Ограничения фотосинтеза в листьях какао в различных агролесоводческих системах колумбийской Амазонии
Photosynthesis limitations in cacao leaves under different agroforestry systems in the Colombian Amazon
Juan Carlos Suárez, Luz Marina Melgarejo, Fernando Casanoves, Julio A. Di Rienzo, Fábio M. DaMatta, Cristina Armas
cacao agroforestry systems
Аннотация (перевод)
Какао (Theobroma cacao L.) традиционно считается культурой, требующей затенения, и, следовательно, выращивается в агролесоводческих системах (AFs) с целью регулирования уровня падающей солнечной радиации. Однако оптимальные уровни затенения для этой древесной культуры могут варьироваться в зависимости от климатических условий места ее произрастания. В данном исследовании мы проанализировали физиологические показатели какао в трех различных AFs в колумбийской Амазонии, различавшихся по характеру солнечной радиации: с высоким (HPAR), средним (MPAR) или низким (LPAR) среднесуточным уровнем падающей радиации. Физиологическое состояние характеризовалось с использованием таких фотосинтетических показателей листьев, как кривые светового и CO2-отклика, параметры флуоресценции хлорофилла a, общее содержание хлорофилла и каротиноидов в сочетании с другими функциональными признаками листьев. Деревья какао, подвергавшиеся воздействию HPAR, продемонстрировали улучшенные физиологические показатели по сравнению с деревьями из двух других AFs. По сравнению с MPAR и LPAR, у деревьев какао при HPAR вдвое увеличилась скорость чистой ассимиляции углерода и были достигнуты более высокие максимальные скорости карбоксилирования RuBisCO и регенерации RuBP. Кроме того, у деревьев какао при HPAR проявились механизмы фотозащиты, предотвращавшие фотоингибирование, что сопровождалось более высоким коэффициентом нефотохимического тушения и биохимическими и морфологическими адаптациями (низкое содержание хлорофилла, но более высокое содержание каротиноидов и низкая удельная площадь листьев) по сравнению с деревьями какао из других AFs. В целом наши результаты показывают, что из-за высокой облачности в колумбийской Амазонии плантации какао в условиях умеренного затенения максимизировали использование углерода, демонстрируя улучшенные физиологические показатели в результате более высоких скоростей фотосинтеза и механизмов рассеивания энергии. Если бы культура возделывалась при умеренном затенении, парадигма, поддерживающая выращивание какао в тени, была бы поставлена под сомнение в колумбийской Амазонии и других регионах с аналогичными климатическими условиями.
Оригинальная аннотация
Cacao (Theobroma cacao L.) has traditionally been considered a crop that requires shade, and consequently it is implemented under agroforestry systems (AFs) in order to regulate the level of incident solar radiation. However, optimal shade levels for this tree crop may vary depending on the climate conditions of where it is grown. Here we analyzed the physiological performance of cacao under three different AFs in the Colombian Amazon that differed in solar radiation patterns: high (HPAR), medium (MPAR), or low (LPAR) mean daily incident radiation. The physiological performance was characterized using photosynthetic variables in leaves such as light- and CO2-response curves, chlorophyll a fluorescence parameters, and total chlorophyll and carotenoid contents, in conjunction with other leaf functional traits. Cacao trees exposed to HPAR showed an improved physiological performance as compared to those from the other two AFs. Compared to MPAR and LPAR, cacao trees in HPAR doubled the rate of net carbon assimilation and reached higher maximum rates of RuBisCO carboxylation and RuBP regeneration. Moreover, cacao trees in HPAR presented photoprotection mechanisms that avoided photoinhibition, which was accompanied by a greater non-photochemical quenching coefficient and biochemical and morphological adjustments (low chlorophyll but higher carotenoid contents and low specific leaf area) compared to cacao trees from the other AFs. Overall, our results show that, due to the high cloud cover in the Colombian Amazon, cacao plantations under conditions of sparse shade maximized their carbon use, showing an improved physiological performance as a result of higher photosynthetic rates and energy dissipation mechanisms. If the crop were managed with sparse shade, the paradigm that favors the cultivation of cacao under shade would be called into question in the Colombian Amazon and other regions with similar climatic conditions.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/41afeb05-62f7-4342-9538-2b07cee50380
DOI: 10.1371/journal.pone.0206149
OpenAlex: W2899294156