Growth, photosynthesis and mechanisms of photoprotection in coffee (Coffea arabica L.) seedlings grown under full sunlight and shade

Apesar de a produção de mudas de café arábica ser feita tradicionalmente em viveiros sob sombra, alguns viveristas, com o propósito de melhorar a sua aclimatação às condições do campo, após o transplantio, vêm produzindo mudas a pleno sol. Todavia, a maioria dos resultados obtidos com o cultivo de mudas de café a pleno sol ou à sombra se resume a avaliações morfológicas simples, sem dar-se ênfase em parâmetros fisiológicos que poderiam explicar os mecanismos de aclimatação de mudas de café à disponibilidade de luz. Neste estudo, examinaram-se parâmetros morfológicos, fisiológicos e bioquímicos, em folhas de mudas de café arábica (Coffea arabica L.) produzidas a pleno sol e à sombra. As plantas a pleno sol (T1) acumularam biomassa seca e exibiram taxa de crescimento relativo (TCR) similar em relação a plantas à sombra (T2), ainda que tenha ocorrido menor alocação de biomassa para a parte aérea e menor razão de massa foliar nas primeiras. Como um todo, esse comportamento deve estar associado à maior taxa assimilatória líquida (TAL) das plantas de T1. As taxas máximas de fotossíntese líquida foram maiores nas plantas a pleno sol, entretanto o padrão do curso diário das trocas gasosas entre as plantas de T1 e T2 foi semelhante, com variações diurnas das taxas fotossintéticas acompanhando a variação na condutância estomática (gs). Mesmo estando as plantas de T1 sob maior irradiância que as plantas de T2, não houve alterações na concentração de clorofilas totais (Cl (a+b)) nem na razão Cl a/b. Não foi verificado, também, qualquer indício de fotoinibição crônica nem danos fotooxidativos nas plantas de T1, que apresentaram concentração de aldeído malônico semelhante à das plantas de T2. A maior energia de excitação a que as plantas de T1 estavam sujeitas foi dissipada efetiva e adequadamente, possivelmente em função do maior coeficiente de extinção não-fotoquímico fato provavelmente associado ao maior estado de desepoxidação dos carotenóides envolvidos no ciclo das xantofilas (DEPS), as maiores concentrações de zeaxantina, e maior razão violaxantina + anteraxantina + zeaxantina e carotenóides totais, e à maior atividade das enzimas do sistema antioxidante, particularmente a peroxidase do ascorbato, redutase da glutationa e catalase. Decréscimos em A, observados após a transferência das mudas, da sombra para pleno sol (T3) foram, possivelmente, associados às reduções em gs bem como à ocorrência de uma fotoinibição crônica. Após transferência para condições de pleno sol, verificaram-se reduções em Cl (a+b), além de menor atividade das enzimas do sistema antioxidativo, associadas a um acúmulo de aldeído malônico. As mudas de T3 exibiram retenção noturna pronunciada de zeaxantina e aumentos consideráveis em DEPS, mesmo na antemanhã, porém com menor capacidade para defender-se adequadamente contra a maior pressão de excitação do novo ambiente lumínico. Demonstra-se, aqui, que a formação de mudas de café a pleno sol é uma opção que deve ser sempre considerada pelo cafeicultor ou pelo viverista, em função do desempenho superior dessas mudas, em relação às formadas à sombra.Coffee seedlings have been traditionally grown in shaded nurseries. However, some coffee growers, with the aim of improving acclimation after moving the seedlings from the nursery to the field, are growing the seedlings under full sun. Nonetheless, most information associated with cultivation of coffee seedlings under varying light is restricted to simple morphological evaluations, with no emphasis on physiological traits linked to the mechanisms of acclimation of coffee seedlings to light availability. In this study morphological, physiological and biochemical traits were examined in leaves from coffee seedlings grown in the open and under shade. Dry biomass accumulation and relative growth rate (RGR) were unresponsive to growth conditions. Shoot biomass allocation and leaf mass ratio were smaller in full sun-grown seedlings (T1) than in their shade-grown counterparts (T2). As a whole, this behavior should be associated with the larger net assimilation rate (NAR) of T1 seedlings. The maximum net CO2 assimilation rate (A) was larger in T1 plants, although the diurnal time-course of leaf gas exchanges was similar when comparing T1 andT2 seedlings. Changes in day closely accompanied those of stomatal conductance (gs). Light-induced alterations in total chlorophyll (Cl(a+b)) concentration as well as in Cl a/b ratio were not found Similarly, no sign of of chronic photoinhibition of photosynthesis or oxidative damages were found in T1 and T2 seedlings; as a result, malondialdehyde concentration was similar in these kinds of seedlings. The larger excitation pressure imposed to T1 seedlings was properly dissipated, a fact likely associated with the greater non- photochemical quenching coefficient [that in turn was linked to a larger deepoxidation state of the xanthophyll pools (DEPS), higher amounts of zeaxanthin, and higher ratio of zeaxanthin + violaxanthin + antheraxanthin + zeaxanthin to total carotenoid as well as with the larger enzyme activities of the antioxidant system, particularly the ascorbate peroxidase glutathione reductase and catalase. Decreases in A, observed after moving the seedlings from the shade to the open (T3) were likely to have been associated with reductions in gs as well as with chronic photoinhibition. Decreases in Cl (a+b) and smaller activities of antioxidant enzymes, associated with an accumulation of MDA, were observed in T3 seedlings. These seedlings exhibited, even before dawn, pronounced nocturnal retention of zeaxanthin and remarkable increases in DEPS; however T3 seedlings showed an insufficient ability to be protected against the the high irradiance. It is demonstrated here that formation of coffee seedlings under full sun is a good option that should be considered by the coffee growers due mainly to the superior performance of sun-grown seedlings over that of shade- grown counterparts.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio