A systemic approach to the quantification of the phenotypic plasticity of plant physiological traits: the multivariate plasticity index.

The phenotype of an individual emerges from the interaction of its genotype with the environment in which it is located. Phenotypic plasticity (PP) is the ability of a specific genotype to present multiple phenotypes in response to the environment. Past and current methods for quantification of PP present limitations, mainly in what constitutes a systemic analysis of multiple traits. This research proposes an integrative index for quantifying and evaluating PP. The multivariate plasticity index (MVPi) was calculated based on the Euclidian distance between scores of a canonical variate analysis. It was evaluated for leaf physiological traits in two cases using Brazilian Cerrado species and sugarcane varieties, grown under diverse environmental conditions. The MVPi was sensitive to plant behaviour from simple to complex genotype-environment interactions and was able to inform coarse and fine changes in PP. It was correlated to biomass allocation, showing agreement between plant organizational levels. The new method proved to be elucidative of plant metabolic changes, mainly by explaining PP as an integrated process and emergent property. We recommend the MVPi method as a tool for analysis of phenotypic plasticity in the context of a systemic evaluation of plant phenotypic traits.

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.

Ecophysiological, anatomical and ultrastructural characteristics of Vitex polygama Cham. (Verbenaceae) submitted to different concentrations of fluoride / Características ecofisiológicas, anatômicas e ultraestruturais de Vitex polygama Cham. (Verbenaceae) submetida a diferentes concentrações de flúor

Fluorides released during the manufacture of aluminum, fertilizers, glass and ceramics are considered to be highly toxic to plants, causing damages in relatively small concentrations. This study aimed to evaluate fluoride (F) accumulation and its effects on Vitex polygama Cham. (Verbenaceae) exposed to simulated rain containing potassium fluoride in concentrations of 5, 10, 15 and 20 mg L-1. Vitex polygama presented no visual symptoms of foliar injury and accumulated a relatively small amount of F-, significant only for the treatments with higher concentrations of the pollutant. F- promoted an increase in non-photochemical quenching (qN) and in the coefficient due to non -photochemical extinction (NPQ), which indicates higher dissipation of radiant energy in the heat form. Damages in the chloroplast structure, in cellular membranes and in epicuticular waxes, besides cytoplasm granulation and irregularities in the epidermal cell walls were also detected in plants exposed to the pollutant. The results show a considerable resistance of Vitex polygama to F and reinforce the prognostic value of physiological, anatomical and ultrastructural analysis in the detection of damages caused by the pollutant in the leaf structure of this species.

Fluoretos, liberados durante a manufatura de alumínio, fertilizantes, vidro e cerâmica, são considerados altamente tóxicos para as plantas, causando danos em concentrações relativamente pequenas. Este estudo teve como finalidade avaliar o acúmulo de flúor (F) e seus efeitos sobre Vitex polygama Cham. (Verbenaceae) em plantas expostas a chuva simulada contendo fluoreto de potássio em concentrações de 5, 10, 15 e 20 mg L-1. Vitex polygama não apresentou sintomas visíveis de injúria foliar e acumulou uma quantidade relativamente pequena de F-, significativa apenas para os tratamentos com maiores concentrações do poluente. O F- promoveu aumentos no coeficiente devido à extinção não fotoquímica (qN) e no coeficiente devido à extinção não fotoquímica (NPQ), que indicam maior dissipação de energia radiante na forma de calor. Danos na estrutura dos cloroplastos, em membranas celulares e nas ceras epicuticulares, além de granulação do citoplasma e irregularidades na parede celular de células epidérmicas, foram também detectados em plantas expostas ao poluente. Os resultados demonstram uma considerável resistência de Vitex polygama ao F e reforçam o valor prognóstico de análises fisiológicas, anatômicas e ultraestruturais na detecção de danos causados pelo poluente na estrutura foliar dessa espécie.

Telas agrícolas como subcobertura no cultivo de alface hidropônica / Agricultural nets as undercover in hydroponic cultivation of lettuce

Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito de diferentes tipos de telas de sombreamento utilizadas como subcobertura no cultivo hidropônico de alface. Para isso, foi conduzido um experimento em estufas cobertas com filme plástico de 150µm com três tipos de subcobertura: tela termorrefletora, preta, vermelha e um ambiente controle sem o uso de tela. Para avaliar a modificação ambiental ocasionada pelos tratamentos, foram instalados em cada estufa e no ambiente externo um termohigrômetro data logger, que registrou a temperatura a cada 15 minutos do dia 18/05/2011 ao dia 14/06/2011. Posteriormente, foram calculados os graus-dia acumulados em cada ambiente. Para analisar as variações de crescimento das plantas nas diferentes condições de cultivo, foram realizadas cinco coletas ao longo do período experimental. Após a coleta das plantas, elas eram levadas ao laboratório para contagem do número de folhas maiores que 10cm de comprimento e para a determinação do índice de área foliar. Os resultados indicaram que o uso das telas alterou os padrões da temperatura, quando o uso das telas termorrefletora e preta reduziu a temperatura máxima em 4,7 e 3,6ºC, respectivamente, em relação ao ambiente controle, permitindo um menor acúmulo térmico no período experimental. Quanto às alterações morfológicas ocasionadas pelas modificações ambientais, foi possível constatar que o uso das telas termorrefletora e preta aumentou o número de folhas maiores que 10cm e o índice de área foliar. O uso de tela preta ou termorrefletora como subcobertura em estufas pode ser uma alternativa viável para incrementar a produção de alface em condições tropicais.

This study aimed to evaluate the effect of different types of shading nets used as undercover of plastic in greenhouses of hydroponic cultivation of lettuce. The experiment was performed in greenhouses covered with plastic film of 150µm with three types of undercover nets: thermal reflector net, black, red and acontroltreatment - without the use of the undercover.To evaluate the environmental changes caused by treatments thermohygrometer data logger swere installed in each greenhouse as well asone in the external environment. The devices recorded the air temperature every 15 minutes from May 18th2011to June 14th2011. By using these data, it was possible to estimate the values of the growing degree-daysineach environment. To analyze the changes in plant growth and development caused by the treatments, five samples were taken along the experimental period. Inthe laboratorywe counted the number of leaves greater than 10cmof lengthand measured the leaf area index. The results indicated that the use of the nets changed the overall patterns of temperature and relative humidity. The use of thermal reflector net and black net reduced the maximum temperature at 4.7 and 3.6°C, respectively, compared to the controlalso allowing for lower growing degree-days at the end of the experimental period.As for the morphological changes caused by treatments, we observed that the use of thermal reflector netand black net increased the number of leaves greater than 10cm andalso the leaf area index.The use of black net or thermal reflector net as undercover in greenhouses can be a feasible alternative to increase the production of lettuce in tropical conditions.

Alterações morfofisiológicas em folhas de Coffea arabica L. cv. "Oeiras" sob influência do sombreamento por Acacia mangium Willd / Morphophysiological alterations in leaves of Coffea arabica L. cv. 'Oeiras' shaded by Acacia mangium Willd

Diferenças na disponibilidade de radiação podem causar modificações na estrutura e função das folhas do cafeeiro, que podem responder de maneira diferencial à radiação por alterações morfológicas, anatômicas, de crescimento e na taxa fotossintética. O objetivo deste trabalho foi avaliar características morfofisiológicas de cafeeiros (Coffea arabica L. cv. "Oeiras") sombreados por acácia (Acacia mangium Willd.) na época seca e chuvosa no sul de Minas Gerais. As maiores taxas fotossintéticas e maiores espessuras da epiderme adaxial foram observadas na estação chuvosa nas linhas de cafeeiros a pleno sol. O sombreamento influenciou em menor espessura das folhas e em espaços intercelulares maiores no tecido esponjoso. Foi também verificada mudança na forma dos cloroplastos, os quais apresentaram-se mais alongados em folhas de cafeeiros a pleno sol quando relacionados aos arborizados.

Light availability is one of the most important environmental factors affecting leaf structure and functions in coffee plants that can respond differently to radiation by changes in leaf anatomy, morphology, growth and photosynthetic rate. The objective of this research was evaluate some morphophysiological aspects in leaves of coffee (Coffea arabica L. cv. 'Oeiras') cropped under shelter trees in the south of Minas Gerais during the rainy and dry season. The shade caused lower leaves thickness and higher intercellular spaces in spongious tissue. There was also verified a change in chloroplast shape, which showed more elongated in coffee tree kept at full sunlight in relation to that ones maintained on shading.