Structural and biochemical study of leaves of jatobas Hymenaea coutbaril L. and H. stigonocarpa Mart. exposed to elevated concentrations of carbon dioxide atmosphere

A concentração atmosférica de dióxido de carbono (CO2) aumentou de 280 ppm, à época da Revolução Industrial, para cerca de 370 ppm atualmente, e continua a aumentar cerca de 1,8 ppm ao ano. Os efeitos dessa elevação no sistema climático global têm atraído considerável atenção, mas ainda não há informações suficientes sobre como essas mudanças podem afetar as espécies arbóreas tropicais, em especial na estrutura dessas plantas, componente relevante no sucesso competitivo e fisiológico dos vegetais. Nesse estudo são apresentados dados de análises estruturais, ultra-estruturais e bioquímicas de folhas de duas espécies tropicais − o jatobá da mata Hymenaea courbaril e o do cerrado H. stigonocarpa − expostas à elevada concentração de CO2. Após cem dias de exposição em câmaras de topo aberto, as espécies demonstraram ser reativas ao aumento da [CO2], especialmente H. stigonocarpa. Essa alteração atmosférica resultou em maior crescimento das plantas, com significativa redução do número de estômatos e aumento dos parênquimas fotossinteticamente ativos, especialmente do paliçádico. A análise quantitativa da cera epicuticular indicou haver variação, porém não significativa, da cera bruta total das espécies. A cromatografia gasosa e a espectrometria de massa mostraram que a cera epicuticular das duas espécies é constituída, principalmente, por nonacosanos e triterpenódes de provável função alcoólica. Os estudos ultra-estruturais evidenciaram alterações na morfologia dos cloroplastos, em decorrência do aumento na deposição de amido, nos exemplares submetidos à elevada [CO2], mas não há evidências de que esse depósito afete o desenvolvimento do vegetal. Também houve alteração na morfologia da cera epicuticular. As técnicas microscópicas e bioquímicas adotadas mostraram-se úteis na determinação de respostas de plantas tropicais a elevadas concentrações de CO2, constituindo-se em ferramentas de aplicação viável em estudos de mudança climática.The atmospheric concentration of carbon dioxide (CO2) increased from 280 ppm, during the Industrial Revolution period, to about 370 ppm in the nowadays. It is continuing to increase about 1.8 ppm per year. The effect of this rise in CO2, which is leading to global warming have attracted considerable attention, generating reports on how these changes can affect vegetables, in particular tropical trees species. There are few reports on the consequences of the rise in atmospheric CO2 on plant structure, even considering its relevance for the competitive and physiological success of plants. In this study we present the data about structural, ultrastructural and biochemical analyses of seedlings from two tropical species – the jatobá Hymenaea courbaril and H. stigonocarpa – both exposed to high CO2 concentration. After one hundred days of exposure to elevated CO2 (720 ppm) in open top chambers, the species demonstrated to be reactive, in particular the H. stigonocarpa. This atmospheric alteration resulted in slightly higher plant growth, with significant reduction of the number of stomata and increase of the photosynthetically active tissues, especially of the palissadic layer of the leaves. The quantitative analysis of the epicuticular wax indicated no variation in the species. Gas chromatography and mass spectrometry analyses have shown that the epicuticular wax of the two species is constituted mainly of nonacosans and triterpenoids of probable alcoholic function. The ultrastructural studies revealed alterations in the morphology of the epicuticular wax, and of the chloroplasts the later due to the increase in starch deposition, in the samples submitted to increased CO2 concentration. However, there were no evidences that these changes affect plant development as a whole. The microscopical and biochemical techniques used were useful in determining the responses of tropical plants to the increase of CO2 concentrations, being therefore valuable tools in studies of climatic change