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Photosynthetic response to low and high light of cacao growing without shade in an area of low evaporative demand
Respuestas fotosintéticas de cacao cultivado sin sombra a alta y baja radiación en áreas de baja demanda evaporativa
Palabras clave:
cacao yield, chlorophyll fluorescence, CO2 assimilation rate, gas exchange. (en)Fluorescencia clorofila, intercambio gases, producción de cacao, tasa de asimilación de CO2. (es)
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Cacao (Theobroma cacao L.) breeding programmes in Ecuador have focused on obtaining high-yield clones with improved disease resistance. Cacao clones should also have photosynthetic characteristics which support increased productivity. Regarding the weather conditions at the coast of Ecuador, where most of the year there are overcasts and low air evaporative demand, there is the possibility to grow cacao without overhead shade. This study focused on the photosynthetic response at two different photosynthetic photon flux densities (PPFD) of Ecuadorian cacao clones. Seven-year old cacao clones were evaluated: eight clones of Nacional type and two commercial clones (CCN 51 and EET 103), used as controls. All clones showed an increase of 35 % on average in net photosynthetic rate (A)with increasing PPFD from the light saturation point for cacao (i.e. 400 µmol m-2 s-1) to high values (1000 µmol m-2 s-1). Such light responsiveness in A has not been reported before. Higher A was associated with higher apparent electron transport rate, while high stomatal conductance was maintained under both PPFD conditions. Under high PPFD, low non-photochemical quenching values were found, suggesting low energy dissipation. All clones showed high maximum quantum yields of PSII (Fv/Fm), suggesting the absence of damage of the photochemical system.
Los programas de mejoramiento de cacao (Theobroma cacao L.) en Ecuador se han centrado en la obtención de clones de alto rendimiento con mayor resistencia a las enfermedades. Estos clones también deben tener características fotosintéticas que apoyen una mayor productividad. En las condiciones climáticas en la costa de Ecuador, donde la mayor parte del año hay alta densidad de nubes y baja demanda evaporativa, existe la posibilidad de cultivar cacao sin sombra. Este estudio se centró en la respuesta fotosintética de clones de cacao del Ecuador en dos diferentes densidades de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD). Se evaluaron diez clones de cacao de siete años de edad: ocho clones de tipo Nacional recientemente desarrollados por el Instituto Nacional de investigaciones Agropecuarias, y dos clones comerciales utilizados como controles (CCN 51 y EET 103). Todos los clones de cacao mostraron un aumento del 35 % en promedio en la tasa fotosintética neta (A) con el incremento del PPFD desde el punto de saturación de luz para el cacao (400 μmol m -2 s -1) hasta valores altos (1000 μmol m -2 s- 1). Dicha respuesta de A a estas condiciones de luz alta no se ha reportado en cacao. La tasa fotosintética neta se asoció con una mayor velocidad aparente de transporte de electrones (J), mientras que la alta conductancia estomática (gs) se mantuvo en ambas condiciones de PPFD. En condiciones de alto PPFD, se encontraron bajos valores del coeficiente de extinción no fotoquímico (NPQ), lo que sugiere una baja disipación de energía, además de presentarse altos rendimientos cuánticos máximos de PSII (Fv / Fm), indicando la ausencia de daño del sistema fotoquímico.
Referencias
Acheampong K, Hadley P, Daymond AJ. Photosynthetic activity and early growth of four cacao genotypes as influenced by different shade regimes under West African dry and wet season conditions. Exp Agr. 2013; 49 (1):31–42.
Almeida AAF, Gomes F, Araujo R, Santos RC, Valle R. Leaf gas exchange in species of the Theobroma genus. Photosynthetica 2014; 52 (1):16–21.
Almeida AAF, Valle RR. Ecophysiology of the cacao tree. Braz J Plant Physiol. 2007; 19 (4):425–448.
Amores FM, Vasco SA, Eskes AB, Suares C, Quiroz J, Loor R, Jimenez JC, Zambrano J, Bolaños M, Rynel V, Teran M, Quijano G. On-farm and on-station selection of new cacao varieties in Ecuador. –In: Eskes A.B. ed.: Collaborative and participatory approaches to cacao variety improvement. Pp. 59–72. Final report of the CFC/ICCO/Biodiversity International project on cacao productivity and quality improvement: A participatory approach 2004–2010. Pp. 220. Common Fund for Commodities CFC Amsterdam The Netherlands; Intl. Cacao Organization ICCO London UK; Biodiversity Intl. Rome Italy 2011
Araque O, Jaimez R, Tezara W, Coronel I, Urich R, Espinosa W. Comparative photosynthesis water relations growth and survival rates in juvenile Criollo cacao cultivars Theobroma cacao during dry and wet seasons. Exp Agr. 2012; 48 (4):513–522.
Ávila-Lovera E, Coronel I, Jaimez R, Urich R, Pereyra P, Araque O, Chacón I, Tezara W. Ecophysiological traits of adult trees of Criollo cacao cultivars Theobroma cacao L. from a germplasm bank. Exp Agr. 2016; 52 (1):137–15.
Baligar VC, Bunce JA., Machado RCR, Elson MK. Photosynthetic photon flux density carbon dioxide concentration and vapor pressure deficit effects on photosynthesis in cacao seedlings. Photosynthetica 2008; 46 (2):216–221.
Boza E, Motamayor J, Amores F, Cedeño A, Tondo C. Livingstone D, Schnell J. Genetics characterization of the cacao cultivar CCN 51: Its impact and significance on global cacao improvement and production. J. Am Soc Hortic Sci. 2014;139 (2):219–224.
Da Matta F, Loos R, Rodrigues R, Barros R. Actual and potential photosynthetic rates of tropical crop species, Rev Bras Fisiol.Veg. 2001; (1):13:24–32,
Daymond A J, Tricker P, Hadley P. 2011, Genotypic variation in photosynthesis in cacao is correlated with stomatal conductance and leaf nitrogen. Biol Plantarum 2011 (1); 55 (1):99–104,
Daymond A,J, Hadley P, Machado R, Ng E. 2002, Genetic variability in partitioning to the yield component of cacao Theobroma cacao L. HortScience 2011; 37 (2005):799–801,
Dias LAS, Kageyama PY. Repeatability and minimum harvest period of cacao Theobroma cacao L, in Southern Bahia. Euphytica 1998; 102(1):29–30,
Di Rienzo J,A, Casanoves F, Balzarini MG.InfoStat versión, Grupo InfoStat FCA Universidad Nacional de Córdoba Argentina, URL "http://www,infostat,com,ar" http://www,infostat,com,ar 2014,
Genty B, Briantais JM, Baker NR. The relationships between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence. Biochim Biophys Acta 1989; 990 (1): 87–92,
ICCO. 2016 Quarterly Bulletin of Cocoa Statistics Available "http://www,iico,org" http://www,iico,org 2016,
INIAP Informe Técnico anual Programa de cacao 2008-2011 Estación Experimental Pichilingue, Quevedo Los Ríos Ecuador; 2012p. 21
Jaimez R, Araque O, Guzmán D, Mora A, Espinoza W, Tezara W. Agroforestry systems of timber species and cacao: survival and growth during the early stages, J Agr Rural Dev Trop 2013; 114 (1):1–11
Joly R, Hahn D. Net assimilation of cacao seedlings during periods of plant water deficit, Photosynth Res. 1989; 21 (3):151–159,
Koko LK, Snoeck D, Thierry DT, Assiri A. Cacao-fruit tree intercropping effects on cacao yield plant vigour and light interception in Coˆte d’Ivoire. Agroforest Syst. 2012; 87 (5):1043–1052.
Krall JP, Edwards GE. Relationship between photosystem II activity and CO2 fixation in leaves, Physiol Plantarum 1992; 86 (1):180–187,
Martins S, Galmés J, Cavatte P, Ventrella M, Da Matta F. Understanding the low photosynthetic rates of sun and shade coffee leaves: Bridging the gap on the relative roles of hydraulic diffusive and biochemical constraints to Photosynthesis, PLoS One 2014; 94: e95571, doi:10,1371/journal,pone, 0095571,
Matos F, Wolfgramm R, Goncalves V, Cavatte P, Ventrella M, Da Matta F.Phenotypic plasticity in response to light in the coffee tree. Environ Exp Bot. 2009 (2); 67:421–427,
Muller W, Valle R. Ecofisiologia do cultivo do cacaueiro,- In: Valle R, ed Ciência Tecnologia e manejo do cacaueiro Pp, 31-66, MAPA: CEPLAC Brasil 688 p, 2012
Orchard J E. The effect of the dry season on the water status of T, cacao in Ecuador, - In: Proceedings of the 9th International Cacao Research Conference Lomé Togo February 1984 Pp: 103–109, 1985,
Osmond C.What is photoinhibition? Some insights from comparisons of shade and sun plants, -In: Baker N,; Bowyer J, editor (s), Photoinhibition of Photosynthesis: from molecular Mechanisms to the Field, Pp: BIOS Scientific Publishers Oxford; 1994. p.1-24
Rodriguez N, Martins S, Cavatte P, Silva P, Morais L, Pereira L, Reis J, Ávila R, Godoy A, Lavinski A, DaMatta F. Morphological and physiological acclimations of coffee seedlings to growth over a range of fixed or changing light supplies, Environ Exp Bot 2014;102:1–10. http://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2014.01.008
Scott G. Growing money on trees in Latin America: Growth rates for cocoa 1961-2013 and their implications for industry, American-Eurasian, J Agri Envir Sci 2016; 161 (1):1–19,
Somarriba E, Beer J. Productivity of Theobroma cacao agroforestry systems with timber or legume service shade tree, Agroforest Syst 2011; 81 (2):109–121,
Tezara W. Urich R. Jaimez R. Coronel I. Araque O. Azocar C, Chacón I. Does Criollo cocoa have the same ecophysiological characteristics as Forastero? Bot Sci 2016; 94 (3): 563–574,
Tezara W, De Almeida J, Valencia E, Cortez J, Bolaños M. Actividad fotoquímica de clones élites de cacao Theobroma cacao L, ecuatoriano en el norte de la provincia Esmeraldas, Invest Saberes 2015; IV (3): 37–52,
Vuille MB, Raymond S, Keimig F. Climate variability in the Andes of Ecuador and its Relation to tropical Pacific and Atlantic sea surface temperature anomalies, Journal Climate 2000; 13 (14):2520–2535
World Cocoa Foundation. Cocoa market updates Available: http://www,worldcocoafoundation,org/ 2014
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