Abstract The classical method to estimate the light conversion efficiency (εc) gives a single value for the whole crop cycle (εco) but does not reveal any variation along the growing season. We proposed the segmented approach to uncover such variations along sugarcane (Saccharum sp. hybrid) growth cycle. Our analyses revealed that longer sampling intervals could overestimate εco and that the segmented light conversion efficiency (εcs) varied between 0.09 and 5.39 g MJ-1 during the crop cycle. The εcs would provide insights on how the environment affects εc and how to increase biomass production through crop management practices.

RESUMO Objetivou-se, no presente estudo, avaliar o desenvolvimento, a produtividade e a qualidade de quatro cultivares de canas-de-açúcar fertirrigadas por gotejamento subsuperficial. O experimento foi realizado em Campinas, SP, Brasil, no período de janeiro de 2012 a novembro de 2013, com as cultivares SP79-1011, IACSP94-2101, IACSP94-2094 e IACSP95-5000 com irrigações diárias, sendo a lâmina aplicada para repor a umidade do solo à capacidade de campo. Para tanto foram utilizadas sondas visando à medição da umidade do solo enquanto ao longo dos ciclos foram realizadas biometrias e estimativas da produtividade nas socas. A produtividade final foi estimada no fim de cada soca. A altura dos colmos apresentou boa correlação para estimativa da produtividade da cultura com R2 igual ou maior que 0,96. A maior produtividade na primeira soca foi observada na cultivar IACSP95-5000 e na segunda soca a IACSP94-2101 foi a cultivar mais produtiva seguida das IACSP95-5000 e SP79-1011. Considerando os resultados de produtividade associados à análise tecnológica, como os teores de sólidos solúveis e sacarose aparente, a IACSP95-5000 se sobressaiu no cultivo com irrigação por gotejamento subsuperficial.

ABSTRACT The present study aimed to evaluate the development, yield and quality of four sugarcane cultivars fertigated by subsurface drip system. The experiment was carried out in Campinas-SP, Brazil, from January 2012 to November 2013, with the cultivars SP79-1011, IACSP94-2101, IACSP94-2094 and IACSP95-5000 subjected to daily irrigations. The irrigations depths were applied to bring soil moisture to field capacity. Soil moisture was monitored using soil moisture probes. Samples were collected along the crop cycle in order to evaluate crop development and yield, at the end of the first and second ratoons. Stalk height showed good correlation for the estimation of crop yield, with R2 equal to or higher than 0.96. The cultivar IACSP95-5000 showed the highest yield in the first ratoon. In the second ratoon the highest yield was observed in IACSP94-2101, followed by IACSP95-5000 and SP79-1011. Considering the yield results associated with the technological analysis, such as soluble solids content and apparent sucrose, the cultivar IACSP95-5000 excelled the others in the cultivation under subsurface drip irrigation.

A assimilação de CO2 (A) em função da densidade de fluxo de fótons fotossintéticos (Q) ou da concentração intercelular de CO2 (Ci), e medidas de fluorescência da clorofila foram realizadas em quatro espécies tropicais arbóreas em uma clareira e um sub-bosque (Bauhinia forficata Link. e Guazuma ulmifolia Lam. como espécies pioneiras, e Hymenaea courbaril L. e Esenbeckia leiocarpa Engl. como espécies não pioneiras). Os dados de fluorescência da clorofila indicaram que ambos os grupos mostraram capacidade similar de aclimatação do aparato fotoquímico independente do ambiente luminoso. A assimilação máxima de CO2 e a eficiência quântica derivadas das curvas A/Q indicaram maior capacidade fotossintéticas das espécies pioneiras do que as não-pioneiras na clareira. Entretanto, sob condições de sub-bosque, as diferenças observadas em relação às curvas A/Q não mostraram uma relação direta com o grupo funcional das espécies. Ambos os grupos da sucessão foram capazes de manter um balanço de carbono positivo sob disponibilidades de luz contrastantes, modificando as características fotoquímicas e bioquímicas da fotossíntese com capacidade de plasticidade fenotípica similar.

Leaf CO2 assimilation (A) as a function of photosynthetic photon flux density (Q) or intercellular CO2 concentration (Ci) and chlorophyll fluorescence measurements were carried out on four tropical woody species growing in forest gap and understorey (Bauhinia forficata Link. and Guazuma ulmifolia Lam. as pioneers, and Hymenaea courbaril L. and Esenbeckia leiocarpa Engl. as non-pioneers). Chlorophyll fluorescence indicated similar acclimation capacities of photochemical apparatus to contrasting light environments irrespective to plant species. Maximum CO2 assimilation and quantum yield derived from A/Q curves indicated higher photosynthetic capacity in pioneer than in non-pioneer species in forest gap. However, the differences among species did not show a straightforward relation with their successional status regarding data derived from A/Q curves under understorey conditions. Both successional groups are able to sustain positive carbon balance under contrasting natural light availabilities, modifying photochemical and biochemical photosynthetic traits with similar phenotypic plasticity capacity.

Objetivou-se re-visitar e discutir o conhecimento atual sobre a ecofisiologia dos citros, tratando da influência das condições ambientes na fotossíntese. O conhecimento das respostas fisiológicas dos citros ao ambiente que os circundam é essencial para aumentar a produção de frutos e o desenvolvimento das plantas, conseqüências do manejo agrícola apropriado em pomares de citros. Nesse contexto, a fotossíntese dos citros é tratada como a fonte primária de carbono e energia para o crescimento e desenvolvimento vegetal. A atividade fotossintética, tanto numa escala diária como sazonal, é revisada em árvores de citros, considerando-se aspectos fisiológicos relacionados à variação sazonal das atividades fotoquímica e bioquímica, condutância estomática e potencial da água na folha. Esses aspectos são abordados em plantas cultivadas em climas subtropicais com condições ambientais diversas, tal como seca durante o inverno, variando de moderada a severa. Ainda, possíveis efeitos inibitórios/estimulantes do metabolismo de carboidratos na fotossíntese dos citros são discutidos com ênfase na relação fonte-dreno. Experimentação de campo para aumentar o conhecimento sobre a ecofisiologia dos citros é ressaltada. Dentre assuntos interessantes para serem elucidados por pesquisas futuras, são indicados os efeitos das baixas temperaturas na fotossíntese e relações hídricas dos citros, a natureza da relação entre o conteúdo foliar de carboidratos e a fotossíntese, e a significância da fotossíntese nas diferentes camadas e posições do dossel em relação ao ganho total de carbono em plantas adultas.

In this review we re-visit and discuss the current knowledge on ecophysiology of citrus trees, addressing the influence of environmental conditions on citrus photosynthesis. Knowledge of physiological responses of citrus trees to their surrounding environment is essential in order to improve crop production and plant development, both being consequences of appropriate horticultural management in citrus orchards. In this context, citrus photosynthesis is addressed as the primary source of carbon and energy for plant growth and development. The photosynthetic activity on both a daily and a seasonal scale is reviewed, taking into consideration the physiological aspects related to seasonal variation of photochemical and biochemical activities, stomatal conductance and leaf water potential. These aspects are treated for citrus plants growing in subtropical climates with varying environmental conditions, such as moderate to severe drought during the winter season. In addition, the possible inhibitory/stimulatory effects of carbohydrate metabolism on citrus photosynthesis are discussed with regard to the source-sink relationship. Field experimentation that enhances knowledge concerning citrus ecophysiology in subtropical climates is highlighted. Among interesting subjects to be unraveled by future research, we may point out the effects of low temperatures on citrus photosynthesis and water relations, the nature of the relationship between leaf carbohydrate content and photosynthesis, and the significance of photosynthesis in different canopy layers and positions in relation to the total carbon gain in mature citrus trees.

Duas cultivares de feijoeiro comum foram cultivadas em vasos, sob condições de casa de vegetação. As plantas foram submetidas à aplicação foliar com Pi dois dias antes da suspensão da irrigação, o que aumentou a assimilação líquida de CO2 da cultivar Ouro Negro, mas não alterou significantemente a fotossíntese da cultivar Carioca durante os períodos de déficit hídrico e reidratação. Os resultados revelaram que a aplicação foliar de Pi induziu um efeito positivo na fotossíntese de feijoeiros sob déficit hídrico de intensidade moderada, sendo esse efeito dependente do genótipo.

Two common bean cultivars were grown in pots under greenhouse conditions. Plants were submitted to a foliar Pi spray two days before suspending irrigation, what enhanced net CO2 assimilation rate of Ouro Negro cultivar but did not change significantly the photosynthesis of Carioca cultivar under both water deficit and rehydration periods. The results revealed that a foliar Pi spray induced an up-regulation of photosynthesis in common bean under mild water deficit, with this effect being genotype-dependent.

Este estudo avaliou o efeito de lâminas de irrigação no crescimento vegetativo de limeira ácida 'Tahiti' (Citrus latifolia Tan) sob condições de campo. Os tratamentos consistiram de irrigações por gotejamento baseadas em 100% (T3) e 50% (T2) da evapotranspiração da cultura medida em lisímetro de pesagem e o tratamento sem irrigação (T1). O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com dez repetições. Mediram-se o diâmetro do caule e a altura das plantas mensalmente, ao passo que a área foliar, o volume e a projeção de copa foram determinados após 14 meses do início dos tratamentos. Medidas de assimilação de CO2, condutância estomática e potencial da água na folha foram realizadas para verificar o estado fisiológico das plantas em virtude dos tratamentos. Plantas irrigadas submetidas ao T3 apresentaram os maiores valores de área foliar, diâmetro de caule, altura de planta e projeção de copa. Valores intermediários dessas variáveis foram observados em T2, quando comparado ao T3 e ao T1. O menor desenvolvimento das plantas não irrigadas (T1) foi possivelmente causado pelos menores valores de condutância estomática e assimilação de CO2.

This study evaluated the effect of irrigation levels growth of young 'Tahiti' acid lime (Citrus latifolia Tan.) trees under field conditions. Treatments consisted of drip irrigation based on 100% (T3) and 50% (T2) of crop evapotranspiration measured by a weight lysimeter as well as non-irrigated plants (T1). The experiment was carried out in a completely randomized design with 10 replications. The trunk diameter and plant height were measured monthly, whereas the leaf area, the volume and the top of the tree projection were determined 14 months after setting treatments. Measurements of CO2 assimilation, stomatal conductance and plant water potential were taken to verify the plant physiological status under the applied treatments. Irrigated plants submitted to T3 showed higher leaf area, trunk diameter, plant height and volume of tree projection. Intermediate values of these variables were observed in T2, compared to T3 and T1. The development of non-irrigated plants was probably impaired by low values of stomatal conductance and CO2 assimilation.

Neste estudo foram avaliadas as respostas fotossintéticas à alta irradiância de sete espécies arbóreas tropicais de diferentes grupos sucessionais, através de alterações nas trocas gasosas e fluorescência da clorofila a. Embora as espécies pioneiras tenham apresentado maiores valores de assimilação de CO2 (A) e transpiração (E), não houve padrão de resposta do curso diário das trocas gasosas entre as espécies estudadas na condição de alta irradiância (FSL). Cariniana legalis (Mart.) Kuntze e Astronium graveolens Jacq. apresentaram reduções significativas na quantidade de CO2 assimilado durante o dia (DIA) quando transferidas da condição de média irradiância (ML) para FSL. A pioneira Guazuma ulmifolia Lam. mostrou aumento significativo de DIA quando exposta a FSL. Já as pioneiras Croton spp. tenderam a apresentar reduções em DIA ao redor de 19%, enquanto Cytharexyllum myrianthum Cham. (pioneira) e Rhamnidium elaeocarpum Reiss. (secundária inicial) mostraram ligeiro incremento de DIA. Sob condição de FSL todas as espécies apresentaram fotoinibição dinâmica, exceto C. legalis que mostrou fotoinibição crônica. Considerando os processos fotossintéticos diários, nossos resultados suportam a hipótese de maior flexibilidade de resposta das espécies pioneiras. A análise de componentes principais indicou que os parâmetros fotoquímicos eficiência quântica efetiva do fotossistema II e a taxa aparente de transporte de elétrons foram mais adequados para a distinção dos grupos sucessionais em ML, ao passo que A e E apresentaram papel determinante na condição de FSL.

This study evaluated the photosynthetic responses of seven tropical trees of different successional groups under contrasting irradiance conditions, taking into account changes in gas exchange and chlorophyll a fluorescence. Although early successional species have shown higher values of CO2 assimilation (A) and transpiration (E), there was not a defined pattern of the daily gas exchange responses to high irradiance (FSL) among evaluated species. Cariniana legalis (Mart.) Kuntze (late secondary) and Astronium graveolens Jacq. (early secondary) exhibited larger reductions in daily-integrated CO2 assimilation (DIA) when transferred from medium light (ML) to FSL. On the other hand, the pioneer species Guazuma ulmifolia Lam. had significant DIA increase when exposed to FSL. The pioneers Croton spp. trended to show a DIA decrease around 19%, while Cytharexyllum myrianthum Cham. (pioneer) and Rhamnidium elaeocarpum Reiss. (early secondary) trended to increase DIA when transferred to FSL. Under this condition, all species showed dynamic photoinhibition, except for C. legalis that presented chronic photoinhibition of photosynthesis. Considering daily photosynthetic processes, our results supported the hypothesis of more flexible responses of early successional species (pioneer and early secondary species). The principal component analysis indicated that the photochemical parameters effective quantum efficiency of photosystem II and apparent electron transport rate were more suitable to separate the successional groups under ML condition, whereas A and E play a major role to this task under FSL condition.

Sistemas biológicos são sistemas dinâmicos complexos cujas relações com o ambiente apresentam importantes implicações sobre seus processos de regulação e sobrevivência. A partir destas interações pode emergir uma complexa rede de respostas que raramente são observadas pelas abordagens analíticas clássicas. Desta forma, o objetivo deste estudo foi testar a hipótese de que as respostas fotossintéticas de diferentes espécies arbóreas ao aumento da irradiância estão relacionadas às mudanças na conectância das redes de trocas gasosas e do aparato fotoquímico, assim como mudanças no grau de autonomia entre planta e ambiente. A capacidade de dissipação térmica avaliada por mudanças da temperatura foliar ao longo do dia também foi analisada, indicando que as espécies iniciais da sucessão (Citharexylum myrianthum Cham. e Rhamnidium elaeocarpum Reiss.) foram mais eficientes que a espécie tardia (Cariniana legalis (Mart.) Kuntze) como estruturas dissipativas. Isto sugere que o parâmetro deltaT (T ºCar - T ºCfolha) poderia ser uma ferramenta adicional para auxiliar na identificação das classes sucessionais de espécies tropicais arbóreas. Nossos resultados indicaram a ocorrência de um interessante padrão de resposta das redes e mudanças na autonomia quando as plantas foram submetidas à alta irradiância. Considerando a assimilação diária de CO2, as espécies tolerantes (C. myrianthum e R. elaeocarpum) tenderam a manter a conectância da rede de trocas gasosas estável e aumentar a autonomia em relação ao ambiente. Por outro lado, a espécie susceptível (C. legalis) à alta irradiância tendeu a perder autonomia, diminuindo a conectância da rede das trocas gasosas. Todas as espécies apresentaram menor autonomia e maior conectância da rede do aparato fotoquímico sob alta irradiância.

Biological systems are complex dynamical systems whose relationships with environment have strong implications on their regulation and survival. From the interactions between plant and environment can emerge a quite complex network of plant responses rarely observed through classical analytical approaches. The objective of this current study was to test the hypothesis that photosynthetic responses of different tree species to increasing irradiance are related to changes in network connectances of gas exchange and photochemical apparatus, and alterations in plant autonomy in relation to the environment. The heat dissipative capacity through daily changes in leaf temperature was also evaluated. It indicated that the early successional species (Citharexylum myrianthum Cham. and Rhamnidium elaeocarpum Reiss.) were more efficient as dissipative structures than the late successional one (Cariniana legalis (Mart.) Kuntze), suggesting that the parameter deltaT (T ºCair - T ºCleaf) could be a simple tool in order to help the classification of successional classes of tropical trees. Our results indicated a pattern of network responses and autonomy changes under high irradiance. Considering the maintenance of daily CO2 assimilation, the tolerant species (C. myrianthum and R. elaeocarpum) to high irradiance trended to maintain stable the level of gas exchange network connectance and to increase the autonomy in relation to the environment. On the other hand, the late successional species (C. legalis) trended to lose autonomy, decreasing the network connectance of gas exchange. All species showed lower autonomy and higher network connectance of the photochemical apparatus under high irradiance.

A abertura estomática é um fator essencial na regulação da transpiração e fotossíntese. Essa regulação é especialmente importante na resposta das plantas à seca ou ao aumento na diferença de pressão de vapor entre folha e ar (VPD). Tal regulação é parte de um complexo e dinâmico ambiente, sendo associada a múltiplas vias regulatórias. Neste trabalho, estudamos os efeitos do VPD sobre as trocas gasosas de Citrus sinensis mediante duas abordagens analíticas complementares, visando à compreensão das interações no sistema vegetal como um todo. Em primeiro lugar, utilizamos métodos clássicos de estatística, ex. médias, coeficientes de variação e correlação linear. Em seguida, utilizamos a entropia aproximada (ApEn) para avaliar a irregularidade ou complexidade de séries temporais de trocas gasosas, e conectância de rede para avaliar as mudanças nas relações entre parâmetros específicos de trocas gasosas. As análises dos dados coletados sob condições ambientais constantes em cada tratamento de VPD (1, 2 e 3 kPa) mostraram um conjunto de resultados de interesse fisiológico, como diferenças na conectância da rede de trocas gasosas durante o período de medidas na mesma condição de VPD, sugerindo diferentes padrões de regulação das trocas gasosas. Além disso, mudanças no VPD afetaram a dinâmica dessas trocas, alterando a irregularidade das séries temporais. Este estudo destacou os mecanismos endógenos e auto-organizados que são subjacentes aos processos de trocas gasosas com interessantes repercussões teóricas e possíveis aplicações práticas.

Stomatal aperture is an essential factor both in regulation of transpiration and net photosynthesis. This regulation is especially important in the response of plants to drought or to an increase in leaf-to-air vapor pressure difference (VPD); however, such a regulation is part of a complex dynamical environment, associated with multiple regulatory pathways. Accordingly, we studied the effects of VPD on gas exchange of Citrus sinensis via the evaluation of two complementary analytic approaches, to approach an understanding of the full scope of the system interactions. First, we used classical statistical methodologies, e.g., means, coefficient of variation, and linear correlation. Second, we used measures developed for more model-independent applications, Approximate Entropy (ApEn) to evaluate the irregularity or complexity of gas exchange time-series, and network connectance to evaluate changes in the extent of linkage among specified gas exchange parameters. The analyses of experiments carried out under constant environmental conditions in each VPD treatment (1.0, 2.0 and 3.0 kPa) showed a number of relatively subtle results of physiological consequence, such as differences in network connectance during the period of measurements at the same condition showing different patterns of gas exchange regulation. Additionally, VPD changes affect the dynamics of gas exchange by alterations in the irregularity of the time-series. These experiments highlight the endogenous and self-organized mechanisms that underlie the gas exchange process with further theoretical findings and possible practical applications.

Entropia Aproximada (ApEn), um modelo estatístico independente para quantificar irregularidade em séries temporais, foi utilizada para avaliar alterações na dinâmica temporal do fluxo de seiva em duas espécies arbóreas tropicais submetidas à deficiência hídrica. A deficiência hídrica induziu uma grande redução no fluxo de seiva em G. ulmifolia, enquanto que na espécie C. legalis manteve-se estável. A complexidade das séries temporais foi levemente aumentada sob deficiência hídrica. O estudo mostrou que ApEn pode ser usada como um método para detectar pequenas alterações na dinâmica temporal de dados fisiológicos, e revelar alguns padrões de respostas fisiológicas a estímulos ambientais.

Approximate Entropy (ApEn), a model-independent statistics to quantify serial irregularities, was used to evaluate changes in sap flow temporal dynamics of two tropical species of trees subjected to water deficit. Water deficit induced a decrease in sap flow of G. ulmifolia, whereas C. legalis held stable their sap flow levels. Slight increases in time series complexity were observed in both species under drought condition. This study showed that ApEn could be used as a helpful tool to assess slight changes in temporal dynamics of physiological data, and to uncover some patterns of plant physiological responses to environmental stimuli.