Photosynthetic potentialities and limitations in coffee as affectecd by irradiance

O presente estudo foi conduzido procurando-se analisar as contribuições das limitações hidráulicas, difusivas (estomática e mesofílica) e bioquímicas à fotossíntese do cafeeiro, a partição do nitrogênio dentro da maquinaria fotossintética e a ativação desta maquinaria em resposta à irradiância. Para tal, plantas de café arábica (Coffea arabica L.) foram cultivadas em vasos durante 12 meses, sob duas intensidades lumínicas (0 e 90% de sombreamento). Comparadas com as plantas de sol, as plantas à sombra exibiram maiores área foliar específica (63%), concentrações (em base de massa) de clorofilas (76%), carotenóides (62%) e de nitrogênio (N) (15%), como também maior razão clorofilas/N (53%); em contraste, as plantas sombreadas exibiram menores densidade estomática (32%), índice estomático (20%), densidade de venação (27%), condutâncias estomática (27%) e mesofílica (37%) e concentração de N em base de área (30%). Não houve variações significativas nas concentrações de pigmentos em base de área e na razão clorofila a/b entre os tratamentos. A partição do N investido em Rubisco e em componentes envolvidos no transporte de elétrons pouco diferiu entre os fenótipos; porém, maior fração do N investida em componentes estruturais (13%) foi observada nas plantas à sombra em relação às plantas ao sol. Não houve diferenças, em base de massa, nos parâmetros de trocas gasosas, com exceção da velocidade máxima de carboxilação tomando-se por base a concentração de CO2 nos sítios de carboxilação, 24% maior nas plantas sombreadas em relação às plantas a pleno sol. Em contraste, em base de área, as plantas de sol exibiram maiores velocidade máxima de carboxilação (32%), taxa fotossintética máxima (45%) e taxa de transporte de elétrons (43%). Aparentemente, a condutância mesofílica tem importância igual ou inferior à da condutância estomática na explicação das baixas taxas fotossintéticas, independentemente da irradiância de crescimento. Sugere-se que a arquitetura hidráulica seja o fator primário mais limitante à fotossíntese no cafeeiro. Os resultados suportam a hipótese de que as plantas sombreadas aproveitariam melhor a energia de sunflecks em relação às plantas de sol, em razão dos maiores estados de ativação e menores perdas de indução fotossintética, além de ausência de fotoinibição nas folhas de sombra. Os resultados ajudam a explicar, em parte, a baixa eficiência fotossintética do uso do N, em decorrência de alto investimento desse elemento em compostos não-fotossintéticos.The present study was carried out in order to analyse the contributions of hydraulic, diffusive (stomatal and mesophilic) and biochemical limitations to photosynthesis in coffee, the nitrogen partitioning within the photosynthetic machinery as well as its activation state in response to light. To this end, arabica coffee (Coffea arabica L.) plants were grown in pots during 12 months under two light availabilities (0 and 90% shading). Compared to sun plants, shade plants showed higher specific leaf area (63%), chlorophyll (76%), carotenoids (62%) and nitrogen (N) (15%) mass-based concentrations, as well as higher chlorophyll/N ratio (53%); in contrast, shade plants showed lower stomatal density (32%), stomatal index (20%), venation density (27%), stomatal (27%) and mesophyll (37%) conductance and N concentration on an area basis (30%). There were no differences in pigment concentrations (on an area basis) or in the chlorophyll a/b ratio between treatments. The N partitioning invested in Rubisco and electron transport chain components differed little between the phenotypes; however, higher N fraction was invested in structural components (13%) in shade plants compared to sun plants. There were no differences in mass-based gas exchange parameters except for the maximum carboxylation velocity calculated on a Cc basis, 24% higher in shade plants than in sun plants. In contrast, on an area basis, sun plants exhibited higher maximum carboxylation velocity (32%), maximum photosynthetic rate (45%) and electron transport rate (43%). Apparently, mesophyll conductance may be of equal or less importance than stomal conductance to explain the low photosynthetic rates in coffee, regardless of growth irradiance. It is suggested that the hydraulic architecture is the most limiting primary factor to photosynthesis in coffee plants. The results support the hypothesis that shade plants would take better advantage of sunflecks energy in relation to sun plants as a result of having higher activation states and lower induction losses, in addition to absence of photoinhibition in the shade leaves. The results help to explain, in part, the low photosynthetic nitrogen-use efficiency, as a consequence of high investment of N into non-photossynthetic components.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic