Tamanho do fruto, rendimento e qualidade nutricional em tomate: implicações do elevado CO2 e temperatura

The atmospheric concentration of carbon dioxide (CO2 ) has increased and it could reach 1000 ppm by the end of the century. Associated with these changes, global warming occurs progressively. These factors, elevated CO2 concentration and high temperature, are expected significantly to affect the growth, yield and quality of crops consumed worldwide. Thus, we investigated the effect of elevated CO2 in determining fruit size, yield and nutritional quality in natural warming scenarios (Chapter 1). In addition, we investigated how high CO2 acts in modulating the size and ripening of tomato fruits (Chapter 2). Our results show that the effects of high CO2 on fruit yield and composition depend on plant growth temperature. In general, these factors increased the fruit fresh weight, diameter and fruit yield, however the nutritional quality was impaired. Fruits under elevated CO2 concentration at higher temperature showed reduction of lycopene, β-carotene, ascorbic acid, Zn and Mg greater than fruits under ambient CO2 . Furthermore, heating reduced the brix, soluble sugars, total phenols and fruit dry mass, regardless of the CO2 condition. The increase in fruit size under elevated CO2 was related to greater availability of carbon, which provided higher growth rate. Fruit growth was modulated by greater expansion of pericarp cells, increased expression of expansin genes and nutrient concentration in fruits under high CO2 . The increase in fruit size resulted in hasty ripening. This result was associated with an increase in the concentration of carotenoids, greater ethylene production and expression of ethylene biosynthesis and signaling genes. This study brings new perspectives regarding the action of elevated CO2 in combination with warming air temperature in determining fruit yield and nutritional quality, as well as how elevated CO2 can act to modulate fruit size and ripening under future environmental conditions. Keywords: CO2 enrichment. Fruit mineral composition. Warming. Fruit development. Carotenoids. Cell expansion.A concentração atmosférica de CO2 tem aumentado e poderá atingir os 1000 ppm até o fim do século. Associado a essas mudanças, o aquecimento global ocorre de forma progressiva. Esses fatores, elevado CO2 e alta temperatura, são esperados afetar de forma significativa o crescimento, rendimento e qualidade das culturas consumidas mundialmente. Dessa forma, buscamos compreender o efeito do elevado CO2 na determinação do rendimento dos frutos e qualidade nutricional em cenários naturais de aquecimento (Capítulo 1). Além disso, investigamos como o elevado CO2 atua na modulação do tamanho e amadurecimento de frutos de tomate (Capítulo 2). Nossos resultados mostram que os efeitos do elevado CO2 sobre o rendimento e composição dos frutos dependem da temperatura durante o crescimento das plantas. De forma geral, esses fatores aumentaram o peso fresco, diâmetro e rendimento dos frutos, no entanto, a qualidade nutricional foi prejudicada. Frutos sob elevado CO2 na maior temperatura apresentaram maior redução de licopeno, β-caroteno, ácido ascórbico, Zn e Mg do que sob ambiente CO2 . Além disso, o aquecimento reduziu o brix, açúcares solúveis, fenóis totais e massa seca dos frutos, independente da condição de CO2 . O aumento no tamanho dos frutos sob elevado CO2 está relacionado a maior disponibilidade de carbono, o que proporcionou maior taxa de crescimento. O crescimento dos frutos foi modulado pela maior expansão das células do pericarpo, aumento na expressão de genes de expansinas e concentração de nutrientes em frutos sob elevado CO2 . O aumento no tamanho dos frutos culminou em amadurecimento mais rápido. Esse resultado foi associado ao aumento na concentração de carotenoides, maior produção de etileno e expressão de genes da biossíntese e sinalização de etileno. Esse estudo traz novas perspectivas em relação a ação do elevado CO2 em combinação com aquecimento da temperatura do ar em determinar o rendimento de frutos e qualidade nutricional, além de como o alto CO2 pode atuar modulando o tamanho e amadurecimento dos frutos em condições ambientais futuras. Palavras-chave: Enriquecimento de CO2 . Composição mineral de frutos. Aquecimento. Desenvolvimento do fruto. Carotenoides. Expansão celular