Analysis of phosphorus use efficiency traits in Coffea genotypes reveals Coffea arabica and Coffea canephora have contrasting phosphorus uptake and utilization efficiencies

Background and Aims: Phosphate (Pi) is one of the most limiting nutrients for agricultural production in Brazilian soils due to low soil Pi concentrations and rapid fixation of fertilizer Pi by adsorption to oxidic minerals and/or precipitation by iron and aluminum ions. The objectives of this study were to quantify phosphorus (P) uptake and use efficiency in cultivars of the species Coffea arabica L. and Coffea canephora L., and group them in terms of efficiency and response to Pi availability. Methods: Plants of 21 cultivars of C. arabica and four cultivars of C. canephora were grown under contrasting soil Pi availabilities. Biomass accumulation, tissue P concentration and accumulation and efficiency indices for P use were measured. Key Results: Coffee plant growth was significantly reduced under low Pi availability, and P concentration was higher in cultivars of C. canephora. The young leaves accumulated more P than any other tissue. The cultivars of C. canephora had a higher root/shoot ratio and were significantly more efficient in P uptake, while the cultivars of C. arabica were more efficient in P utilization. Agronomic P use efficiency varied among coffee cultivars and E16 Shoa, E22 Sidamo, Iêmen and Acaiá cultivars were classified as the most efficient and responsive to Pi supply. A positive correlation between P uptake efficiency and root to shoot ratio was observed across all cultivars at low Pi supply. These data identify Coffea genotypes better adapted to low soil Pi availabilities, and the traits that contribute to improved P uptake and use efficiency. These data could be used to select current genotypes with improved P uptake or utilization efficiencies for use on soils with low Pi availability and also provide potential breeding material and targets for breeding new cultivars better adapted to the low Pi status of Brazilian soils. This could ultimately reduce the use of Pi fertilizers in tropical soils, and contribute to more sustainable coffee production.

Desenvolvimento de Oligonychus ilicis em Coffea canephora sob diferentes temperaturas

Oligonychus ilicis (McGregor) (Acari) (Tetranychidae) é uma das principais pragas de Coffea canephora Pierre & Froehner. Neste trabalho, avaliou-se o efeito de diferentes temperaturas no desenvolvimento desse ácaro-vermelho em folhas de C. canephora, em laboratório. Confinaram-se 80 fêmeas em 40 arenas, constituídas de disco foliar de 4 cm, para oviposição nas temperaturas de 21, 24, 27, 30 e 33 ºC. Foram selecionados ao acaso pelo menos dois ovos para avaliar o desenvolvimento embrionário. Após a eclosão da larva, foram realizadas avaliações a cada 12 horas para obtenção da duração e sobrevivência larval. Para avaliar a longevidade foi transferido um ácaro macho da criação para as arenas com uma fêmea para acasalamento. O limite térmico de desenvolvimento inferior e a constante térmica foram determinados para a duração do desenvolvimento de ovo a adulto. O tempo de desenvolvimento das fases imaturas diminuiu com o aumento da temperatura. As fases de ovo, larva, protocrisálida, protoninfa, deutocrisálida, deutoninfa e teleiocrisálida variaram, respectivamente, de 10,4 a 4,3; 2,4 a 1,2; 2,0 a 1,0; 2,3 a 1,2; 1,9 a 1,0; 3,0 a 1,5 e 2,3 a 1,0 dias. O aumento da temperatura afetou o período de desenvolvimento, reduzindo a duração de ovo-adulto e a longevidade. O limite térmico inferior foi de 9,0 ºC para o período de ovo-adulto e constante térmica de 256,4 graus-dias. em condições de laboratório, a faixa de temperatura que favorece o desenvolvimento do ácaro em C. canephora foi de 24 a 30 ºC. O limite térmico inferior não é limitante para ocorrência de O. ilicis em áreas cultivadas com C. canephora no estado do Espírito Santo.

Drought tolerance is associated with rooting depth and stomatal control of water use in clones of Coffea canephora

center dot Background and Aims Drought is a major environmental constraint affecting growth and production of Coffea canephora. Selection of C. canephora clones has been largely empirical as little is known about how clones respond physiologically to drought. Using clones previously shown to differ in drought tolerance, this study aimed to identify the extent of variation of water use and the mechanisms responsible, particularly those associated morphological traits.center dot Methods Clones (14 and 120, drought-tolerant; 46 and 109A, drought-sensitive, based on their abilities to yield under drought) were grown in 120-L pots until they were 12-months old, when an irrigation and a drought treatment were applied; plants were droughted until the pressure potential (Psi(x)) before dawn (pre-dawn) reached -3.0 MPa. Throughout the drought period, Psi(x) and stomatal conductance (g(s)) were measured. At the end of the experiment, carbon isotope ratio and parameters from pressure-volume curves were estimated. Morphological traits were also assessed.center dot Key Results and Conclusions With irrigation, plant hydraulic conductance (K-L), midday Psi(x) and total biomass were all greater in clones 109A and 120 than in the other clones. Root mass to leaf area ratio was larger in clone 109A than in the others, whereas rooting depth was greater in drought-tolerant than in drought-sensitive clones. Predawn Psi(x) of -3.0 MPa was reached fastest by 109A, followed progressively by clones 46, 120 and 14. Decreases in g(s) with declining Psi(x), or increasing evaporative demand, were similar for clones 14, 46, and 120, but lower in 109A. Carbon isotope ratio increased under drought; however, it was lower in 109A than in other clones. For all clones, Psi(x), g(s) and KL recovered rapidly following re-watering. Differences in root depth, KL and stomatal control of water use, but not osmotic or elastic adjustments, largely explained the differences in relative tolerance to drought stress of clones 14 and 120 compared with clones 46 and 109A.

Análise da expressão dos genes da subfamília DREB em resposta à seca em plantas de Coffea canephora Conilon

Coffea canephora is one of the most economically important coffee species and in Brazil, Conilon is the most widely cultivated plant of this species. Abiotic stresses such as temperature variations and drought periods are factors that significantly affect their production and tend to worsen with globally recognized climate changes. In an attempt to understand the molecular responses of coffee plants in water deficit conditions, recent studies have identified candidate genes (CGs) as CcDREB1D. This gene showed increased expression in response to drought in the leaves of clone 14 (drought tolerant) in relation to the clone 22 (sensitive to drought) of C. canephora Conilon. Based on these results, the identification of DREB genes and their subgroups (SGs) of C. canephora, the objective is to analyze in silico and also in vivo these genes expression in leaf and root of tolerant (14, 73 and 120) and sensitive clones (22) of C. canephora Conilon submitted or not to a water deficit. In silico expressions of all DREB genes were analyzed from the Coffee Genome Hub Database and in vivo expression was performed by the technique "reverse transcription-quantitative PCR" (RT-qPCR). In silico gene expression analysis was possible to identify DREB genes with potential responses to abiotic stresses, corroborating some validated in vivo results. In this analysis, several genes showed differential expression in response to drought among the SGs (IIV), the tolerant and sensitive clones and the leaf and root. These differentially expressed genes were identified as potential CGs and among them, it was found that most tolerant clones showed increased expression in relation to sensitive in response to drought, with higher expression levels for clones 14 and 73. These highest levels were observed in leaves compared to the roots and SG-I stood at greater number of genes expressed in response to drought. These results suggest that DREB CGs, as Cc05_g06840, Cc02_g03420 e Cc08_g13960, play an important role in the regulatory mechanisms of response to drought in C. canephora Conilon.

Physical soil attributes of Conilon coffee (Coffea canephora) under organic and conventional management systems.

Coffea sp. is cultivated in large areas, using both conventional and organic management. However, information about the sustainability of these two management systems is still deficient. The objective of the present study was to evaluate the physical properties of soil cultivated with Conilon coffee (C. canephora) under organic and conventional management. Two areas cultivated with Conilon coffee (under organic and conventional management) and a fragment of Atlantic forest, used as a reference, were selected for the experiment. Soil granulometry, hydraulic conductivity, water retention curve, resistance to penetration, porosity, optimal hydric interval, and other physical characteristics were measured at depths of 0 to 10 and 10 to 20 cm. The data was submitted to multivariate and descriptive statistical analyses. Higher similarity was observed between the soil cultivated with Conilon coffee under organic management and the Atlantic forest soil. Soil resistance to penetration at 10, 30, 100, 500 and 1500 kPa, macro porosity, density and total porosity were the main physical properties that differentiated both management systems studied. The non-use of agricultural machinery and the addition of organic matter may be the main reasons for higher soil sustainability observed under organic management when compared with the conventional system.

Natural antioxidants extraction and their incorporation into model pharmaceutical systems

Dissertation to obtain a Master Degree in Biotechnology

Avaliação de genótipos dos cafeeiros Arabica e Robusta na Amazônia Ocidental

Avaliou-se o comportamento de 16 genótipos de cafeeiros das espécies C. arabica e C. canephora nas condições edafoclimáticas do estado do Acre. Os genótipos utilizados foram provenientes do extinto Instituto Brasileiro do Café (Natividade, RJ). O experimento foi conduzido no campo experimental da Embrapa Acre, Rio Branco, AC, no período de 1989 a 1996, num delineamento experimental de blocos casualizados, com 5 repetições. As características estudadas foram: produção de café em cereja e côco, vigor, altura da planta, diâmetro do caule e aspectos fitossanitários. Os genótipos Icatu PR182039-1 e Conilon ES foram os que apresentaram as maiores produções médias de café côco, 4.345 e 4.147 kg/ha, respectivamente, e em seguida vieram o Catuaí SH1 EP57C-260, Mundo Novo e Catuaí SH1 EP57C-166, todos com produção acima de 2.800 kg/ha. Quanto a incidência de ferrugem (Hemileia vastratrix), os genótipos Mundo Novo e Catuaí Amarelo apresentaram maior incidência, e os mais susceptíveis a queima do fio (Pellicularia koleroga) foram Catuaí EP 57-C-260 e Catuaí EP57 C-166. Os genótipos Icatu PR 182039-1, Conilon ES e Catuaí SH1 EP57C-260 foram superiores aos demais genótipos quanto a capacidade produtiva, bom aspecto dos frutos e grãos, mostrando-se promissores para o cultivo no Estado do Acre.

Host plants of root-knot nematodes

Root-knot nematodes were found attacking Coffea spp. and also roots of a few weed species usually found in the coffee orchards in São Paulo. C. arabica cv. Catuaí, C. arabica cv. Mundo Novo, Timor Hybrid and a few plants of C. racemosa showed to be susceptible to Meloidogyne exigua. Roots of Ageratum conyzoides, Amaranthus viridis, Bidens pilosa, Coffea arabica cv. Mundo Novo, Coffea racemosa, Commelina virginica, Digitaria sanguinalis, Galinsoga parviflora, Gnaphalium spathulatum, Porophyllum ruderale, Portulaca oleracea, Pterocaulon virgatum and Solanum americanum were disfigured by M. incognita M. arenaria was found attacking roots of Eleusine indica and Gnaphalium spathulatum, and the presence of an unidentified Meloidogyne species was verified in roots of the following species: Vernonia ferruginea, C. arabica x C. canephora, Eupatorium pauciflorum, Coffea canephora cv. Kouillou, Coffea eugenioides, Coffea racemosa, Coffea stenophylla, Euphorbia pilullifera, Solanum americanum, Ageratum conyzoides, Phyllanthus corcovadensis, and Emilia sagittata.

Eficiência de absorção, translocação e uso de cálcio, magnésio e enxofre por mudas enxertadas de Coffea arabica

O estudo da eficiência nutricional de plantas enxertadas de cafeeiro é importante para a seleção de combinações enxerto/porta-enxerto, visando ao desenvolvimento e produção máximos. O presente trabalho teve como objetivo avaliar, em cultivo hidropônico, a eficiência de absorção, translocação e uso de Ca, Mg e S por mudas enxertadas de Coffea arabica L., influenciada pelo porta-enxerto. O experimento foi realizado em casa de vegetação por um período de 170 dias, em vasos que continham areia, como substrato, e solução nutritiva circulante. Utilizaram-se, como enxerto, quatro genótipos de Coffea arabica L.: as variedades Catuaí Vermelho IAC 15 e Oeiras MG 6851 e as linhagens H 419-10-3-1-5 e H 514-5-5-3, e, como porta-enxerto, três genótipos de C. canephora Pierre et Froenher: Apoatã LC 2258, Conillon Muriaé-1, Robustão Capixaba (EMCAPA 8141) e um genótipo de Coffea arabica L.: Mundo Novo IAC 376-4, além da utilização de quatro pés-francos. Utilizou-se o delineamento experimental de blocos casualizados com quatro repetições. Os contrastes entre médias compararam as mudas de pé-franco com as associações enxerto/porta-enxerto. A eficiência de absorção, translocação e uso de Ca, Mg e S por mudas enxertadas de cafeeiro variou de acordo com a combinação enxerto/porta-enxerto. Somente a eficiência de translocação de Ca não foi alterada pela combinação enxerto/porta-enxerto. A linhagem H 514-5-5-3 foi beneficiada na eficiência de uso de Mg e produção de matéria seca pelos porta-enxertos Mundo Novo IAC 376-4 e Apoatã LC 2258, e na eficiência de uso de Ca e S apenas pelo Mundo Novo IAC 376-4.

Teor de zinco no café como variável da disponibilidade no solo e extrator

No Brasil são cultivadas duas espécies de café: Coffea arabica L. e Coffea canephora Pierre. As pesquisas com adubação com Zn têm sido feitas, principalmente, com cultivares arábica. Esta pesquisa foi realizada com objetivo de obter a relação entre os teores de Zn disponível pelos extratores DTPA e Mehlich-1 em plantas de C. arabica cv. Mundo Novo IAC 379-19 (MN) e C. canephora cv. Apoatã IAC 2258 (AP), bem como em plantas enxertadas (MN/AP). Os tratamentos foram obtidos pelo fatorial 3 x 3, entre materiais genéticos (MN, AP e MN/AP) e doses de Zn (0, 10 e 20 mg dm-3). O teor de Zn na planta, em relação à disponibilidade do nutriente no solo, independentemente dos extratores, varia com a espécie e a combinação entre espécies e a enxertia. Os extratores DTPA e Mehlich-1 apresentaram eficiência semelhante para determinar o teor de Zn disponível no solo, independentemente da espécie (C. arabica e C. canephora). A absorção máxima de Zn ocorreu com teor disponível de 5,6 mg dm-3 (DTPA) e 6,6 mg dm-3 (Mehlich-1) para a cultivar Mundo Novo (C. arabica). Para a espécie C. canephora cv. Apoatã e nas plantas enxertadas (MN/AP), não foi estabelecida a máxima absorção de Zn, independentemente dos extratores, nas doses utilizadas no experimento.

Aspectos morfofisiológicos das cultivares de cafeeiro Catuaí-Vermelho e Conilon

O objetivo deste trabalho foi comparar cafeeiros das espécies Coffea arabica L. cv. Catuaí-Vermelho e C. canephora Pierre cv. Conilon quanto à fotossíntese líquida e a aspectos da anatomia foliar a esta relacionados. Verificaram-se taxas fotossintética líquida, transpiratória e de condutância estomática maiores em plantas de C. canephora. As plantas de C. arabica apresentaram menor eficiência do sistema "antena", e folhas menores, porém mais espessas. As duas espécies diferiram, ainda, quanto ao tipo, dimensões e número dos estômatos presentes na epiderme foliar: paracíticos em C. arabica e actinocíticos em C. canephora, e maiores, mas em menor número, em C. arabica.

Análise de medidas repetidas na avaliação de clones de café 'Conilon'

O objetivo deste trabalho foi analisar a produção de 50 clones de café 'Conilon' (Coffea canephora), por meio da análise de medidas repetidas, para identificá-los e agrupá-los para a formação de variedades mais produtivas e, simultaneamente, modelar possíveis oscilações da produção ao longo do tempo. A influência de ciclos produtivos foi considerada, tendo-se modelado as correlações existentes entre anos subseqüentes, de forma eficiente, por meio da metodologia de análise de medidas repetidas, para avaliar produções dos materiais genéticos em cinco safras (1997 a 2001), o que possibilitou captar oscilações anuais na produção, ao longo do ciclo produtivo de C. canephora, relacionadas às maiores produções no terceiro e quarto anos. Além disso, a análise de grupo classificou os 50 materiais avaliados em apenas 10 grupos, de acordo com o padrão de oscilação da produção identificado pelo modelo de regressão adotado.

Desenvolvimento vegetativo de plantas de café arábica enxertadas sobre café robusta e submetidas à reposição hídrica

O objetivo deste trabalho foi avaliar o crescimento de plantas de café arábica (Coffea arabica) enxertadas sobre café robusta (C. canephora), submetidas a diferentes níveis de reposição de água. O experimento foi realizado em Lavras, MG, em delineamento experimental de blocos ao acaso, em arranjo fatorial 2x2x5, com quatro repetições. Foram feitas avaliações em: duas cultivares de C. arabica - Catuaí IAC-99 e Topázio MG-1190 -, dois tipos de plantas - pé-franco e enxertadas sobre C. canephora 'Apoatã IAC-2258' - e cinco níveis de reposição de água - testemunha sem irrigação e quatro coeficientes de cultura, nos valores 0,2, 0,3, 0,4 e 0,5, do plantio até 24 meses, e 0,4, 0,6, 0,8 e 1,0, de 24 a 29 meses -. Utilizou-se turno de rega fixo, com irrigações às terças e às sextas-feiras. Foram avaliados: altura de plantas, diâmetro de copa e diâmetro de caule. Cafeeiros enxertados têm menor crescimento em comparação aos de pé-franco, no período de implantação da lavoura. A substituição do sistema radicular de C. arabica por C. canephora não altera a resposta das plantas à irrigação.

Efeito do processo de descafeinação com diclorometano sobre a composição química dos cafés arábica e robusta antes e após a torração

The decaffeinated coffee market has been expanding increasingly in the last years. During decaffeination, aroma precursors and bioactive compounds may be extracted. In the present study we evaluate the changes in the chemical composition of C. arabica and C. canephora produced by decaffeination using dichloromethane. A significant change in the chemical composition of both C. arabica and C. canephora species was observed, with differences between species and degrees of roasting. Major changes were observed in sucrose, protein and trigonelline contents after decaffeination. Changes in the levels of total chlorogenic acids and in their isomers distribution were also observed. Lipids and total carbohydrates were not affected as much. The sensory and biological implications of these changes need to be investigated.

Compostos bioativos e atividade antioxidante do café conilon submetido a diferentes graus de torra

The bioactive compounds and antioxidant activity presented by Conilon coffee (C. Canephora) variety, produced in the Espírito Santo State, Brazil, were quantified. The light roast coffee showed the highest level of total phenols, trigonelline, caffeic and chlorogenic acids. The proanthocyanidin level was the highest for dark roast coffee, while caffeine level didn't show significative changes for the light and middle roast coffees. All the Conilon coffee extracts showed antioxidant activity depending on bioactive compounds concentration and roasting degree. The coffee samples submitted to a light roasting degree showed the highest antioxidant activity.