Physiological responses of Coffea arabica cultivars in association with arbuscular mycorrhizal fungi

Authors

  • Rafaele de Sousa Cruz Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG. http://orcid.org/0000-0003-3227-8173
  • Fausto Henrique Vieira Araújo Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG. http://orcid.org/0000-0002-4210-986X
  • André Cabral França Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG. http://orcid.org/0000-0002-9009-3903
  • Levy Tadin Sardinha Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG. http://orcid.org/0000-0002-1914-1351
  • Caroline Maira Miranda Machado Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG. http://orcid.org/0000-0002-8262-5092

DOI:

https://doi.org/10.25186/.v15i.1641

Keywords:

Cafeeiro, Micorriza, Fotossíntese, Crescimento vegetal

Abstract

The inoculation of coffee plants with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) may influence some of its physiological parameters, promoting benefits in the growth of newly planted coffee. The objective of this work was to evaluate the physiological responses of different cultivars of Coffea arabica inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi. The experiment was conducted in a vegetation house in Diamantina, state Minas Gerais. The design was in randomized
blocks, in a 3 x 4 factorial scheme, with four replications. The factors were composed of coffee seedlings of Rubi (MG 1192), Mundo Novo (IAC 379-19) and Catuaí Vermelho (IAC 144) cultivars, inoculated or not with FMA Rhizophagus clarus, Acaulospora colombiana and Mix composed by R. clarus and A. colombiana. At 150 days after transplantation, physiological characteristics such as photosynthetic rate, internal carbon concentration, stomatal conductance,
transpiration rate, water use efficiency, internal carbon / atmospheric carbon ratio and percentage of mycorrhizal colonization were evaluated. AMF inoculation affected positively the physiology of coffee plants, increasing photosynthetic rate (A), stomatal conductance (Gs), transpiration, carbon consumed (ΔCO2), water use efficiency (EUA) and percentage of mycorrhizal colonization (%), as well as reducing the internal carbon concentration (Ci) for all combinations of AMF cultivars and species. The cultivar Rubi, when inoculated with R. clarus or Mix, obtained a higher percentage of colonization. The physiological activity of coffee plants is altered by symbiotic association, and their responses varied between AMF species and cultivars.


Key words: Coffee; Mycorrhiza; Photosynthesis; Plant growth.

Author Biographies

Rafaele de Sousa Cruz, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG.

Programa de Pós-graduação em Produção Vegetal, Campus JK, Rodovia MGT 367, Km 583, nº 5.000, Alto da Jacuba, Diamantina-MG, Brasil. CEP: 39100-000.

Fausto Henrique Vieira Araújo, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG.

Programa de Pós-graduação em Produção Vegetal, Campus JK, Rodovia MGT 367, Km 583, nº 5.000, Alto da Jacuba, Diamantina-MG, Brasil. CEP: 39100-000.

André Cabral França, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG.

Departamento de Agronomia

Levy Tadin Sardinha, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG.

Programa de Pós-graduação em Produção Vegetal, Campus JK, Rodovia MGT 367, Km 583, no 5.000, Alto da Jacuba, Diamantina-MG, Brasil. CEP: 39100-000.

Caroline Maira Miranda Machado, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/ UFVJM, Faculdade de Ciências Agrárias, Departamento de Agronomia, Diamantina, MG.

Programa de Pós-graduação em Produção Vegetal, Campus JK, Rodovia MGT 367, Km 583, no 5.000, Alto da Jacuba, Diamantina-MG, Brasil. CEP: 39100-000.

References

ADOLFSSON, L. et al. Mycorrhiza symbiosis increases the surface for sunlight capture in Medicago truncatula for better photosynthetic production. Plos One, 10(1):1-18, 2015.

AMIRI, R. et al. Variation in the essential oil composition, antioxidant capacity, and physiological characteristics of Pelargonium graveolens L. inoculated with two species of mycorrhizal fungi under water deficit conditions. Journal of Plant Growth Regulation, 36(2):502-515, 2017.

AUGÉ, R.; TOLER, H.; SAXTON, A. Arbuscular mycorrhizal symbiosis alters stomatal conductance of host plants more under drought than under amply watered conditions: a meta-analysis. Mycorrhiza, 25(1):13-24, 2015.

BAGYARAJ, D. J.; SHARMA, M. P.; MAITI, D. Phosphorus nutrition of crops through arbuscular mycorrhizal fungi. Current Science, 108(7): 1288-1293, 2015.

BIRHANE, E. et al. Arbuscular mycorrhizal fungi enhance photosynthesis, water use efficiency, and growth of frankincense seedlings under pulsed water availability conditions. Oecologia. 169(4):895-904, 2012.

BOLANDNAZAR, S. et al. Mycorrhizal colonization improves onion (Allium cepa L.) yield and water use efficiency under water deficit condition. Scientia Horticulturae, 114(1):11-15, 2007.

BOLDT, K. et al. Photochemical processes carbon assimilation and RNA accumulation of sucrose transporter genes in tomato arbuscular mycorrhiza. Journal of Plant Physiology, 168(11):1256-1263, 2011.

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA – EMBRAPA. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. 2.ed. Rio de Janeiro, 306p, 2006.

FAUSTINO, L. A. et al. Aspectos fisiológicos de plantas de eucalipto em convivência com Commelina benghalensis. Revista Espacios, 38(42):5, 2017.

FOLLI-PEREIRA, M. S. et al. Micorriza arbuscular e a tolerância das plantas ao estresse. Revista Brasileira Ciência do solo,

(6):1663-1679, 2012.

FRANÇA, A. C. et al. Mycorrhizal fungi increase coffee plants competitiveness against Bidens pilosa interference. Pesquisa Agropecuária Tropical, 46(2): 132-139, 2016.

GALON, L. et al. Tolerância de novos genótipos de cana-de açúcar a herbicidas. Planta Daninha, 28(2):329-338, 2010.

GERDEMANN, J. W.; NICOLSON, T. H. Spores of mycorrhizal endogone species extracted from soil by wet sieving and decanting. Transactions of the British Mycological Society, 46(2):235-244, 1963.

GUIMARÃES, P.T.G. et al. Cafeeiro. In: RIBEIRO, A. C.; GUIMARÃES, P. T. G.; ALVAREZ, V. V.H. (Eds). Recomendação para o uso de corretivos e fertilizantes em Minas Gerais: 5a aproximação. Viçosa: Comissão de Fertilidade do Solo do Estado de Minas Gerais, 1999. p. 289-302.

HEIJDEN, M. G. et al. Mycorrhizal ecology and evolution: the past, the present, and the future. New Phytologist, 205(4):1406-1423, 2015.

JAIMEZ, R.E. et al. A. Seasonal variations in leaf gas exchange of platain cv. ‘Hartón’ (Musa AAB) under different soil water conditions in a humid tropical region. Scientia Horticulturae, 104(1):79-89, 2005.

JENKINS, W. R. A rapid centrifugal-flotation technique for separating nematodes from soil. Plant disease reporter, 48(9):692, 1964.

LÚCIO W. S. et al. Crescimento e respostas fisiológicas do meloeiro inoculado com fungos micorrízicos arbusculares sob estresse salino. Semina, 34(4):1587-1602, 2013.

MIRSHAD, P.; PUTHUR, J. Drought tolerance of bioenergy grass Saccharum spontaneum L. enhanced by arbuscular mycorrhizae. Rhizosphere, 3(1):1-8, 2017.

MONTAÑEZ, A. El estudio de las micorrizas arbusculares: limitantes y perspectivas. Agrociência, 9(2):311-315, 2005.

MOREIRA, F. M. S.; SIQUEIRA, J. O. Micorriza. In: MOREIRA, F. M. S.; SIQUEIRA, J. O. Microbiologia e bioquímica do solo. 2. ed. Lavras: Universidade Federal de Lavras, 2006b. p. 543-716.

MOREIRA, S. D. et al. Inoculation with mycorrhizal fungi on the growth and tolerance to water deficit of coffee plants. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 22(11):747-752, 2018.

QUIROGA, G. et al. Enhanced drought stress tolerance by the arbuscular mycorrhizal symbiosis in a drought-sensitive maize cultivar is related to a broader and differential regulation of host plant aquaporins than in a drought-tolerant cultivar. Frontiers in Plant Science, 8(1):1056, 2017.

REYES, S. M. R. et al. Physiological response of Physalis peruviana L. seedlings inoculated with Funneliformis mosseaeunder drought stress. Revista de Ciências Agrárias, 42(1):175-183, 2019.

SIQUEIRA, J. O.; COLOZZI-FILHO, A. Micorrizas vesículo-arbusculares em mudas de cafeeiro. II. Efeito do fósforo no estabelecimento e funcionamento da simbiose. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 10(3):207-211 1986.

SILVA JÚNIOR, J. M. T. et al. Efeito da esterilização do substrato sobre o crescimento de mudas de meloeiro em

presença de fungos micorrízicos arbusculares e compostos orgânicos. Revista Caatinga, 25(1):98-103, 2012.

SILVA, E. P. et al. Micorrizas arbusculares e fosfato no desenvolvimento de mudas de cedro-australiano. Ciência

Florestal, 27(4):1269-1281 2017.

SILVEIRA, H. M. et al. Características fotossintéticas de cultivares de mandioca tratadas com fluazifop-p-butyl e fomesafen. Revista Agro@ mbiente On-line, 6(3):222-227, 2012.

SOUSA, C. S. et al. Fungos micorrízicos arbusculares no controle de Meloidogyne incognita em mudas de tomateiro. Revista Caatinga, 23(1):15-20, 2010.

VITORAZI FILHO, J. A. et al. Crescimento de mudas de maracujazeiro-doce inoculadas com fungos micorrízicos

arbusculares e bactérias diazotróficas sob diferentes doses de fósforo. Revista Brasileira de Fruticultura,

(2):442-450, 2012.

YANO-MELO, A. M. et al. Effect of arbuscular mycorrhizal fungi on the acclimatization of micropropagated banana plantlets. Mycorrhiza, 9(2):129-133, 1999.

ZHAO, R. et al. Arbuscular mycorrhizal fungi affect the growth, nutrient uptake and water status of maize (Zea mays L.) grown in two types of coal mine spoils under drought stress. Applied Soil Ecology, 88(1):41–49, 2015.

ZHOU, Q. et al. Changes in carbon and nitrogen allocation, growth and grain yield induced by arbuscular mycorrhizal fungi in wheat (Triticum aestivum L.) subjected to a period of water deficit. Plant Growth Regulation, 75(3):751-760, 2015.

Published

2020-06-04

How to Cite

DE SOUSA CRUZ, R.; VIEIRA ARAÚJO, F. H.; CABRAL FRANÇA, A.; TADIN SARDINHA, L.; MIRANDA MACHADO, C. M. Physiological responses of Coffea arabica cultivars in association with arbuscular mycorrhizal fungi. Coffee Science - ISSN 1984-3909, v. 15, p. e151641, 4 Jun. 2020.