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.

Effects of light and temperature on isoprene emission at different leaf developmental stages of eschweilera coriacea in central Amazon / Efeitos da luz e da temperatura sobre a emissão de isopreno em diferentes estádios de desenvolvimento foliar de eschweilera coriacea na Amazônia Central

Isoprene emission from plants accounts for about one third of annual global volatile organic compound emissions. The largest source of isoprene for the global atmosphere is the Amazon Basin. This study aimed to identify and quantify the isoprene emission and photosynthesis at different levels of light intensity and leaf temperature, in three phenological phases (young mature leaf, old mature leaf and senescent leaf) of Eschweilera coriacea (Matamatل verdadeira), the species with the widest distribution in the central Amazon. In situ photosynthesis and isoprene emission measurements showed that young mature leaf had the highest rates at all light intensities and leaf temperatures. Additionally, it was observed that isoprene emission capacity (Es) changed considerably over different leaf ages. This suggests that aging leads to a reduction of both leaf photosynthetic activity and isoprene production and emission. The algorithm of Guenther et al. (1999) provided good fits to the data when incident light was varied, however differences among E S of all leaf ages influenced on quantic yield predicted by model. When leaf temperature was varied, algorithm prediction was not satisfactory for temperature higher than ~40 °C; this could be because our data did not show isoprene temperature optimum up to 45 °C. Our results are consistent with the hypothesis of the isoprene functional role in protecting plants from high temperatures and highlight the need to include leaf phenology effects in isoprene emission models.

O isopreno emitido pelas plantas corresponde em cerca de um terço das emissões globais de compostos orgânicos voláteis anualmente. A maior fonte de emissão de isopreno para a atmosfera global é a Bacia Amazônica. Este estudo objetivou identificar e quantificar a emissão de isopreno e fotossíntese em diferentes níveis de intensidade de luz e temperatura foliar, em três fases fenológicas (folha madura recente, folha madura tardia e folha senescente) de Eschweilera coriacea (Matamatá verdadeira) - a espécie com maior distribuição na Amazônia central. In situ, as medidas de fotossíntese e emissão de isopreno da folha madura recente apresentaram as maiores taxas em todos os níveis de luz e de temperatura. Adicionalmente, a capacidade de emissão de isopreno (ES) mudou consideravelmente entre as diferentes idades foliares, sugerindo que o envelhecimento reduz a atividade fotossintética e a produção/emissão de isopreno. O algoritmo de Guenther et al. (1999) demonstrou bom ajuste para a emissão de isopreno em diferentes intensidades de luz, entretanto, diferenças na ES entre as idades foliares influenciaram no rendimento quântico estimado pelo modelo. Em relação à temperatura foliar, a estimativa do algoritmo não foi satisfatória para as temperaturas acima de ~40 °C; isto provavelmente ocorreu pelo fato dos dados não apresentarem temperatura ótima até 45 °C. Nossos resultados são consistentes com a hipótese do isopreno ter um papel funcional para proteger as plantas de altas temperaturas e apontam a necessidade de incluir os efeitos da fenologia foliar em modelos de emissão de isopreno.

Comparação florística, estrutural e ecológica da vegetação arbórea das fitofisionomias de um remanescente urbano de cerrado / Floristic, structural and ecological comparison of the arboreal vegetation of physiognomies in an urban remnant

O presente trabalho objetivou determinar a similaridade florística, estrutural e ecológica entre as fitofisionomias de um remanescente de Cerrado, no município de Monte Carmelo, MG. A partir do levantamento fitossociológico avaliou-se os padrões ecológicos relacionados às espécies quanto às guildas de dispersão. A similaridade florística entre as fitofisionomias foi analizada utilizando dados quantitativos e qualitativos (presença/ausência) através do coeficiente de similaridade de Jaccard e o índice de Morisita-Horn. O remanescente urbano abrange quatro fisionomias vegetais, classificadas em floresta estacional semidecidual, cerradão, cerrado sentido restrito e floresta de galeria. Foram amostradas 153 espécies, distribuídas em 49 famílias. A floresta semidecidual abrange a maior porção do parque e apresentou a maior diversidade de espécies. A floresta de galeria apresentou a menor diversidade, tendo como principais representantes espécies adaptadas a condições de solo hidromórficas. O predomínio de espécies zoocóricas nas quatro fisionomias confirma a importância dos agentes biológicos no fluxo gênico destas formações. A maior porcentagem de espécies anemocóricas foi encontrada no cerrado sentido restrito e cerradão. A similaridade florística entre as fisionomias presentes no remanescente urbano é baixa, demonstrando que pequenas variações ambientais refletem grandes variações florísticas. Cada fisionomia apresenta suas peculiaridades, não apenas em relação às condições físicas, mas também em relação aos processos ecológicos fundamentais, como diversidade biológica e interação com a fauna dispersora, o que pode explicar a grande diversidade beta encontrada no bioma Cerrado.

The present study aimed to determine the floristic, structural and ecological between physiognomies in a Cerrado remnant, Monte Carmelo, MG. From the phytossociological survey, we assessed the ecological patterns related to the species dispersion guilds and deciduousness. The floristic similarity between the physiognomies was parsed using quantitative and qualitative data (presence/absence) through the Jaccard similarity coefficient and Morisita-Horn indice. The urban remnant presented four vegetable physiognomies, classified in semideciduous seasonal forest, stricto sense cerrado, cerradão and gallery forest. We sampled 153 species, distributed in 49 families. The semideciduous forest covers the largest portion of the Park and has the greatest diversity of species. The gallery forest presented the less diversity, having as main representatives species adapted to conditions of hydromorphic soil. The predominance of zoochoric species in four physiognomies confirms the importance of biological agents on gene flow of these formations. The highest percentage of species anemochoric was found in the stricto sense cerrado and cerradão. The floristic similarity between the physiognomies present in urban remnant is low, demonstrating that small environmental variations reflect major floristic changes. Each physiognomies has its peculiarities, not only in relation to physical conditions, but also in relation to fundamental ecological processes, such as biological diversity and interaction with the fauna disperser, which may explain the great beta diversity found in the Cerrado biome.

Climate and host plant characteristics effects on lepidopteran caterpillar abundance on Miconia ferruginata DC. and Miconia pohliana Cogn (Melastomataceae) / Efeitos do clima e das características das plantas hospedeiras na abundância de lagartas de Lepidoptera em Miconia ferruginata e Miconia pohliana

Folivore cerrado caterpillars are found on their host species in low frequencies, which vary between plants and throughout the year. We analysed the effects of climatic variation and of the characteristics of two host species (Miconia, Melastomataceae) on caterpillar abundance. The work was carried out in a cerrado sensu stricto area in Brasília, Federal District, Brazil, from May 1998 to September 1999. One hundred plants of each species were inspected monthly. All caterpillars found were collected and raised in the laboratory with Miconia leaves as food sources. Climatic data for the study area and plant characteristics such as local density, spatial distribution, foliar phenology, leaf pilosity and nutritional content were used to test the effects on caterpillar abundance. Less than 10 percent of the plants had larvae. Caterpillars were more frequent and abundant in M. pohliana, which was also present at higher densities than M. ferruginata. Low caterpillar frequency in host plants and an abundance peak during the dry season are consistent patterns for different cerrado Lepidoptera larvae. This abundance peak, however, is not coincident with higher leaf production in host species. We suggest that M. pohliana's higher local density and better leaf digestibility can account for the higher abundance of caterpillars in this species.

No cerrado, as lagartas de Lepidoptera, folívoras externas, são encontradas em baixas frequências e variam entre plantas e ao longo do ano. Este trabalho teve como objetivo analisar os efeitos das variações climáticas e das características das plantas (Miconia, Melastomataceae) na abundância das lagartas. O estudo foi feito no cerrado sensu stricto, Brasília, DF, de maio de 1998 a setembro de 1999. Mensalmente, 100 plantas de cada espécie foram vistoriadas. Todas as lagartas foram coletadas e criadas. Foram correlacionados com os resultados obtidos da abundância de lagartas, os dados climáticos e as seguintes características das plantas: densidade local, distribuição espacial, fenologia, pilosidade e conteúdo nutricional foliar. Menos de 10 por cento das plantas tinham lagartas. As lagartas foram mais frequentes e abundantes em M. pohliana que também foi a espécie de planta com maior densidade na área. A frequência baixa de lagartas em plantas do cerrado é um padrão bastante consistente, assim como o pico de abundância desses imaturos na estação seca. Entretanto, esse pico de abundância não coincide com a produção de folhas em nenhuma das espécies de plantas. A maior densidade local e digestibilidade das folhas de M. pohliana são os fatores que mais explicam a abundância de lagartas nessa espécie.

Abundance and temporal distribution of Gonioterma exquisita Duckworth (Lepidoptera, Elachistidae, Stenomatinae) on Byrsonima pachyphylla Griseb. (Malpighiaceae) in the Brazilian Cerrado

The seasonal characteristics of the Cerrado region strongly influence food resource predictability and vegetal tissue nutritional content. The aims of this work were to record the abundance and temporal distribution of Gonioterma exquisita Duckworth, 1964 (Lepidoptera, Elachistidae) and its relation with phenological, physical, and chemical traits of the host plant Byrsonima pachyphylla Griseb. (Malpighiaceae). Four nutritional quality parameters were determined for new and mature leaves: gross protein and nitrogen content, dry matter, and in vitro digestibility. We inspected 200 plants per month, searching for G. exquisita caterpillars. About 35.8 percent of the 2,400 plants inspected presented caterpillars, with an abundance peak in the wet season. Caterpillar abundance was positively correlated with mature leaf availability, their food resource. Although mature leaves presented lower gross protein and nitrogen contents than new leaves, this difference was small during the abundance peak of G. exquisita.

As características sazonais da região do Cerrado influenciam fortemente a previsibilidade dos recursos alimentares no tempo e no espaço como também a qualidade nutricional dos tecidos vegetais. Os objetivos deste trabalho foram registrar a abundância e a distribuição temporal de Gonioterma exquisita Duckworth, 1964 (Lepidoptera, Elachistidae) e sua relação com aspectos fenológicos, físicos e químicos de sua planta hospedeira, Byrsonima pachyphylla Griseb. (Malpighiaceae). Quatro parâmetros nutricionais foram determinados para folhas novas e maduras: proteína bruta, conteúdo de Nitrogênio, matéria seca e digestibilidade in vitro. Inspecionamos, mensalmente, 200 plantas a procura de lagartas de G. exquisita. Das 2.400 plantas inspecionadas, 35.8 por cento apresentaram lagartas e seu pico de abundância ocorreu na estação chuvosa. A abundância de lagartas mostrou correlação positiva com a disponibilidade de folhas maduras, seu recurso alimentar. Embora as folhas maduras tenham apresentado taxas menores de proteína bruta e de Nitrogênio que as folhas novas, esta diferença foi muito pequena durante o pico de abundancia de G. exquisita.