Abstract The objective of this work was to evaluate silicon capacity to mitigate the damaging effects of UV-B radiation on cacao (Theobroma cacao) plants. For the experiment, homogeneous cacao plants produced from seeds collected from a clonal population were subjected to the following treatments: UVB- Si-, no UV-B exposure and no addition of Si (control); UV-B+ Si-, UV-B exposure of 3.0 kJ m-2 per day and no addition of Si; and UV-B+ Si+, UV-B exposure of 3.0 kJ m-2 per day and addition of 2.0 mmol L-1 Si. The molybdenum blue technique was used to determine Si concentrations. For each selected plant, the following were determined: number of leaves; leaf area; root, stem, and leaf dry mass; anatomy of fully expanded leaves; gas exchange; chlorophyll a fluorescence; total soluble sugar concentrations using ethanol extract; and antioxidant enzyme activity. The plants showed a higher leaf and total biomass when treated with Si, as well as lower concentrations of chlorophyll, carotenoids, anthocyanins, flavonoids, and polyphenols under UV-B radiation. Si inhibits the net CO2 assimilation rate and the dark mitochondrial respiration rate. Therefore, Si application on cacao plants mitigates the damaging effects of UV-B, reduces carbon consumption through cellular respiration, and decreases the production of UV-B-absorbing compounds.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade do silício em mitigar os efeitos nocivos da radiação UV-B em plantas de cacau (Theobroma cacao). Para o experimento, plantas homogêneas de cacau produzidas de sementes coletadas de uma população clonal foram submetidas aos seguintes tratamentos: UV-B- Si-, sem exposição à UV-B e sem adição de Si (controle); UV-B+ Si-, exposição à UV-B a 3,0 kJ m-2 por dia e sem adição de Si; e UV-B+ Si+, exposição à UV-B a 3,0 kJ m-2 por dia e adição de 2.0 mmol L-1 de Si. Utilizou-se a técnica azul de molibdênio para determinar as concentrações de Si. Para cada planta selecionada, foram determinados: número de folhas; área foliar; massa seca de raízes, caules e folhas; anatomia das folhas totalmente expandidas; trocas gasosas; fluorescência da clorofila a; concentrações de açúcares solúveis totais com uso de extrato etanólico; e atividade das enzimas antioxidantes. As plantas apresentaram maior biomassa foliar e total quando tratadas com Si, bem como menores concentrações de clorofila, carotenoides, antocianinas, flavonoides e polifenóis sob radiação UV-B. O Si inibe a taxa de assimilação líquida de CO2 e a taxa de respiração mitocondrial no escuro. Portanto, a aplicação de Si em cacaueiros atenua os efeitos nocivos da UV-B, reduz o consumo de carbono pela respiração celular e diminui a produção de compostos absorvedores de UV-B.

ABSTRACT Paubrasilia echinata presents three morphotypes that differ from each other in leaf morphology (small morphotype-SM, medium morphotype-MM, and large morphotype-LM) with indications of divergence between them regarding irradiance tolerance. The present study aimed to identify possible physiological and growth patterns in P. echinata morphotypes under contrasting irradiance. The growth and photosynthesis of SM were inhibited in the full sun, and those of MM and LM, in the shade. The auxin contents of the three morphotypes increased in the full sun. However, in MM and LM, this increase was 5 times greater. The oxidative damage (hydrogen peroxide-H2O2 and lipid peroxidation-MDA content) of SM were higher in the full sun and of MM and LM in the shade. The stem hemicelluloses and CO2 assimilation decreased in shade for SM, and sun for MM and LM. The shade tolerance of SM and the full sun tolerance of MM and LM were associated with lower oxidative damage and cell wall loosening (lower hemicelluloses content) in the photo-promoted treatments. The integration of the lower oxidative damage with cell wall loosening seems to represent an essential part of the tolerance mechanism of P. echinata morphotypes in the shade and full sun.

RESUMO Os dados existentes e inconsistentes sobre as necessidades de irradiância das plantas de pau-brasil Paubrasilia echinata (Lam.) Gagnon,H.C.Lima e G.P.Lewis. podem ser explicados por suas variações fenotípicas. Enquanto os morfotipos de folhas pequenas apresentam melhor crescimento em sombreamento, não tolerando ambientes com elevada irradiância, uma população de morfotipos médios recentemente descoberta apresenta um comportamento diferente: melhor desempenho em intensa luminosidade e crescimento limitado em sombreamento. A fim de compreender os mecanismos fisiológicos do morfotipo médio em termos de disponibilidade de irradiância, este estudo foi realizado para caracterizar o metabolismo do estresse oxidativo, a eficiência fotoquímica e bioquímica da fotossíntese, bem como os ajustes anatômicos de folhas do morfotipo médio de P. echinata sob irradiâncias contrastantes. As análises foram realizadas em elevada luminosidade (2000 µmol m-2.s-1) e dentro de uma floresta ombrófila densa com 80% de sombreamento (192 µmol m-2.s-1). Foram mensurados crescimento, anatomia foliar, pigmentos cloroplastídicos, eficiência fotoquímica (fluorescência da clorofila a) e bioquímica (trocas gasosas), carboidratos solúveis e antioxidantes. Os resultados mostraram que a maior eficiência na captação de energia luminosa, seguido do melhor desempenho fotoquímico e melhor fixação de CO2 nas plantas sob elevada luminosidade, resultaram em maiores concentrações de açúcares solúveis e maior crescimento. A energia que deveria ter sido usada nas reações fotoquímicas e/ou bioquímicas de plantas sombreadas foi dissipada na forma de calor, reemitida como fluorescência ou translocada para a produção de compostos de defesa antioxidantes do metabolismo secundário. Concluímos que o ecotipo médio de P. echinata apresenta perfil ecológico de espécies tolerante ao sol ou de pioneira sendo recomendado seu plantio em pleno sol. Esses resultados diferem dos estudos anteriormente publicados sobre o ecotipo folha pequena de P. echinata e sugere a necessidade de uma reconstrução taxonômica dessa espécie, o que é fundamental para boas práticas de manejo em programas de recuperação da Floresta Atlântica.

ABSTRACT The existing inconsistent data on the irradiance needs of Brazilwood plants Paubrasilia echinata (Lam.) Gagnon,H.C.Lima and G.P.Lewis. can be explained by their phenotypical variations. While small-leaf morphotypes grows better in the shade, not tolerating environments with high irradiance, a recently discovered population of medium morphotype presents different behavior: better performance under direct sunlight and limited growth in the shade. In order to understand the physiological mechanisms of the medium morphotype in response to the available irradiance, this study was performed to characterize the oxidative stress metabolism, photochemical and biochemical photosynthesis efficiency, as well as anatomical adjustments of leaves of the medium morphotype of P. echinata under different intensities of irradiance. The analyses were performed at direct sunlight condition (2000 µmol m-2.s-1) and within a dense ombrophilous forest with 80% shading (192 µmol m-2.s-1). Growth, leaf anatomy, chloroplast pigments, photochemical (chlorophyll a fluorescence), and biochemical (gaseous exchanges) efficiency, soluble carbohydrates, and antioxidants were measured. The results showed that the higher efficiency in light energy uptake, paired with better photochemical performance and better CO2 fixation in plants under direct sunlight resulted in higher concentration of soluble sugars and growth. The energy that should have been used in photochemical and/or biochemical reactions of shaded plants was dissipated in the form of heat, re-emitted as fluorescence or translocated to the production of antioxidant defense compounds of the secondary metabolism. Therefore, the medium morphotype of P. echinata presents an ecological profile of sun-tolerant or pioneer species, and as such, it is recommended its planting in full sunlight. These results differ from previous studies on small morphotype of P. echinata and suggest the need for a taxonomic reconstruction of this species, which is essential to adequate management practices in Atlantic rainforest recovery programs.

O objetivo deste trabalho foi verificar o efeito alelopático do óleo essencial de citronela (Cymbopogon nardus) e de extrato foliar de graviola (Annona muricata) na germinação de sementes de picão-preto (Bidens pilosa) e capim-colonião (Megathyrsus maximus). Utilizou-se como tratamentos: óleo essencial de citronela em diferentes concentrações: 0,25, 0,5, 1,0 e 1,5 mL/L (v/v) e extratos aquosos de graviola diluídos nas concentrações de 25, 50, 75 e 100% (v/v), sendo utilizada água destilada como grupo controle. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, sendo realizada uma Regressão na Análise de Variância na estatística. Os parâmetros avaliados foram: frequência relativa da germinação, porcentagem de germinação, tempo médio de germinação, velocidade média de germinação e índice de velocidade de germinação. Com o aumento das concentrações de óleo citronela, verificou-se efeito alelopático em todos os parâmetros analisados para as sementes de picão-preto e capim-colonião. As maiores concentrações de extrato de graviola interferiram em todos os parâmetros tanto para o picão-preto como para o capim-colonião.

The objective of this work was to verify the allelopathic effect of the essential oil of citronella (Cymbopogon nardus) and soursop leaf extract (Annona muricata) on the germination of beggartick’s (Bidens pilosa) and Guinea grass’ seeds (Megathyrsus maximus). The treatments were: citronella essential oil at the following concentrations: 0.25, 0.5, 1.0 and 1.5 mL/L (v/v) and aqueous soursop extracts at concentrations of 25, 50, 75 and 100% (v / v), and a control group of distilled water. The experimental design was completely randomized, and the statistical analysis were ran with a Regression in Analysis of Variance. The parameters evaluated were: relative germination frequency, percentage of germination, average germination time, average germination speed and germination speed index. The results showed that citronella oil was effective in all concentrations: the higher the concentration, the higher was the effect on beggartick and Guinea grass seed germination. The highest concentrations of soursop extract interfered in the all the parameters of beggartick as well as in Guinea grass.

Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar as características fisiológicas e anatômicas de plantas de um clone de cacau (Theobroma cacao) em resposta ao deficit hídrico após a aplicação foliar de silício. Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições, em arranjo fatorial 2x3, com dois regimes hídricos (irrigado e não irrigado) e três concentrações de silício (0, 1,5 e 3,0 mg mL-1) aplicadas como pó molhável de SiO2. As plantas foram avaliadas 20 dias após a aplicação dos regimes de irrigação. O uso de SiO2 aumentou a estabilidade das membranas celulares e a eficiência fotoquímica das plantas sob deficit hídrico. A concentração de 1,5 mg mL-1 de SiO2 aumentou a taxa fotossintética, a eficiência do uso da água e a taxa de carboxilação, além de ter mitigado o efeito do estresse oxidativo. A densidade estomática foi reduzida em plantas não irrigadas sob a maior concentração de Si. A concentração de 1,5 mg mL-1 de Si é considerada ótima para o metabolismo fotossintético de plantas jovens de cacau sob limitação de água no solo.

Abstract: The objective of this work was to evaluate the physiological and anatomical traits of plants of a cacao (Theobroma cacao) clone in response to water deficit after leaf application of silicon. A randomized complete block design was used, with four replicates, in a 2x3 factorial arrangement of two water regimes (irrigated or nonirrigated) and three silicon concentrations (0.0, 1.5, and 3.0 mg mL-1) applied in wettable SiO2 powder. The plants were evaluated 20 days after the irrigation regimes were applied. The use of SiO2 increased the stability of cell membranes and the photochemical efficiency of the plants under water deficit. The 1.5 mg mL-1 concentration of SiO2 increased photosynthetic rate, water use efficiency, and carboxylation efficiency, besides mitigating the effect of oxidative stress. Stomatal density was reduced in nonirrigated plants under the highest concentration of Si. The 1.5 mg mL-1 concentration of Si is considered optimal for the photosynthetic metabolism of young cacao plants under soil water limitation.

RESUMO Esse trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar o efeito de suplementação de N, P e K no acúmulo foliar desses elementos e suas relações com os parâmetros da fluorescência da clorofila a e com a concentração de carboidratos solúveis em caules de plantas jovens de Caesalpinia echinata Lam. Plantas com oito meses de idade foram cultivadas em vasos que receberam N, P e K na forma isolada ((NH4)2SO4, P2O5, KCl) e combinada na proporção 10:10:10 e 04:14:08, distribuídos em blocos inteiramente casualizados. As aplicações foram repetidas a cada 90 dias durante 450 dias. Os resultados demonstraram que C. echinata é mais responsiva ao N. As plantas apresentaram maiores concentrações de N foliar e correlação positiva com a concentração das clorofilas a e b. No entanto, os tratamentos não influenciaram no rendimento quântico potencial do FSII (FV/FM) e no índice de desempenho (PITOTAL). A concentração da sacarose na casca do caule foi maior do que do xilema secundário e superior nas adubações fosfatada e em NPK 04:14:08 sugerindo maior demanda de substrato para a formação da madeira nesses tratamentos, o que poderia resultar em caules mais resistentes e maior capacidade de sobrevivência das plantas em condições de campo.

ABSTRACT The aim of this study was to evaluate the effect of N, P, and K in the accumulation of these elements in the leaf and their relations with the chlorophyll a fluorescence parameters and with the concentration of soluble carbohydrates in stems of young plants of Caesalpinia echinata.Eight-month-old plants were grown in polyethylene pots. which received N, P, and K in isolated form ((NH4)2SO4, P2O5, KCl) and the combined form NPK in the ratio 10:10:10 and 04:14:08. The pots were arranged in randomized blocks. The applications were repeated each 90 days during 450 days. The results demonstrated that C. echinata is more responsive to N. Plants showed higher leaf N concentrations and positive correlation with the concentration of chlorophyll a and b. However, the treatments did not influence the potential quantum yield of PSII (FV/FM) and the performance index (PITOTAL). The concentration of sucrose in the stem bark was higher than that of secondary xylem and superior in fertilizers rich in P (P and NPK 04:14:08) suggesting increased demand of substrate for forming the wood in these treatments, which could result in more resistant stems and higher survival of the plants under field conditions.

Os aspectos fisiológicos e bioquímicos influenciados pelo silício e que condicionam reações de resistência a pragas no cacaueiro ainda são pouco conhecidos. O objetivo deste experimento foi avaliar os efeitos da aplicação de silício sobre a fotossíntese, sobre o teor foliar de fenóis solúveis totais e a sua influência na preferência de Toxoptera aurantii em genótipos de cacau. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, no delineamento de blocos casualizados, com quatro repetições, em arranjo fatorial 3 x 3, constituído por três genótipos (TSH 1188, CCN 51 e Catongo), duas doses de silicato de potássio (3 e 6 mL L-1), aplicadas por via foliar e um controle pulverizado somente com água. Foram realizadas avaliações das trocas gasosas, da fluorescência da clorofila a e do teor de compostos fenólicos foliar, além de um teste de preferência com chance de livre escolha com T. aurantii. Os genótipos TSH 1188 e CCN 51 apresentam maior eficiência fotoquímica e fotossintética, comparados com o Catongo. Independentemente do genótipo, a aplicação de silicato de potássio não alterou o índice de desempenho das plantas (PI ABS e PI TOTAL); no entanto, a dose 3 mL L-1 aumentou a fotossíntese líquida e o teor de fenóis solúveis totais. A dose 6 mL L-1 reduziu a preferência de T. aurantii pelas folhas do genótipo TSH 1188. A aplicação de silicato de potássio é promissora no aumento da resistência do cacaueiro a T. aurantii.

The physiological and biochemical aspects influenced by silicon and that influence reactions of resistance to pests in cocoa are still poorly understood. The aim of this research was to evaluate the effects of silicon application on photosynthesis, the leaf content of total soluble phenols and preference of Toxoptera aurantii in cocoa genotypes. The experiment was conducted in a greenhouse in a randomized block design with four replications in a factorial 3 x 3, consisting of three genotypes (TSH 1188, CCN 51 and Catongo), two doses of potassium silicate (3 and 6 mL L-1) applied to the leaves and a control sprayed with water. Evaluations were conducted for gas exchange, chlorophyll a fluorescence and phenolic content in leaf level, besides a preference test with a chance of free choice with T. aurantii. The genotypes TSH 1188 and CCN 51 had higher photochemical efficiency and photosynthesis compared with Catongo. Regardless of genotype, the application of potassium silicate did not affect the performance index of the plants (and PI ABS PI TOTAL), however, the dose 3 mL L-1 increased net photosynthesis and total soluble phenol content. The dose 6 mL L-1 reduced the preference of T. aurantii to the leaves of genotype TSH 1188. The application of potassium silicate is promising to increase the resistance of cacao to T. aurantii.