Sucrose metabolism in coffee submitted to different shade levels

Authors

  • Danielle Pereira Baliza Universidade Federal de Lavras
  • Meline Oliveira Santos Universidade Federal de Lavras, Departamento de Biologia.
  • José Donizeti Alves Universidade Federal de Lavras, Departamento de Biologia.
  • Rubens José Guimarães Universidade Federal de Lavras, Departamento de Agricultura.
  • Rodrigo Luz da Cunha Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais, Lavras.

DOI:

https://doi.org/10.25186/cs.v9i4.714

Keywords:

Invertase, SPS, sucrose synthase, glucose, Coffea arabica L.

Abstract

The objective of this study was to evaluate the activity of the enzymes involved in the sucrose metabolism and the carbohydrate levels on the endosperm of the coffee fruit under different shade levels. Four replicater were used, totaling 20 plots, which consisted of eight useful plants. Treatments were arranged in a randomized block design in a 5 x 3 factorial outline, being five shade levels (full sun, 35, 50, 65 and 90% shade) and three fruit development stages (green, green-yellow and cherry). The variables analyzed were the activities of the enzymes sucrose-phosphate synthase (SPS), sucrose synthase (SuSy) and acid invertase and total soluble sugars, sucrose and glucose content. The shading higher than 50% increased the activity of acid invertase and SuSy in green-yellow and cherry stages. Regarding the SPS, shading did not alter its activity, the highest values were found in the green-yellow and cherry stages. The shading levels up to 65% have the highest soluble sugar levels and sucrose in the late stages of maturation while for the 90% shading, the highest values were found in the early stages of fruit development. The glucose content was higher in the green maturation stage, up to the level of 50% shading, from which there is a decrease in glucose values with increased shading. Thus, it appears that shading higher than 50%, probably modifies the fruit development by affecting the metabolism of sucrose in the endosperm, prolonging the maturation period.

Author Biographies

Danielle Pereira Baliza, Universidade Federal de Lavras

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal de Lavras (2007), mestrado em Agronomia (Fitotecnia) pela Universidade Federal de Lavras (2009), doutorado em Agronomia (Fitotecnia) pela Universidade Federal de Lavras (2011) e pós-doutorado em Agronomia (Fitotecnia) pela Universidade Federal de Lavras (2013). Atualmente é professora do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais. Tem experiência na área de Agronomia e Agroecologia,  atuando principalmente nos seguintes temas: cafeicultura, sombreamento, ecofisiologia, melhoramento vegetal e nutrição mineral de plantas.

Meline Oliveira Santos, Universidade Federal de Lavras, Departamento de Biologia.

Possui graduação em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Lavras (2007), Mestrado e Doutorado em Agronomia/Fisiologia Vegetal pela mesma universidade. Atualmente possui bolsa de Pós-doutorado PRODOC/CAPES pelo Setor de Fisiologia Vegetal da Universidade Federal de Lavras.

José Donizeti Alves, Universidade Federal de Lavras, Departamento de Biologia.

Professor da Universidade Federal de Lavras. Possui Graduação em Engenharia Agronômica pela Escola Superior de Agricultura de Lavras, hoje Universidade Federal de Lavras, Mestrado em Fisiologia Vegetal pela Universidade Federal de Viçosa, Doutorado em Solos e Nutrição de Plantas pela Universidade Federal de Viçosa e Pós-doutorado pela The Ohio State University e University of Missouri. Na UFLA foi Chefe do Departamento de Biologia, Coordenador e Sub-Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Fisiologia Vegetal. Na Sociedade Brasileira de Fisiologia Vegetal ocupou os cargos de Vice-presidente, Tesoureiro e Editor-Chefe da Revista Brasileira de Fisiologia Vegetal onde atualmente atua como Editor Associado. Tem experiência na área de Botânica, com ênfase em Fisiologia Vegetal, atuando principalmente nas áreas de nutrição e metabolismo e fisiologia da produção do cafeeiro e de plantas sob condições de estresse anaeróbico.  É o atual Coodenador do Programa de Pós-Graduação em Fisiologia Vegetal da UFLA e Presidente do XIV Congresso Brasileiro de Fisiologia Vegetal - Pocos de Caldas - 09 a 12 de setembro de 2013.

Rubens José Guimarães, Universidade Federal de Lavras, Departamento de Agricultura.

Possui graduação em Agronomia pela Escola Superior de Agricultura de Lavras (1981), mestrado em Agronomia Fitotecnia pela Escola Superior de Agricultura de Lavras (1994) e doutorado em Agronomia (Fitotecnia) pela Universidade Federal de Lavras (1995). Atualmente é professor associado nível 4 da Universidade Federal de Lavras, pesquisador - Consórcio Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento do Café, pesquisador bolsista/coord. projeto pesquisa do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico e pesquisador da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais. É Editor Chefe da Revista Científica Coffee Science do Consórcio Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento do Café desde sua criação. Tem experiência na área de Agronomia, com ênfase em Manejo da Lavoura Cafeeira, atuando principalmente nos seguintes temas: produção de mudas, cafeicultura irrigada, nutrição, e podas.

Rodrigo Luz da Cunha, Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais, Lavras.

Possui graduação em Agronomia pela Escola Superior de Agricultura de Lavras (1989), mestrado em Agronomia (Fitotecnia) pela Universidade Federal de Lavras (1997) e doutorado em Agronomia (Fitotecnia) pela Universidade Federal de Lavras (2003). Atualmente é pesquisador da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais. É membro do comitê do programa de cafeicultura pela Epamig. Tem experiência na área de Agronomia, com ênfase em Manejo e Tratos Culturais, atuando principalmente nos seguintes temas: cafeicultura, doenças do cafeeiro, podas e arborização.

References

ARRUDA, N.P.; HOVELL, A.M.C.; REZENDE, C.M. Discriminação entre estádios de maturação e tipos de processamento de pós-colheita de cafés arábica por microextração em fase sólida e análise de componentes principais. Química Nova, São Paulo, v. 34, n. 5, p. 819-824, fev. 2011. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422011000500017&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt

BALIZA, D.P. et al. Physiological characteristics and development of coffee plants under different shading levels. Revista Brasileira de Ciências Agrárias, Recife, v. 7, n. 1, p. 37-43, jan.-mar., 2012. http://agraria.pro.br/sistema/index.php?journal=agraria&page=article&op=view&path%5B%5D=agraria_v7i1a1305&path%5B%5D=1054 n

BALIZA, D.P. et al. Physiological quality of coffee seeds produced under different levels of solar radiation and maturation stages. Revista Brasileira de Sementes, Londrina, v. 34, n. 3, p. 416-423, 2012. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-31222012000300008&lng=pt&nrm=iso&tlng=en

BARRATT, D. H. P. et al. Normal growth of Arabidopsis requires cytosolic invertase but not sucrose synthase. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), Washington, v. 106, n. 31, p. 13124-13129, aug. 2009. http://www.pnas.org/content/106/31/13124.full?sid=aaefe40a-c70b-43ba9951efa41a4f8f09

BRADFORD, M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein biding. Analytical Biochemistry, New York, v. 72, n. 1/2, p. 248-254, may 1976. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0003269776905273

DAMATTA, F.M. et al. Ecophysiology of coffee growth and production. Braziliam Journal of Plant Physiology, Campos dos Goytacazes, v.19, n. 4, p. 485-510, out./nov. 2007.http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S16770420200700040000ng=pt&nrm=iso&tlng=en

FAGAN, E. B. et al. Efeito do tempo de formação do grão de café (Coffea sp) na qualidade da bebida. Bioscience Journal, Uberlândia, v. 27, n. 5, p. 729-738, set./out. 2011. http://www.seer.ufu.br/index.php/biosciencejournal/article/view/7172/7887

FARAH, A. et al. Correlation between cup quality and chemical attributes of Brazilian coffee. Food Chemistry, London, v. 98, n. 2, p. 373-380, apr./june 2006. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030881460500614X

FERREIRA, D. F. Sisvar: a computer statistical analysis system. Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 35, n. 6, p. 1039-1042, nov./dez. 2011. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S141370542011000600001&lng=pt&nrm=iso&tlng=en

GEROMEL, C. Metabolismo da sacarose em frutos de café. 2006. 115 p. Tese (Doutorado em Biologia Vegetal) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2006.

GEROMEL C. et al. Biochemical and genomic analysis of sucrose metabolism during coffee (Coffea arabica) fruit development. Journal of Experimental Botany, Oxford, v. 57, n. 12, p. 3243–3258, aug. 2006. http://jxb.oxfordjournals.org/content/57/12/3243.abstract

GEROMEL C. et al. Effects of shade on the development and sugar metabolism of coffee (Coffea arabica L.) fruits. Plant Physiology and Biochemistry, New Delhi, v. 46, n. 5/6, p. 569-579, may/jun. 2008. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S098194280800034X

GOMES, I.A.C. et al. Alterações morfofisiológicas em folhas de Coffea arábica L.cv. ‘Oeiras” sob influência do sombreamento por Acaia mangium Willd. Ciência Rural, Santa Maria, v. 38, n. 1, p. 109-115, fev. 2008. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S010384782008000100018&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt

JOËT, T. et al. Influence of environmental factors, wet processing and their interactions on the biochemical composition of green Arabica coffee beans. Food Chemistry, London, v. 118, n. 3, p. 693-701, feb. 2010. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814609007031

KANTEN, R. V.; VAAST, P. Transpiration of Arabica coffee and associated shade tree species in sub-optimal, low-altitude conditions of Costa Rica. Agroforestry Systems, Amsterdam, v. 67, n. 2, p. 187-202, jun. 2006. http://link.springer.com/article/10.1007/s10457-005-3744-y

KOCH, K.E.; ZENG, Y. Molecular approaches to altered C partitioning: genes for sucrose metabolism. Journal American Society Horticultural Science, Alexandria, v. 127, n. 4, p. 474-483, july 2002. http://journal.ashspublications.org/content/127/4/474.full.pdf+html

KOCH, K. E. Sucrose metabolism: regulatory mechanisms and pivotal roles in sugar sensing and plant development. Current Opinion Plant Biology, Stuttgart, v. 7, n. 3, p. 235-246, june 2004. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369526604000469

LAVIOLA, B. G. et al. Alocação de fotoassimilados em folhas e frutos de cafeeiro cultivado em duas altitudes. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v. 42, n. 11, p. 1521-1530, nov. 2007. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-204X2007001100002&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt

LEITE, G. H. P. et al. Reguladores vegetais e atividade de invertases em cana-de-açúcar em meio de safra. Ciência Rural, Santa Maria, v. 39, n. 3, p. 718-725, maio/jun. 2009. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S010384782009000300014&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt

MATSUMOTO, J. et al. Effects of Nighttime Heating on Cell Size, Acid Invertase Activity, Sucrose Phosphate Synthase Activity, and Sugar Content of Melon Fruit. Journal American Society Horticultural, Alexandria, v. 135, n. 6, p. 501–505, nov. 2010. http://journal.ashspublications.org/content/135/6/501.full.pdf+html

MILLER, G. L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry, Washington, v. 31, n. 3, p. 426-428, mar. 1959. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ac60147a030

PEZZOPANE, J. R. M. et al. Escala para avaliação de estádios fenológicos do cafeeiro Arábica. Bragantia, Campinas, v. 62, n. 3, p. 499-505, 2003. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S000687052003000300015&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt

ROITSCH, T. et al. Extracelular invertase: key metabolic enzyme and PR protein. Journal Experimental Botany, Oxford, v. 54, n. 382, p. 513-524, jan. 2003. http://jxb.oxfordjournals.org/content/54/382/513.full

ROITSCH, T.; GONZÁLEZ, M. Function and regulation of plant invertases: sweet sensations. Trends in Plant Science, London, v . 9, n. 12, p. 606-613, dec. 2004. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136013850400250X

ROSA, S.D.V.F. et al. The effect of storage conditions on coffee seed and seedling quality. Seed Science and Technology, Zurich, v.39, n.1, p.151-164, apr. 2011. http://www.ingentaconnect.com/content/ista/sst/2011/00000039/00000001/art00013

RUAN, Y. L. et al. Sugar input, metabolism, and signaling mediated by invertase: roles in development, yield potential, and response to drought and heat. Molecular Plant, Saint Paul, v. 3, n. 6, p. 942-955, nov. 2010. http://mplant.oxfordjournals.org/content/3/6/942.full

SOMOGYI, N. Notes on sugar determination. Journal Biological Chemistry, Bethesda, v. 195, n. 1, p. 19-23, mar. 1952. http://www.jbc.org/content/195/1/19.full.pdf+html

SOMPORN, C. et al. Effect of shading on yield, sugar content, phenolic acids and antioxidant property of coffee beans (Coffea Arabica L. cv. Catimor) harvested from north-eastern Thailand. Journal of the Science of Food and Agriculture, London, v. 92, n. 9, p. 1956-1963, july 2012. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jsfa.5568/full

STURM, A.; TANG, G. Q. The sucrose-cleaving enzymes of plants are crucial for development, growth and carbon partitioning. Trends in Plant Science, London, v. 4, n. 10, p. 401-407, oct. 1999. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138599014703

VAAST, P. et al. Fruit thinning and shade improve bean characteristics and beverage quality of coffee (Coffea arabica L.) under optimal conditions. Journal of the Science of Food and Agriculture, London, v. 86, n. 2, p. 197-204, jan. 2006. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jsfa.2338/full

VAN HANDEL, E. Direct microdetermination of sucrose. Analytical Biochemistry, New York, v. 22, n. 2, p. 280-283, fev. 1968. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0003269768903175

VEIGA, A.D. et al. Armazenabilidade de sementes de cafeeiro colhidas em diferentes estádios de maturação e submetidas a diferentes métodos de secagem. Revista Brasileira de Sementes, Londrina, v. 29, n. 1, p. 83-91, abr. 2007. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S010131222007000100012&lng=pt&nrm=iso&tlng=pt

WANG F. et al. Sucrose synthase, starch accumulation, and tomato fruit sink strength. Plant Physiology, Davis, v. 101, n. 1, p. 321–327, jan. 1993. http://www.plantphysiol.org/content/101/1/321.full.pdf+html?sid=5c398b12-4591-4562-bc20-491a133d9dfe

WENDLER, R. et al. Sucrose storage in cell suspension cultures of Saccharum sp. (sugarcane) is regulated by a cycle of synthesis and degradation. Planta, Berlin, v. 183, n. 1, p. 31-39, 1991. http://link.springer.com/article/10.1007/BF00197564

Published

2014-10-08

How to Cite

BALIZA, D. P.; SANTOS, M. O.; ALVES, J. D.; GUIMARÃES, R. J.; CUNHA, R. L. DA. Sucrose metabolism in coffee submitted to different shade levels. Coffee Science - ISSN 1984-3909, v. 9, n. 4, p. 445 - 455, 8 Oct. 2014.

Issue

Section

Articles