Influence of simulated herbivory and rising [CO2] on growth and leaf physiology in Hymenaea stigonocarpa Mart. Ex Hayne (Fabaceae - Caesalpinioideae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A compreensão dos efeitos da elevada concentração de CO2 ([CO2]) sobre os vegetais tem grande relevância em ecossistemas severamente ameaçados, como o Cerrado. O aumento da [CO2] pode influenciar nos processos fisiológicos e de crescimento das plantas, e sua interação com fatores ambientais, como a herbivoria, pode modificar as respostas das espécies vegetais. O presente trabalho objetivou avaliar as respostas fotoquímicas do fotossistema II (PSII) e de crescimento em Hymenaea stigonocarpa Mart. Ex Hayne crescendo em atmosfera enriquecida com CO2 e expostas a eventos de herbivoria simulada. As plantas foram dispostas em quatro câmaras de topo aberto submetidas a duas [CO2] (390 ppm e 1000 ppm). Após 313 dias mantidas nessas condições, iniciou-se o tratamento que simula a ação de herbívoros. Em cada planta foi removido o equivalente a 50% da área das folhas de 50% das folhas da parte inferior ou superior do caule num prazo de quatro dias (12,5%/dia). Para avaliar as respostas fisiológicas foram determinadas a fluorescência da clorofila a e o índice de clorofila. Essas medições foram realizadas antes e após o início do experimento em folhas localizadas na parte mediana do caule, tanto nas plantas que tiveram partes do limbo removidas, quanto nas plantas que não passaram por remoção de tecido foliar. Após a simulação de herbivoria foram avaliados o crescimento, a produção de nectários extraflorais, a nutrição mineral das folhas e a produção de biomassa. Plantas de H. stigonocarpa crescendo sob elevada [CO2] após a remoção de tecido foliar na parte superior do caule apresentaram maiores valores da taxa de transporte de elétrons (TTE), eficiência fotoquímica efetiva do fotossistema II (Φ FSII) , clorofila a (Chla) e clorofila b (Chlb). As folhas jovens nas plantas de H. stigonocarpa foram capazes de compensar a eliminação de parte de suas lâminas foliares aumentando seu rendimento fotossintético. Por outro lado, a perda de tecido foliar na parte inferior do caule nas plantas crescendo sob elevada [CO2] resultou em indivíduos com maiores alturas, comprimento de ramos, comprimento de raiz, número de folhas, área foliar, número de nós e velocidade de expansão foliar. Quando submetida à herbivoria simulada com remoção de tecido na parte inferior do caule, H. stigonocarpa responde alocando mais biomassa para partes diretamente relacionadas com a captura de recursos essenciais, como água e luz. Desta forma, o aumento da [CO2] irá amenizar os efeitos negativos da herbivoria foliar em plantas de H. stigonocarpa, devido aos ajustamentos que melhoram seu desempenho mediante a perda de tecido foliar tanto na parte inferior quanto superior do caule. Understanding the effects of high CO2 concentration ([CO2]) on plant species has great relevance in severely threa tered ecosystems, such as the Cerrado. The increase of [CO2] may influence physiological and growth processes, and their interaction with environmental factors, such as herbivory, may modify the responses of plant species. The present work aimed to evaluate the photochemical of photosystem II (PSII) and growth responses of Hymenaea stigonocarpa Mart. Ex Hayne growing in an atmosphere enriched with CO2 and exposed to events of simulated herbivory. The plants were arranged in four open top chambers subjected to two [CO2] (390 ppm and 1000 ppm). After 313 days under these conditions, treatment that simulates the action of herbivores was started. In each plant the equivalent of 50% of the leaf area of 50% of leaves in the lower or upper part of stem was removed along four days (12.5% / day). To evaluate the physiological responses, chlorophyll a fluorescence and chlorophyll index were determined. These measurements were performed before and after the beginning of the experiment on leaves located in the middle part of the stem, both of the plants that had parts of the leaf tissue removed, and in the plants that did not undergo removal of leaf tissue. After the simulation of herbivory, the growth, the production of extrafloral nectars, the mineral nutrition of the leaves and the biomass production were evaluated. Plants of H. stigonocarpa growing under high [CO2] after the removal of leaf tissue in the upper part of the stem presented higher values of electron transport rate (TTE), effective photochemical efficiency of photosystem II (ΦFSII), chlorophyll a (Chla) and chlorophyll b (Chlb). Young leaves of H. stigonocarpa plants were able to compensate the simulated herbivory, increasing their photosynthetic yield. On the other hand, loss of leaf tissue in the lower part of the stem in plants growing under high [CO2] resulted in higher heights, length of branches, root length, number of leaves, leaf area, number of nodes and leaf expansion velocity. When submitted to simulated herbivory with tissue removal in the lower part of the stem, H. stigonocarpa responds allocating more biomass to parts directly related to the capture of essential resources, such as water and light. Thus, the increase of [CO2] will attenuate the negative effects of foliar herbivory on H. stigonocarpa plants, due to the adjustments that improve its performance through the loss of leaf tissue in both lower and upper parts of the stem.