Respuestas fotosintéticas de cacao cultivado sin sombra a alta y baja radiación en áreas de baja demanda evaporativa / Photosynthetic response to low and high light of cacao growing without shade in an area of low evaporative demand

ABSTRACT Cacao (Theobroma cacao L.) breeding programmes in Ecuador have focused on obtaining high-yield clones with improved disease resistance. Cacao clones should also have photosynthetic characteristics which support increased productivity. Regarding the weather conditions at the coast of Ecuador, where most of the year there are overcasts and low air evaporative demand, there is the possibility to grow cacao without overhead shade. This study focused on the photosynthetic response at two different photosynthetic photon flux densities (PPFD) of Ecuadorian cacao clones. Seven-year old cacao clones were evaluated: eight clones of Nacional type and two commercial clones (CCN 51 and EET 103), used as controls. All clones showed an increase of 35 % on average in net photosynthetic rate (A)with increasing PPFD from the light saturation point for cacao (i.e. 400 μmol m-2 s-1) to high values (1000 μmol 2 s-1). Such light responsiveness in A has not been reported before. Higher A was associated with higher apparent electron transport rate, while high stomatal conductance was maintained under both PPFD conditions. Under high PPFD, low non-photochemical quenching values were found, suggesting low energy dissipation. All clones showed high maximum quantum yields of PSII (Fv/Fm), suggesting the absence of damage of the photochemical system.

RESUMEN Los programas de mejoramiento de cacao (Theobroma cacao L.) en Ecuador se han centrado en la obtención de clones de alto rendimiento con mayor resistencia a las enfermedades. Estos clones también deben tener características fotosintéticas que apoyen una mayor productividad. En las condiciones climáticas en la costa de Ecuador, donde la mayor parte del año hay alta densidad de nubes y baja demanda evaporativa, existe la posibilidad de cultivar cacao sin sombra. Este estudio se centró en la respuesta fotosintética de clones de cacao del Ecuador en dos diferentes densidades de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD). Se evaluaron diez clones de cacao de siete años de edad: ocho clones de tipo Nacional recientemente desarrollados por el Instituto Nacional de investigaciones Agropecuarias, y dos clones comerciales utilizados como controles (CCN 51 y EET 103). Todos los clones de cacao mostraron un aumento del 35 % en promedio en la tasa fotosintética neta (A) con el incremento del PPFD desde el punto de saturación de luz para el cacao (400 μmol m -2 s -1) hasta valores altos (1000 μmol m -2 s- 1). Dicha respuesta de A a estas condiciones de luz alta no se ha reportado en cacao. La tasa fotosintética neta se asoció con una mayor velocidad aparente de transporte de electrones (J), mientras que la alta conductancia estomática (gs) se mantuvo en ambas condiciones de PPFD. En condiciones de alto PPFD, se encontraron bajos valores del coeficiente de extinción no fotoquímico (NPQ), lo que sugiere una baja disipación de energía, además de presentarse altos rendimientos cuánticos máximos de PSII (Fv / Fm), indicando la ausencia de daño del sistema fotoquímico.

Relaciones entre anatomía foliar, intercambio de gases y crecimiento en juveniles de cuatro especies forestales / Relations between foliar anatomy, gas exchange and growth in juveniles of four forest species / Relações entre anatomia foliar, intercâmbio de gases e crescimento em juvenis de quatro espécies florestais

Este estudio tuvo por objetivo relacionar la estructura anatómica foliar con las características ecofisiológicas de Cordia thaisiana (Boraginaceae), Cedrela odorata y Swietenia macrophylla (Meliaceae) y Tabebuia rosea (Bignoniaceae) durante la fase de establecimiento (<2 años), cultivadas en una región al Sur del Lago de Maracaibo, Venezuela. Se realizaron cortes transversales de las láminas foliares, tinciones, mediciones de intercambio gaseoso (CO2 y H2O) y mediciones de crecimiento. Todas las especies presentaron hojas hipoestomáticas, con epidermis uniestratificada en ambas caras, mesófilo bifacial, parénquima esponjoso medianamente laxo y estomas anomocíticos. Se detectaron diferencias significativas para las variables número de estomas/mm², espesores de lámina foliar, parénquima en empalizada, parénquima esponjoso y epidermis. La mayor tasa de asimilación (A) de CO2 ocurrió en C. odorata y la menor en C. thaisiana. Esta última especie presentó los mejores rendimientos en crecimiento diametral y longitudinal, y, en consecuencia, es la especie más apta para integrar plantaciones agroforestales en el sitio estudiado.

The aim of the study was to compare anatomical structure of the leaves and ecophysiological traits of the species Cordia thaisiana (Boraginaceae), Cedrela odorata, Swietenia macrophylla (Meliaceae) and Tabebuia rosea (Bignoniaceae) cultivated in the South of the Maracaibo Lake, Venezuela. Transverse leaf sections were prepared and stained, and gas exchange (CO2 and H2O) and growth were measured. All the species had hypostomatics leaves with monostratified epidermis at both surfaces, bifacial mesophyll moderately lax spongy parenchyma, and anomocytic stomata. Significant differences were found for the number of stomata/mm² and leaf thickness, as well as palisade, spongy parenchyma and epidermis thicknesses. The gas exchange parameters showed that C. odorata has the highest photosynthetic rate (A) and C. thaisiana the lowest rate. The latter species presented better yields, with higher diametrical and length growth, being thus recommended for agroforestry plantations in the studied site.

Este estudo teve por objetivo relacionar a estrutura anatômica foliar com as características ecofisiológicas de Cordia thaisiana (Boraginaceae), Cedrela odorata e Swietenia macrophylla (Meliaceae) e Tabebuia rosea (Bignoniaceae) durante a fase de estabelecimento (<2 anos), cultivadas em uma região ao Sul do Lago de Maracaibo, Venezuela. Realizaram-se cortes transversais das lâminas foliares, tinção, medições de intercâmbio gasoso (CO2 e H2O) e medições de crescimento. Todas as espécies apresentaram folhas hipoestomáticas, com epiderme uniestratificada em ambas caras, mesófilo bifacial, parênquima esponjoso medianamente laxo e estomatos anomocíticos. Detectaram-se diferenças significativas para as variáveis número de estomas/mm², espessores de lâmina foliar, parênquima em empalizada, parênquima esponjoso e epiderme. A maior taxa de assimilação (A) de CO2 ocorreu em C. odorata e a menor em C. thaisiana. Esta última espécie apresentou os melhores rendimentos em crescimento diametral e longitudinal, e, em consequência, é a espécie mais apta para integrar plantações agroflorestais na área estudada.

Relaciones hídricas, fotosíntesis, y anatomía foliar de dos especies del género Calotropis / Water relations, photosynthesis, and leaf anatomy in two species of Calotropis genus

El género Calotropis es originario de Asia y es considerado una maleza de zonas áridas. En Venezuela el género esta representado por dos especies arbustivas, C. procera y C. gigantea, que se encuentran en hábitats xerofíticos y se caracterizan por ser muy resistentes a la sequía. Para conocer y comparar las características ecofisiológicas de estas especies, se realizó un estudio en el Litoral Central donde se evaluó el estado hídrico, el intercambio gaseoso y la anatomía foliar de ambas especies durante las temporadas de lluvia y de sequía. No se observaron diferencias significativas en el estado hídrico entre ambas especies, aunque la sequía causó una reducción del 50 por ciento en su potencial hídrico. Las mayores tasas de fotosíntesis (A) y conductancia estomática (gs) fueron observadas en lluvia en ambas especies, siendo 40 y 48 por ciento más altas en C. procera que en C. gigantea. La gs fue 41 por ciento mayor en lluvia que en sequía en C. procera, mientras que en C. gigantea no varió. C. procera presentó una mayor eficiencia de uso de agua (EUA). Las hojas de ambas especies mostraron una estructura mesofilar isolateral y anfiestomáticas, con alta pubescencia, observándose diferencias significativas en el grosor foliar y en el área foliar específica. Los resultados muestran que la capacidad fotosintética de C. procera fue mayor que la observada en C. gigantea.

Seasonal changes in water relations photosynthesis and leaf anatomy of two species growing along a natural CO2 gradient

Se realizaron medidas del estado hídrico, intercambio gaseoso y características anatómicas foliares en dos especies (Brownea coccinea y Spatiphylum cannifolium) que crecen naturalmente a lo largo de un gradiente natural de CO2, desde una concentración supra-atmosférica (CS) de 35000µmol.mol-¹ a una concentración ambiental (CA) de 435µmol-mol-¹, en el bosque ribereño del río Santa Ana (estado Sucre, Venezuela). Las medidas se realizaron en dos épocas contrastes, lluvia y sequía. El potencial hídrico (psy) fue cerca de 60 por ciento mayor en lluvia que en sequía en ambas especies. El crecimiento en CS no ocasionó cambios en el (psi) de B. coccinea, mientras que en S. cannifolium causó un descenso, estos cambios estuvieron acompañados en ambas especies con disminuciones en el potencial osmótico (psi pi). Las elevadas concentraciones de CO2 causaron una mejora en la fotosíntesis (A) y la conductancia estomática (gs) de B. coccinea, pero en S. cannifolium no se encontraron diferencias significativas. En las plantas de ambas especies que crecen en CS las hojas eran 10 por ciento más gruesas debido a un incremento del grosor de los tejidos del mesófilo en la misma proporción; además, las plantas de S. cannifolium que crecen en CS tiene lugar una mayor deposición de ceras espicuticulares durante la época de sequía

Efecto de la concentración elevada de CO² sobre la fotosíntesis en especies tropicales / Effect of high CO² concentration upon photosyntesis in tropical species

La gran cantidad de información acerca de los efectos de un incremento experimental de la [CO²] de cultivo sobre la fisiología de plantas de zonas templadas contrasta con la reducida información disponible para plantas tropicales. En atención a ello, se estudiaron las respuestas fotosintéticas a [CO²] elevadas de plantas que crecen en Venezuela. Se cultivaron plantas de cuatro especies xerófitas bajo una [CO²] elevada, para elucidar el efecto de ésta sobre la fotosíntesis y el uso de agua de especies que normalmente enfrentan déficit hídricos. La fotosíntesis aumentó alrededor de 3,5 veces y la [CO²] elevada retrasó la disminución de la tasa fotosintética en sequía. Dado que en muchos estudios se ha encontrado que el estímulo inicial de la fotosíntesis por una [CO²] elevada desaparace en el tiempo debido a las limitaciones de sumidero de asimilados, hicimos un estudio del efecto de la [CO²] elevada sobre la fotosíntesis de plantas de yuca cultivadas sin limitaciones de suelo, encontrando que la tasa fotosintética no disminuyó durante todo el ciclo de cultivo. La existencia de un sumidero grande (la raiz) unida a una gran disponibilidad de sustrato, permitió que la estimulación de la tasa fotosintética por la [CO²] elevada continuara en el tiempo. Se evaluó el efecto de [CO²] muy altas sobre la fotosíntesis de plantas silvestres que crecen alrededor de emanaciones naturales, encontrándose que tales concentraciones no sólo no inhiben la tasa fotosintética, sino que la promueven muy por encima de la de los controles