Effect of seasonality on the leaf phenology and physiology of Byrsonima species (Malpighiaceae)

Introduction: Defined seasonality in savanna species can stimulate physiological responses that maximize photosynthetic metabolism and productivity. However, those physiological responses are also linked to the phenological status of the whole plant, including leaf phenophases. Objective: To study how physiological traits influence phenophase timing among congeneric and co-occurring savanna species. Methods: We evaluated the leaf phenology and physiological traits of populations of Byrsonima intermedia, B. coccolobifolia, and B. verbascifolia. Physiological measurements were performed at the onset of the dry and rainy seasons and again late in the season. Results: B. intermedia and B. coccolobifolia were classified as brevideciduous and B. verbascifolia as evergreen. The maximum quantum yield for B. intermedia and B. coccolobifolia were lowest during the dry season. At the onset of the dry period, the highest chloroplastidic pigment levels were observed, which decreased as the season advanced, total chlorophyll/carotenoid ratios were lowest, and carotenoid contents were highest. We detected low starch content values at the start of the rainy season, coinciding with the resumption of plant growth. Two months into this season, the leaves were at their peak structural and functional maturity, with high water-soluble polysaccharide values and photosynthetic rates, and were storing large amounts of starch. Conclusions: Physiological and leaf phenological strategies of the Byrsonima species were related to drought resistance and acclimatization to the seasonality of savanna water resources. The oscillations of the parameters quantified during the year indicated a strong relationship with water seasonality and with the phenological status of the leaves.

Introducción: La marcada estacionalidad en las especies de sabana puede estimular respuestas fisiológicas que maximicen el metabolismo fotosintético y la productividad. Sin embargo, esas respuestas fisiológicas están vinculadas al estado fenológico de toda la planta, incluidas las fenofases de las hojas. Objetivo: Estudiar cómo los rasgos fisiológicos influyen en el tiempo de la fenofase entre especies de sabana congenéricas y concurrentes. Métodos: Evaluamos la fenología y características fisiológicas de poblaciones de Byrsonima intermedia, B. coccolobifolia y B. verbascifolia. Las mediciones fisiológicas se realizaron al inicio de la estación seca y lluviosa, y de nuevo al final de la estación. Resultados: B. intermedia y B. coccolobifolia se clasificaron como brevicaducifolias y B. verbascifolia como perennifolias. El rendimiento cuántico máximo para B. intermedia y B. coccolobifolia fueron más bajos durante la época seca. Al inicio del período seco, se observaron niveles de pigmentos cloroplastídicos más altos, aunque los niveles de clorofila disminuyeron a medida que avanzaba la estación seca, las proporciones clorofila/carotenoides totales fueron más bajas y los contenidos de carotenoides más altos. Detectamos valores bajos de contenido de almidón al inicio de la época lluviosa, que coincide con la reanudación del crecimiento de la planta. A dos meses de esta época, las hojas estaban en su máxima madurez estructural y funcional, con altos valores de polisacáridos solubles en agua y tasas fotosintéticas, y almacenaban grandes cantidades de almidón. Conclusiones: Las estrategias fisiológicas y fenológicas de las hojas de las especies de Byrsonima estaban relacionadas con la resistencia a la sequía y la aclimatación a la estacionalidad de los recursos hídricos de la sabana. Las oscilaciones de los parámetros cuantificados durante el año indicaron una fuerte relación con la estacionalidad hídrica y con los estados fenológicos de las hojas.

LEAF ANATOMY CHARACTERIZATION OF FOUR Apochloa SPECIES: A C3 GENUS RELATED TO EVOLUTION OF C4 PATHWAY IN GRASSES / Caracterización anatómica de hojas de cuatro especies de Apochloa: un género relacionado con la evolución de la vía C4 en gramíneas

ABSTRACT Leaf anatomy characteristics provide important evidences about the transition between C3 and C4 pathways. The C4 photosynthesis pathway allowed to reduce the C3 photorespiratory rate, concentrating CO2 around the Rubisco site and using structures and machinery already presented in C3 plants. In monocots, it is observed a high number of C4 lineages, most of them phylogenetically related to C3 groups. The genus Apochloa (C3), subtribe Arthropogoninae, is related to two C4 genera Coleataenia and Cyphonanthus. The aim of this study was to evaluate four Apochloa species in order to establish anatomical characteristics related to the evolution of C4 pathway in this group. By means of transverse sections fully expanded leaves of A. euprepes, A. lorea, A. molinioides, and A. poliophylla were collected and the characteristics of the mesophyll (M) and bundle sheath (BS) cells were determined. These species showed a rustic Kranz anatomy with enlarged and radial arranged BS cells, which have few organelles organized in a centrifugal position. Although the modifications of BS cells are probably related to the maintenance of plant water status, we also discuss the evolution for the establishment of C4 photosynthesis in the related C4 genera.

RESUMEN Las características de la anatomía de la hoja proporcionan evidencias importantes sobre la transición entre las vías C3 y C4. La fotosíntesis C4 surgió para reducir la tasa de fotorrespiración C3, concentrando el CO2 alrededor del sitio de la Rubisco y utilizando estructuras y maquinaria ya presentes en las plantas C3. En monocotiledóneas, se observa un alto número de linajes C4, la mayoría de ellas filogenéticamente relacionadas con grupos C3. El género C3 Apochloa, que pertenece a la subtribu Arthropogoninae, está relacionado con dos géneros C4 Coleataenia and Cyphonanthus. En este contexto, el objetivo fue evaluar cuatro especies de Apochloa para establecer las características anatómicas relacionadas con la evolución de la via C4 en este grupo. Se colectaron hojas completamente expandidas de A. euprepes, A. lorea, A. molinioides y A. poliophylla y se determinaron las características de las células del mesófilo (M) y del haz de la vaina (HV) a partir de secciones transversales de la hoja. Las especies presentaron una anatomía rústica de Kranz con células HV agrandadas y de distribución radial, con pocas organelas organizadas en posición centrífuga. Aunque las modificaciones de las células HV están probablemente relacionadas con el mantenimiento del estado hídrico de la planta, se puede inferir que facilitan el establecimiento de la fotosíntesis en los géneros C4 relacionados.

Respuesta de Fragaria mexicana y comunidades microbianas rizosféricas al aumento de temperature / Response of Fragaria Mexicana and rhizophere microbial communitites to temperature increase

Resumen Para los próximos 100 años se pronostica un incremento en la temperatura del planeta de casi 4 °C, lo cual pondrá en riesgo las especies que no logren adaptarse. En esta investigación se determinaron las respuestas morfofisiológicas de F. mexicana y los cambios en la población de bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico (BFN) asociadas a sus raíces, debido a dos condiciones ambientales con diferencias medias de temperatura de 5.1 oC: invernadero (temperatura alta, TA) y campo abierto (temperatura baja, TB); y con cuatro tratamientos: sin inocular (T), inoculadas con la cepa ocho (CP8), cepa cuatro (CP4) y con ambas cepas (CP8 + 4). Las BFN fueron aisladas de la rizosfera de F. mexicana y transformadas genéticamente con reporteros, para cuantificar la población al final del experimento. Se midió el peso seco de la parte aérea y la raíz, la tasa de asimilación de CO2 (A), el inicio de la floración, el número de flores y frutos; y la persistencia de las bacterias fijadoras de N atmosférico (BFN). Además, se evaluó la concentración de NO3, NH4, P y materia orgánica (MO) en el sustrato, al inicio y final del experimento. Las plantas sometidas a alta temperatura presentaron mayor peso seco de la parte aérea y fotosíntesis; con una disminución en el peso seco de la raíz, y en el número de flores y frutos. La MO en el sustrato disminuyó, mientras que la disponibilidad de NO3, NH4 y P aumentó. El incremento de temperatura y la mayor presencia de N en el substrato provocaron reducción en la población de BFN. Estos resultados sugieren que temperaturas altas estimulan el crecimiento de F. mexicana y tienen un impacto negativo sobre su reproducción y en las BFN asociadas a sus raíces.(AU)

Abstract The earth could experience a warming of 4 °C in the next one hundred years. This would put at risk the plants that can´t adapt. Fragaria mexicana is an endemic plant of temperate forest of Mexico. The response of this wild strawberry to temperature increasing has not been studied and could play an important role for event of global warming. This study determinate the morphological and physiological responses of F. mexicana and changes in the N2-fixing bacteria (BFN) population on its roots, due to two environmental conditions with differences of temperature 5.1 °C: greenhouse (high temperature, TA) and open land (low temperature, TB); and with four free-living nitrogen-fixing bacteria (BFN) treatments: non-inoculated (T), inoculated with strain eight (CP8), strain four (CP4), and strains eight and four mixed (CP8 + 4). BFN were isolated from the rhizosphere of F. mexicana and were genetically transformed with reporters to quantify the population at the end of the experiment. NO3, NH4 and P and organic matter (MO) in the substrate were determined at beginning and finish of the experiment. Shoot and root dry weight, photosynthetic rate, flowering and fructification starting, flowers and fruits number, were measured. Shoot dry weight and photosynthetic rate were lower in TB than TA, decreasing 3.1 g and 0.94 µmol m-2 s-1, respectively. Root dry weight was 3.0 g less in TA compared with TB. Number flowers decrease in 40.89 % and number fruits in 38.11 % on TA than TB. F. mexicana plants start flowering 14 days previously in TB than TA. MO in the substrate decrease in TA, while the concentration of NO3, NH4 and P, increased. Population of BFN was lower in TA. Results obtained indicated that higher temperature promotes the growth of F. mexicana and reduce its reproduction and BNF population associated with its roots.(AU)

Photosynthetic performance and leaf water potential of gulupa (Passiflora edulis Sims, Passifloraceae) in the reproductive phase in three locations in the colombian andes / Desempeño fotosintético y potencial hídrico foliar de gulupa (Passiflora edulis Sims, Passifloraceae) en estado reproductivo en tres localidades de los Andes colombianos

Gulupa, Passiflora edulis Sims (Passifloraceae), is an important fruit due to its organoleptic and nutritional characteristics and its demand in the international market; however, very few studies have been conducted for studying its Ecophysiology. Until now, this crop has spread throughout the country through empirical knowledge without data that indicate the zones that are more suitable for its cultivation. For this reason, gas exchange, chlorophyll fluorescence (photosystem II operating efficiency and maximum quantum efficiency of photosystem II photochemistry) and leaf water potential were measured in three different locations of Cundinamarca department (Chia [2610 m a.s.l., 14 °C], Granada [2230 m a.s.l., 15 °C] and Tena [2090 m a.s.l., 17 °C]), whose climatic conditions were monitored with meteorological stations to evaluate the physiologic performance in each location related to the environmental factors. The results indicate that, even though the photosynthetic capacity was similar and high in Granada and Tena, the water status of the plant, the stomatal control of water loss and recovery of photosystems during the night were more efficient in Granada (p < 0.05). In Tena, the small differences between day and night temperature, humidity, and vapor pressure deficit (VPD) would limited the night water recovery in the plants. Meanwhile, in Chia, the increase of VPD during the day and the low temperatures would decreased the water potential both during the day and during the night, as well as the recovery of photosystem II. Therefore, in conclusion the climatic conditions similar to Granada, which are 18/13 °C day/night, a VPD close to 0.5 KPa, and radiation that did not exceed 1000 μmol photons/m²s favored the good physiological performance of gulupa.

La gulupa, Passiflora edulis Sims (Passifloraceae) es un frutal importante debido a sus características organolépticas, nutricionales y su demanda en el mercado internacional; sin embargo, existen muy pocos estudios relacionados con su ecofisiología. Hasta el momento, el cultivo se ha extendido a través del país por medio de conocimiento empírico sin tener datos que sustenten las zonas más apropiadas para su cultivo. Por esta razón, en el presente estudio se midió el intercambio de gases, la fluorescencia de la clorofila (factor de eficiencia del fotosistema II y eficiencia cuántica fotoquímica máxima del fotosistema II) y el potencial hídrico foliar en tres localidades diferentes del departamento de Cundinamarca (Chía [2610 m s.n.m., 14 °C], Granada [2230 m s.n.m., 15 °C] y Tena [2090 m s.n.m., 17 °C]), cuyas condiciones climáticas fueron monitoreadas con estaciones meteorológicas para evaluar el desempeño fisiológico en cada localidad y relacionarlo con los factores ambientales. Los resultados indican que aunque la capacidad fotosintética fue alta y similar en Granada y Tena, el estado hídrico de la planta, el control estomático de la pérdida de agua y la recuperación de los fotosistemas durante la noche fueron más eficientes en Granada (p < 0,05). En Tena, la estrecha diferencia entre los valores día/noche de temperatura, humedad y déficit de presión de vapor (DPV) limitarían la recuperación hídrica de la planta, mientras que en Chía el aumento de DPV en el día, y las bajas temperaturas disminuirían el potencial hídrico, tanto durante el día como durante la noche, así como la recuperación del fotosistema II. Por tanto, en conclusión, condiciones climáticas cercanas a las de Granada; 18/13 °C día/noche, DPV de 0,5 KPa, y una radiación que no exceda los 1000 μmol fotones/ m²s favorecen el buen desempeño de la planta.

CRECIMIENTO Y EFICIENCIA FOTOSINTÉTICA DE Ludwigia decurrens Walter (ONAGRACEAE) BAJO DIFERENTES CONCENTRACIONES DE NITRÓGENO / Growth and Photosynthetic Efficiency of Ludwigia decurrens Walter (Onagraceae) Under Different Concentrations of Nitrogen

En el presente estudio se evaluó el crecimiento y la eficiencia fotosintética de Ludwigia decurrens (Onagraceae), a partir de la estimación de la fluorescencia de la clorofila bajo diferentes concentraciones de nitrógeno (0 mg/L, 465 mg/L y 930 mg/L) en condiciones de laboratorio. Como parámetros de crecimiento se utilizaron la longitud total del tallo y el área foliar. Durante el periodo de estudio se observó un incremento en el crecimiento y la eficiencia quántica con el aumento en la concentración de nitrógeno. Sin embargo, no se presentaron diferencias significativas (p Ludwigia decurrens crece en ambientes relativamente altos de nitrógeno.

Growth parameters and quantum efficiency measurements of the photosynthesis were evaluated on the emergent macrophyte Ludwigia decurrens under different concentrations of nitrogen (0 mg/L, 465 mg/L y 930 mg/L). Growth was determined as measurements of total length and leaf area, and the emission of chlorophyll fluorescence was used as a measure of real quantum efficiency of the photosystem II. During the study period, a general tendency of increase of growth parameters and quantum efficiency with increase of nitrogen supply was noted. However, there was no significant difference (pLudwigia decurrens can grow on enriched nitrogen environments.