Carbon assimilation in forage plants

Vicente José Laamon Pinto Simões, Maurício Luiz de Mello Vieira Leite, José Lypson Pinto Simões Izidro, George do Nascimento Araújo Júnior, Vicente Imbroisi Teixeira

Abstract


The uncontrolled increase in the emission of greenhouse gases, especially carbon dioxide (CO2), will directly affect plants, due to the influence of carbon dioxide on photosynthetic processes. However, the environmental consequences are not only limited to this increase of gases in the atmosphere. Consideration should be given to the simultaneous increase in air temperature and a reduction in the quality and quantity of water resources. The impact of climate change on agriculture refers mainly to the fall in productivity and the reduction of areas suitable for the management of crops. Faced with this problem, there is a growing number of studies reporting that the effects of CO2 enrichment on the productivity of agricultural systems will depend on the photosynthetic pathway of the species. Thus, the main interest of this study is to assist in the understanding of CO2 fixation mechanisms and the response process of forage plants, the environmental factors that affect carbon assimilation, considering the worrying scenario of climate change and the direct influence of these on the pasture management strategies and food supply planning during the year.


Keywords


photosynthetic metabolism, carbon dioxide, climate change

References


ABRAHAM, E.M. et al. Growth, dry matter production, phenotypic plasticity, and nutritive value of three natural populations of Dactylis glomerata L. under various shading treatments. Agroforestry Systems, v.88, p. 287 299, 2014.

AGUIAR, R. W. S. et al. Efeito do dióxido do carbono, temperatura e armazenamento sobre sementes de soja e micoflora associada. Revista Ciência Agronômica, v. 43, n. 3, p. 554-560.

AKIN D. E. Section to slide technique for study of forage anatomy and digestion. Crop Science. 1982 ; 22:444-6.

BARRETO, G. P. et al. Avaliação de Clones de Capim-Elefante (pennisetum purpureum Schum.) e de um Híbrido com o Milheto (Pennisetum glaucum (L.) R. Br.) Submetidos a Estresse Hídrico. Revista Brasileira Zootecnia, v.30, n. 1, p7-11, 2001.

BRAGA, G.J. et al. Fotossíntese e taxa diária de produção de forragem em pastagens de capim-tanzânia sob lotação intermitente. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.44, p.84-91, 2009.

BRITO, C.J.F.A; RODELLA, R.A, DESCHAMPS, F.C. Anatomia quantitativa da folha e do colmo de Brachiaria Brizantha (Hochst. Ex A. Rich.) Stapf e B. humidícula (Rendle) Schweick. Revista Brasileira de Zootecnia. 2004;33:519-28.

BOTREL, A.M et al. Potencial forrageiro de gramíneas em condições de baixas temperaturas e altitude elevada. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 37, n. 3, p. 393-398, 2002.

CASTRO, P. R. C.; KLUGE, R. A.; PERES, L. E. P. Manual de fisiologia vegetal: teoria e prática. Piracicaba: Agronômica Ceres, 2005. 650 p.

CAVALCANTE, A. C. R.; CAVALLINI, M. C.; LIMA, N.R.C.B. Estresse por déficit hídrico em plantas forrageiras. Documentos/Embrapa Caprinos, Sobral-CE, 2009. 50p.

COSTA, K. A. P. et al. Produção de massa seca e nutrição nitrogenada de cultivares de Brachiaria brizantha (A. Rich) Stapf sob doses de nitrogênio. Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 33, n. 6, p. 1578-1585, 2009.

EPSTEIN, E.; BLOOM, A. J. Mineral nutrition of plants: principles and perspectives. Sunderland: Sinauer Associates, 2004. 400 p.

ELEJALDE, D.A.G. Interface planta-animal em função da intensidade de aplicação de insumos em pastagem natural. UFRGS, Faculdade de Agronomia, DPFA, Porto Alegre/RS. Tese Doutorado. 145p, 2011.

EHLERINGER, J. R., AND O. BJÖRKMAN. Quantum yields for CO2 uptake in C3 and C4 plants: Dependence on temperature, CO2 and O2 concentration. Plant Physiology, 1977, p. 5986-90.

FAGUNDES, J. L. et al. A. Acúmulo de forragem em pastos de Brachiaria decumbens adubados com nitrogênio. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v. 40, n. 4, p. 397-403, 2005.

FUHRER, J. Agroecosystem responses to combinations of elevated CO2, ozone, and global climate change. Agriculture, Ecosystems & Environment, v. 97, p.1-20, 2003.

FOYER, C. H. et al. Photorespiratory Metabolism: Genes, Mutants, Energetics, and Redox Signaling. Annual Review of Plant Biology. v. 60, p. 455-484.

GOWIK, U.; WESTHOFF, P. The path from C3 to C4 photosynthesis. Plant Physiology, Minneapolis, v. 155, n. 1, p. 56–63, Jan. 2011.

GONÇALVES, J. G. R. Identificação de linhagens de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) tolerantes à seca. 2013. 82f. Tese (Doutorado em Agricultura Tropical e Subtropical) – Instituto Agronômico de Campinas, Campinas, 2013.

HEINEMANN, A. B. et al. Eficiência de uso da radiação solar na produtividade do trigo decorrente da adubação nitrogenada. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 10, n.2, p. 353, 2006.

HERRERA, A. Crassulacean acid metabolism and fitness under water deficit stress: if not for carbon gain, what is facultative CAM good for? Annals of Botany,103:645-653, 2009.

HONG-BO, S. et al. Water-deficit stress-induced anatomical changes in higher plants. Comptes Rendus Biologies, Paris, v.331, n.3, p.215-225, jan. 2008.

IPCC. Intergovernmental Panel on Climate Change, 2014. Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Working Group II contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.

LARCHER, W. Ecofisiologia vegetal. Prado. São Carlos: Rima, 2000. 532 p.

LUNZ, A.M.P. Crescimento e produtividade do cafeeiro sombreado e a pleno sol. Tese (Doutorado Fitotecnia) – Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2006. 94 p.

LIMA-JUNIOR, E.C. et al. Trocas gasosas, características das folhas e crescimento de plantas jovens de Cupania vernalis Camb. submetidas a diferentes níveis de sombreamento. Ciência Rural, vol. 35, n°5, Santa Maria, 2005. p. 1092 – 1097.

LIMA, M. A; ALVES, B. J. Vulnerabilidades, impactos e adaptação à mudança do clima no setor agropecuário e solos agrícolas. Parcerias estratégicas, v. 13, n. 27, p. 73-112, 2008.

MACHADO, M. S. et al. Métodos de controle de plantas daninhas e desrama precoce no crescimento do eucalipto em sistema silvipastoril. Planta daninha. vol.32 no.1 Viçosa Jan./Mar. 2014.

MARTINOTTO, C.; OLIVEIRA, L. M.; PAIVA, R. O balanço de carbono nas plantas. In: PAIVA, R.; OLIVEIRA, L. M. (Ed.). Fisiologia e produção vegetal. Lavras: Universidade Federal de Lavras, 2006. p. 50-70.

MARSHALL, D. M. et al. Cleome, a genus closely related to Arabidopsis, contains species spanning a developmental progression from C3 to C4 photosynthesis. Plant Journal, Oxford, v. 51, n. 5, p. 886–896, Sept. 2007.

MINSON D. J, WILSON J. R. Comparative digestibility of tropical and temperate forage a contrast between grasses and legumes. The Journal of the Australian Institute of Agricultural Science. 1980;46:247-9.

MENDONÇA, F; DANNI-OLIVEIRA, I. M. Climatologia: noções básicas e climas do Brasil. São Paulo: Oficina de Texto, 2007.

MOHOTTI, A.J.; LAWLOR, D.W. Diurnal variation of photosynthesis and photoinhibition in tea: effects of irradiance and nitrogen supply during growth in the field. Journal of Experimental Botany, 53, 2012. p. 313-322.

NOVA, N. A. V et al. Método alternativo para cálculo da temperatura base de gramíneas forrageiras. Ciência Rural, v. 37, n. 2, p. 545-549, 2007.

OFFERMANN, S.; OKITA, T. W.; EDWARDS, G. E. How do single cell C4 species form dimorphic chloroplasts, Plant Signaling & Behavior, v. 6, n. 5, p. 762-765, May 2011.

OLIVEIRA, A. V. et al. Avaliação do desenvolvimento de 73 genótipos de capim-elefante em Campos de Goytacazes – RJ. Boletim de Indústria Animal, N. Odessa,v.70, n.2, p.119-131,2013.

PIMENTEL, C., BERNACCHI, C., LONG, S., 2007. Limitations to photosynthesis at different temperatures in leaves of Citrus lemon. Brazilian Journal of Plant Physiology 19, 141-147.

PIMENTEL, C. Metabolismo de carbono na agricultura tropical. Rio de Janeiro: Edur, 1998. 159p.

PEREIRA, J. W. L. et al. Mudanças bioquímicas em genótipos de amendoim submetidos a déficit hídrico moderado. Revista Ciência Agronômica, Fortaleza, v.43, n.4, p.766-773, out./dez, 2012.

QUEIROZ, D. S; GOMIDE, J. A; MARIA J. Avaliação da folha e do colmo de topo e base de perfilhos de três gramíneas forrageiras. 2. Anatomia. Revista Brasileira de Zootecnia. 2000;29:61-8.

RAINES, C. A. Increasing photosynthetic carbon assimilation in C3 plants to improve crop yield: current and future strategies. Plant Physiology, Minneapolis, v. 155, n. 1, p. 36-42, Jan. 2011.

REZENDE, F.M. et al. Is guava phenolic metabolism influenced by elevated atmospheric CO2. Environmental Pollution 196, 483-488, 2015.

ROUX, X. L.; MORDELET, P. Leaf and canopy CO2 assimilation in a West African humid savanna during the early growing season. Journal of Tropical Ecology, v.11, p.529-545, 1995.

RUGGIERI, A.C. et al. Balanço de carbono em sistemas de produção animal no Brasil. In: VII SIMFOR - VII SIMPÓSIO SOBRE MANEJO ESTRATÉGICO DA PASTAGEM, 2014, Viçosa. VII SIMFOR - VII SIMPÓSIO SOBRE MANEJO ESTRATÉGICO DA PASTAGEM. Viçosa, MG: Universidade Federal e Viçosa, 2014.

SANTOS, M. P et al. Importância da calagem, adubações tradicionais e alternativas na produção de plantas forrageiras: Revisão. PUBVET, v.10, n.1, p. 1-12, Jan., 2016.

SANTOS, P. M. et al. Response mechanisms of Brachiaria brizantha cultivars to water déficit stress. Revista Brasileira de Zootecnia, v.42, n.11, p.767-773, 2013.

SANTOS, M. E. R. et al. Capim-braquiária diferido e adubado com nitrogênio: produção e características da forragem. Revista Brasileira de Zootecnia, Viçosa, v. 38, n. 4, p. 650-656, 2009.

STITT, M.; LUNN, J.; USADEL, B. Arabidopsis and primary photosynthetic metabolism – more than the icing on the cake. Plant Journal, Oxford, v. 61, n. 6, p. 1067–1091, Mar. 2010.

SIQUEIRA, O. J. W.; SALLES, L. A. B.; FERNANDES, J. M. Efeitos potenciais das mudanças climáticas na agricultura brasileira e estratégias adaptativas para algumas culturas. In: LIMA, M. A.; CABRAL, O. V. R.; MIGUEZ, J. D. G. (Ed.). Mudanças climáticas globais e a agricultura brasileira. Jaguariuna: Embrapa Meio Ambiente, 2001. p. 33-63.

SOARES, A. B. et al. Influência da luminosidade no comportamento de onze espécies forrageiras perenes de verão. Revista Brasileira de Zootecnia, Viçosa, 2009.

SOUZA, M. A. O aquecimento global e sua repercussão na mídia: algumas contribuições para um debate. Geografia em Atos (Online), 2(12). 2013.

TAIZ, L.; ZEIGER, E. Fisiologia vegetal. Porto Alegre: Artmed, 2009. 819 p.

WILSON, J. R; BROWN, R. H, WINDHAM, W. R. Influence of leaf anatomy on the dry matter digestibility of C3, C4 and C3 / C4 intermediate types of Panicum species. Crop Science. 1983;23:141-6.

WAHID, A. et al. Heat tolerance in plants: An overview. Environmental and Experimental Botany, v. 61, p. 199-223, 2007.

VAN SOEST, P. J. Nutritional ecology of the ruminant. Ithaca: Comstock Publishing Associates; 1994.

VALENTE, T. N. P. et al. Anatomia de plantas forrageiras e disponibilidade de nutrientes para ruminantes: Revisão. Veterinária e Zootecnia, Botucatu, v. 18, n. 3, p. 347-358, 2011.

KERBAUY, G. B. Fisiologia vegetal. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. cap. 5.

ZELITCH, I. The close relationship between net photosynthesis and crop yield. BioScience, v.32, p.796-802, 1982.




DOI: https://doi.org/10.5935/PAeT.%20V12.N1.14