Growth and morphophysiological responses of eucalyptus seedlings exposed to high [CO2] and elevated temperature

Abstract

The area planted with tree species is growing significantly in recent years and the main genus used is Eucalyptus. However, the adequate development of the crop is dependent on several factors such as concentration of carbon dioxide ([CO2 ]) and temperature. Climate changes, mostly related to increases in [CO 2 ] and atmospheric temperature are expected, which will most likely result in changes in plant growth and development. Although the effects of [CO2 ] have been extensively studied, and recent works indicated that high [CO2 ] might mitigate the impacts of high temperature, the interaction between these two environmental factors have not been addressed in eucalyptus to date. Thus, the objective of this work was to investigate responses in eucalyptus seedlings exposed to high [CO2] and elevated temperature using mini-FACE system. To this end, seedlings of two eucalyptus clones were cultivated for sixty-two days in environment with High [CO2] and Heating either combined or isolated. Throughout this period, gas exchanges analyzes were performed. At the end, morphological analyzes and curves of response to light and CO2 were realized, as well as, plant material was harvested for biochemical and anatomical analyzes. The results showed lower growth in response to environmental warming, associated with metabolic changes such as reductions in leaf levels of fructose and starch. On the other hand, increased [CO2] contributed positively to growth and plant biomass accumulation. Plant exposure to these two factors simultaneously resulted in [CO2] mitigation of the negative effects caused in response to plant warming. Therefore, it was possible to conclude that in a global climatic changes scenario, with increase in both [CO2] and atmospheric temperature, metabolic acclimation responses would occur and contribute to the maintenance of seedling growth.

A área plantada com espécies arbóreas vem crescendo significativamente nos últimos anos e o principal gênero utilizado é o Eucalyptus. No entanto, o desenvolvimento satisfatório da cultura é dependente de fatores como a concentração de dióxido de carbono ([CO2]) e temperatura. De acordo com projeções, aumentos tanto na [CO2] quanto da temperatura são esperados, o que possivelmente resultará em alterações no crescimento e desenvolvimento vegetal. Nesse sentido vários estudos vêm sendo realizados elevando- se a [CO2] e, recentes trabalhos mostram que o CO 2 atua mitigando os efeitos danosos causados por altas temperaturas, todavia pouco se sabe sobre a interação de desses fatores em eucalipto. Assim o objetivo desse trabalho foi investigar respostas apresentadas por mudas de eucalipto expostas a elevada concentração de [CO2] e aumento da temperatura por meio de sistema mini-FACE. Para isso, mudas de dois clones de eucalipto foram cultivadas por sessenta e dois dias em ambiente com elevada [CO2] e temperatura elevada, de forma combinada ou isolada. Ao longo do período de exposição aos tratamentos foram realizadas análises de trocas gasosas. Ao final, análises morfológicas, curvas de resposta à luz e ao CO 2 , bem como coleta de material vegetal para análises bioquímicas e anatômicas das plantas foram realizadas. Os resultados mostraram menor crescimento em resposta ao aquecimento, associado a alterações metabólicas como reduções nos níveis foliares de frutose e amido. Por outro lado, o aumento na [CO2] contribuiu positivamente para o crescimento e acúmulo de biomassa das plantas. A exposição das plantas a esses dois fatores simultaneamente resultou na mitigação dos efeitos negativos causados pelo aquecimento às plantas. Diante disso, pôde-se concluir que em um cenário de mudanças climáticas com aumento tanto na [CO2] quanto na temperatura atmosférica, respostas metabólicas de aclimatação possivelmente ocorrerão de modo a contribuir para a manutenção do crescimento das mudas.