CCM em cana-de-açúcar. Plantas de cana da variedade IACSP95-5000 foram cultivadas sob cinco níveis de nitrogênio (0, 125, 250, 500 e 1000 mg N kg-1 de solo). Foram realizadas medidas combinadas de trocas gasosas e fluorescência da clorofila sob alta e baixa concentração de O2 no ar e variando a intensidade luminosa e a concentração de CO2 no ar para estimar a condutância das células da bainha do feixe vascular (gbs), condutância do mesofilo (gm), taxa de produção de ATP impulsionada pelo transporte de elétrons (Jatp), concentração de CO2 nos sítios de carboxilação da Rubisco (Cc), condutância do mesofilo (Cm), taxa máxima de carboxilação da Rubisco (Vcmax), taxa máxima de carboxilação da PEPC (Vpmax), vazamento de CO2 das células da bainha para as células do mesofilo (Ø) e a eficiência quântica da assimilação de CO2 (ØCO2). Também foram avaliadas características anatômicas das células da bainha do feixe e do mesofilo, expressões das aquaporinas ShPIP2;1 e ShPIP1;2 e abundância da Rubisco e PEPC. Encontramos correlação linear e positiva entre a concentração de nitrogênio nas folhas e a assimilação de CO2. O vazamento de CO2 das células da bainha para as células do mesofilo foi reduzido sob baixo suprimento de nitrogênio, juntamente com a redução do gbs. A atividade de carboxilação e a abundância da PEPC e Rubisco foram maiores sob alta oferta de nitrogênio, sendo Vpmax mais sensível à redução do nitrogênio foliar (LNC) quando comparado ao Vcmax, portanto ocasionando menor bombeamento de CO2 para células da bainha. No entanto, o baixo gbs estaria compensando as reduções no bombeamento de CO2 para células da bainha e assim o principal comprometimento metabólico ocasionado pela baixa disponibilidade de nitrogênio seria a baixa atividade de carboxilação da Rubisco. A expressão do gene ShPIP2;1 foi menor em alto nitrogênio foliar e, portanto, não explica a redução de gbs. A espessura da parede das células da bainha foi mais espessada sob baixo nitrogênio e esse achado foi associado à diminuição de gbs. Nossos dados indicam que a redução da fotossíntese em cana sob deficiência de nitrogênio é causada por uma ineficiência na carboxilação da Rubisco e não pela ineficiência CCM Abstract: The C4 plants evolved with a complex CO2-concentrating mechanism (CCM) that involves biochemical and anatomical changes, this made it possible to improve the CO2 assimilation under low CO2 concentration and low water availability. In the literature, there is evidence that the reduction of sugarcane photosynthesis under low nitrogen supply is caused by the reduction of quantum efficiency of CO2 assimilation, increase of CO2 leakage from bundle sheath to mesophyll cells and, therefore, the CCM inefficiency. However, more recent studies have found that low nitrogen supply reduces the bundle sheath conductance (gbs) to CO2 in maize plants. In this context, the objective was to test the hypothesis that low nitrogen supply would reduce gbs, avoiding reductions in CCM efficiency in sugarcane. IACSP95-5000 sugarcane plants were grown under five nitrogen levels (0, 125, 250, 500 and 1000 mg N kg-1). Simultaneous measurements of leaf gas exchange and chlorophyll fluorescence under high and low air O2 concentration and varying the light intensity and CO2 concentration in the air were performed to estimate the bundle-sheath conductance (gs) and mesophyll (gm) conductance, the electron transport-driven ATP production (Jatp), CO2 concentrations at the carboxylation sites of Rubisco in bundle sheath cells (Cc) and in mesophyll cells (Cm), maximum rate of carboxylation by Rubisco (Vcmax), maximum carboxylation rate of PEPC (Vpmax), leakiness (Ø) and quantum efficiency of CO2 assimilation (ØCO2). We also evaluated anatomical of bundle sheath and mesophyll cells, abundance of Rubisco and PEPC and aquaporin gene expression ShPIP2;1 and ShPIP1;2. A linear and positive correlation between leaf nitrogen concentration and CO2 assimilation was found. CO2 leakage from bundle sheath cells to mesophyll cells was reduced under low nitrogen supply associated with a reduced gbs. Carboxylation activity and abundance of PEPC and Rubisco were higher under high nitrogen supply, being Vpmax more sensitive to leaf N content (LNC) reduction when compared to Vcmax, causing lower CO2 pumping to the bundle sheath cells. However, low gbs can compensate decreases in CO2 pumping to the bundle sheath cells so, the main metabolic impairment caused by low nitrogen supply would be the low carboxylation activity of Rubisco. ShPIP2;1 gene expression was lower in high nitrogen supply which does not explain low gbs. Low nitrogen supply increased wall thickness of the bundle sheath and such finding was associated with decreased. Our data indicate that low sugarcane photosynthesis is caused by an inefficiency in Rubisco carboxylation under nitrogen deficiency rather than impairment of the CCM Doutorado Biologia Vegetal Doutora em Biologia Vegetal CAPES 001 CNPQ 142385/2018-2
Databáze: OpenAIRE
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