published_or_final_version / Chemistry / Doctoral / Doctor of Philosophy

A method employing solid-liquid extraction with methanol and solid-phase extraction (SPE) clean-up step using Supelco SupelcleanTM ENVITM -Carb 3 mL cartridges (0.25 g graphitized carbon adsorbent) followed by gas chromatography - mass spectrometry with negative chemical ionization (GC-NCI-MS) has been optimized and applied for determination of ultratrace concentrations of C6 - C12 perfluorinated carboxylic acids (PFCAs) in soil samples. A sophisticated multifactorial statistic method, response surface methodology, employing 1/16 fractional factorial design and the face centered central composite design as well has been applied to find the significant parameters which influence the extraction procedure of PFCAs and SPE clean-up step and to set the optimum extraction and clean-up levels of eight parameters evaluated yielding the maximum extraction recovery of all PFCAs. The analyte extraction recoveries and the limits of detection and quantification have been obtained. The recoveries of individual PFCAs were within a range from 85 to 100 % for analyte spiked concentration level of 1.1 ng g−1 and within a range from 91 to 107 % for analyte spiked level of 2.1 ng g−1 . The values of limits of detection were 1.9 - 3.0 pg g−1 and limits of quantification 6.4 - 10.1 pg g−1 . This analytical method has...

Submitted in fulfillment of the academic requirements for the Masters in Applied Sciences (Chemistry), Durban University of Technology, Durban, South Africa, 2016. / The main aim of this work was to produce levulinic acid (LA) from sugarcane bagasse (SB) and since there is approximately 3 000 000 tons of bagasse produced per annum by 16 factories that are located on the north coast of Kwa-Zulu Natal, after the extraction of sugar. For this project fructose was firstly used for the production of LA, thereafter SB was used to produce LA. Cellulose was extracted from sugarcane bagasse using two types of pre-treatments namely (i) acid-alkali pre-treatment and (ii) liquid hot water (LHW). In the latter method acid hydrolysis and enzymatic hydrolysis was used to hydrolyse cellulose to glucose. For the acid-alkali pre-treatment work, two types of bagasse was used namely (i) mill-run bagasse and (ii) depithed bagasse and for the LHW a mill-run bagasse (pellets form) was used. In both pre-treatment methods the glucose solution was then acid catalysed by two different acids (i) an environment friendly acid, methanesulfonic acid (MSA) and (ii) sulphuric acid, producing levulinic acid. The results showed that MSA and sulphuric acid produced almost the same yield of LA but, MSA is preferred for the production of LA since it is less toxic and less corrosive than sulphuric acid. / M

Orientador: Gustavo Habermann / Resumo: O alumínio (Al) é um dos componentes mais abundantes da crosta terrestre e é tóxico à maioria das plantas, sendo o seu primeiro sintoma de toxicidade a redução no crescimento radicular. Algumas plantas desenvolveram mecanismos para tolerar a presença do Al por meio da formação de complexos de ácidos orgânicos (AOs) com Al, internamente (no simplasto da folha ou das raízes) ou fora da raiz (apoplasto da raiz ou rizosfera). Neste trabalho, plantas de Titricum aestivum L. (Poaceae) (trigo) de cultivar sensível ao Al (ANAHUC75) e tolerante ao Al (JAC5) foram cultivados em diferentes concentrações de Al, variando o estado físico do meio, sendo estes sólido e líquido. Foram encontrados o ácido oxálico e succínico exsudados pelas raízes e acumulados no meio de cultura. Estes foram qualificados e quantificados por Cromatografia Gasosa por Espectrofotometria de Massas (GC-MS) e analisados por métodos estatísticos (ANOVA, teste de Kruskal-Wallis e PCA). Assim, foi possível verificar que o estado físico do meio de cultura gera diferenças significativas nas concentrações de exsudados pela raiz quando cultivadas nas mesmas concentrações de Al, visto que para o ácido succínico em ambas as cultivares e em todos os tratamentos e o ácido oxálico na cultivar tolerante apresentaram disparidade em relação aos teores exsudados. / Abstract: Aluminum (Al) is one of the most abundant elements of the Earth's crust and it is toxic to most plants, being the reduction of root growth its first toxicity symptom. Some plants have developed mechanisms to tolerate Al through the formation of organic acid complexes (AOs) with Al. This occurs internally (in the root or leaf symplast) or outside the root environment (root apoplast or even in the rhizosphere). Here, Titricum aestivum L. (Poaceae) (wheat) plants of an Al-sensitive cultivar (ANAHUC75) and an Al-tolerant cultivar (JAC5) were cultivated at different concentrations of Al, varying the physical state of the medium, being solid and liquid. Oxalic and succinic acid were exuded by the roots and accumulated in the culture medium. These were qualified and quantified by Mass Spectrophotometric Gas Chromatography (GC-MS) and analyzed by statistical methods (ANOVA, Kruskal-Wallis test and PCA). Thus, it was possible to verify that the physical state of the culture medium generates significant differences in the concentrations of root exudates when cultivated at the same Al concentrations, since for succinic acid in both cultivars and in all treatments and oxalic acid in tolerant cultivar presented disparity in relation to the exudate contents. / Mestre

O consumo de frutas e verduras na dieta está associado à redução da incidência de doenças crônicas não transmissíveis entre eles câncer, síndrome metabólica e doenças cardiovasculares. A atividade biológica atribuída à ingestão desses alimentos é relacionada principalmente à presença de compostos bioativos, entre eles os compostos fenólicos, tais como flavonoides e elagitaninos. Contudo, a biodisponibilidade e a influência destes compostos no metabolismo humano não estão estabelecidas. Assim, o objetivo geral do presente estudo foi investigar as alterações no metaboloma humano decorrente da ingestão de uma fonte rica em compostos fenólicos, o suco da grumixama roxa (Eugenia brasiliensis Lam.), buscando identificar possíveis pontos de regulação do metabolismo. Para isto, a grumixama, variedades amarela e roxa, foram caracterizadas quanto ao seu perfil de compostos fenólicos e administradas na forma de suco, em dose única, a voluntários saudáveis. A grumixama roxa se mostrou rica em antocianinas e elagitaninos, principalmente cianidina 3-O-glicosídeo e a strictinina, respectivamente. Para o ensaio clínico, 15 voluntários saudáveis consumiram, em dose única, suco de grumixama roxa (10 ml de suco/kg de peso corporal). Amostras de plasma e urina foram coletadas em diferentes tempos durante 24 h após ingestão e analisados por CG-MS e LC-ESI-MS/MS. Os metabólitos exógenos excretados na urina foram identificados como urolitinas e ácidos fenólicos, derivados da degradação, principalmente, pela microbiota dos elagitaninos e das antocianinas, respectivamente. Quatro urolitinas (A, B, C e D) foram encontradas na urina, principalmente como metabólitos de fase II, detectados a partir de 4 h após a ingestão do suco com aumento na concentração observado até 24h. Além disso, quatro ácidos fenólicos foram identificados, destes o ácido hipúrico como majoritário. 114 metabólitos, entre eles, 17 aminoácidos, 47 ácidos orgânicos, 7 outras classes de compostos e 43 compostos desconhecidos foram identificados por CG-MS, para os tempos de coleta de urina antes da ingestão de suco de grumixama (T0) e para os períodos de 1-2 h e 2-4 h após a ingestão. A OPLS-DA foi utilizada para descriminar os metabólitos alterados pela ingestão de suco de grumixama. A análise das vias metabólicas mostrou que a ingestão do suco de grumixama influenciou principalmente em três vias metabólicas: metabolismo do glioxilato e dicarboxilato (up-regulated), da beta-alanina (down-regulated) e da fenilalanina (up-regulated), sendo essas direcionadas ao metabolismo energético. Além disso, os extratos de grumixama roxa e amarela também foram testados em modelo animal (camundongo C57BL/6J) de obesidade e resistência à insulina induzido por uma dieta rica em lipídeos e açúcares. O tratamento com os extratos, concomitante à dieta e durante 8 semanas, promoveu modulação significativa do metabolismo lipídico. Como conclusões, a grumixama roxa mostrou ser uma boa fonte de antocianinas e elagitaninos, e a interação entre metabólitos oriundos da ingestão do fruto e dos metabólitos endógenos podem estar relacionados com alterações nos metabolismos de aminoácidos e energético. No entanto, mais estudos são necessários para elucidar e validar as hipóteses geradas. / The fruits and vegetables intake has been associated to the reduction of chronic non-communicable disease incidence, such as cancer, metabolic syndrome and cardiovascular diseases. The biological activities attribute to them has been related mainly to the phenolic compounds, such as flavonoids and ellagitannins, presents in their composition. However, the bioavailability and influence of these compounds under human metabolism still unclear. Thus, the objective of the present study was investigate changes in human metaboloma as a result of the acute intake of the polyphenol-rich source from purple grumixama juice (Eugenia brasiliensis Lam.), searching to identify possible sites of metabolic regulation. In this way, purple and yellow grumixama varieties were characterized to polyphenol profile, and a single dose of the purple grumixama juice was administered to healthy human. The purple grumixama showed be a good source of anthocyanins and ellagitannins, mainly cyanidin 3-O-glucoside and strictinin, respectively. In the clinical trial, 15 healthy subjects intake a single dose of purple grumixama juice (10 ml of juice/kg of body mass). Plasma and urine samples were collected, before and after intake (over 24 h), and analyzed by GC-MS and LC-MS. The exogenous metabolites excreted and identified in urine samples by LC-MS were identified as urolithins and phenolic acids, gut microbiota catabolites of ellagitannins and anthocyanins, respectively. Four urolithins were detected beginning excretion 4 h after juice intake, increasing over 24 h. Furthermore, four phenolic acids were identified, being the hippuric acid the majority of them. 114 metabolites were identified to urine collection points before and after intake (1-2 h and 2-4 h) by CG-MS, being 17 amino acids, 7 other classes, 47 organic acids and 43 unknown compounds. A OPLS-DA discriminated the metabolites changed by the grumixama juice intake. The pathway analysis showed that juice intake influenced mainly three metabolic pathways: glyoxylate and dicarboxylate metabolism (up-regulated), beta-alanine metabolism (down-regulated), and phenylalanine metabolism (up-regulated), being these pathways related to energetic metabolism. Furthermore, the purple and yellow grumixama fruits extracts were evaluated in animal model of obesity and insulin resistance (C57BL/6J mice) induced by high fatty and high sugar diet. The treatment, during 8 weeks, promoted lipid metabolism modulation. As conclusions, purple grumixama showed to be a good source of anthocyanins and ellagitannins, and the interaction among the metabolites from fruits and endogenous metabolites can be related to changes in energetic metabolism and amino acid metabolism. However, more studies are necessary to elucidate and validate these hypotheses.

A fim de contribuir para o conhecimento da composição química da aguardente de cana de açúcar e da eficiência de algumas etapas de sua produção, verificou-se o perfil qualitativo e quantitativo de 15 ácidos orgânicos (ácidos acético, lático , glicólico, pirúvico, oxálico, malônico, succínico, glutárico, caprico, citramálico, málico, láurico, cítrico, mirístico e palmítico) num total de 98 amostras de aguardentes, sendo 15 delas (destiladas e coletadas diretamente de alambiques), para cada fração de \"cabeça\", \"coração\" e \"cauda\". Destas, cinco amostras (oriundas do mesmo vinho) também foram destiladas tanto em colunas quanto em alambiques, para efeito de comparação. As demais são aguardentes prontas para o consumo, as quais foram atribuídas as qualidades de envelhecidas e descansadas. O objetivo deste trabalho é conhecer os perfis químicos qualitativo e quantitativo dos ácidos orgânicos em aguardentes de cana de açúcar, procurando correlacioná-los com o processo de destilação da bebida. O método de análise dos ácidos orgânicos consiste numa pré-concentração da amostra através da secagem completa de 20 mL de aguardente à temperatura ambiente e posterior adição de 200 µL de solução derivatizante. Um cromatógrafo para fase gasosa (CG) Hewlett-Packard modelo 5890, equipado com detector de ionização por chama, e uma coluna capilar DB-5 (5%-Phenyl-methylpolysiloxane) com dimensões de 50 m x 0,20 mm x 0,33 µm, foram utilizados durante a execução do trabalho. Para o tratamento dos resultados analíticos, efetuou-se a aplicação de métodos multivariados de análises (quimiometria), a fim de se observar tanto as similaridades entre os destilados de alambiques e colunas, quanto as frações de \"cauda\", \"coração\" e \"cabeça\", do destilado de alambique, como também observar as correlações entre a análise sensorial de aguardentes envelhecidas e descansadas, com os teores ácidos das mesmas. / In order to contribute to the knowledge of sugar cane spirits chemical composition and better understanding of the different distillation process during beverage\'s production, the qualitative and quantitative profile of 15 organic acids (acetic, lactic, glycolic, pyruvic, oxalic, malonic, succinic, glutaric, capric, citramalic, malic, lauric, citric, myristic and palmitic) have been studied in 98 sugar cane spirits samples. Fifteen of them (distilled and collected directly from alembics) for each fraction \"head\", \"heart\" and \"tail\". Five of these samples (obtained from the same wine) were distilled in both columns and stills, for comparison effect. The aim of this work is know the qualitative and quantitative chemistry profiles of organic acids in sugarcane spirits, correlate them with distillation process of drink. The methodology adopted for organic acids analysis was based on sample pre-concentration through complete drying 20 mL of spirit at room temperature and subsequent addition of 200 µL derivatizing solution. Hewlett-Packard 5890 model gas chromatograph (GC) equipped with flame ionization detector and capillary column DB-5 (5%-Phenyl-methylpolysiloxane) with dimensions of 50 m x 0.20 mm x 0.33 µm was used in this study. Multivariate analysis methods (chemometrics) were applied to the analytical results in order to observe similarities between alembic and column spirits, three fractions from alembic distillate and to evaluate the correlation between sensory analysis proprieties of aged and \"rested\" sugarcane spirits and to their acids contents.

O biohidrogênio, obtido a partir da fermentação de carboidratos, surge como alternativa aos combustíveis derivados de petróleo. O hidrogênio possui elevada densidade energética (141,9 J/kg) e a sua queima não emite carbono na atmosfera. Além disso, tecnologias modernas como as Células a Combustível Microbianas (CCM) estão sendo desenvolvidas para produção de energia elétrica a partir de matérias primas renováveis. O funcionamento dessas células envolve algumas reações, entre elas a oxidação dos compostos orgânicos, catalisada por microrganismos. Desse modo, o objetivo deste trabalho foi combinar duas formas de obtenção de energia renovável: a produção fermentativa de hidrogênio por uma cepa de Clostridium beijerinckii Br21 e o aproveitamento dos subprodutos dessa fermentação na geração de energia elétrica, através de uma CCM com um consórcio de microrganismos. Foi realizado um estudo de diferentes composições de meio de cultura para a produção fermentativa de H2 pelo C. beijerinckii Br21 visando aumentar a concentração de ácidos orgânicos a partir da glicose. Como principais subprodutos da fermentação foram detectados os ácidos lático, acético e butírico nas concentrações de 0,26, 0,30 e 2,90 g/L, respectivamente. Desse modo, uma CCM, na qual uma cultura mista de microrganismos cresceu no bioânodo foi alimentada com estes ácidos orgânicos separadamente (cerca de 1 g/L) e, posteriormente, com o efluente da produção de H2 para geração de energia elétrica. Em 7 dias de operação da CCM, a densidade de potência média se estabilizou em 1,2, 0,50, 0,62, 0,73 e 0,60 W/m2 nas CCMs alimentadas com os ácidos acético, butírico, lático, a mistura dos ácidos e com o efluente, respectivamente. Além disso, foi verificado por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) que o ácido lático, o ácido butírico e o efluente da fermentação promoveram maior crescimento do biofilme. Entretanto, na CCM alimentada com ácido acético, a qual teve o menor crescimento do biofilme, foi obtida a maior densidade de potência (1,2 W/m2). Portanto, nota-se que é possível combinar processos para aproveitar a energia contida em subprodutos da fermentação de H2 para gerar outro tipo de energia: a energia elétrica em uma célula a combustível microbiana. Desta forma as matérias primas renováveis podem ser aproveitadas de forma integral. / Biohydrogen obtained from carbohydrate fermentation constitutes an alternative to fuel oil derivatives. Hydrogen has high energy density (141.9 J/kg), and its burning does not release carbon into the atmosphere. Moreover, modern technologies such as Microbial Fuel Cells (MFCs) are being developed to produce electric energy from renewable raw materials. These cells operate through reactions, like organic compound oxidation, catalyzed by microorganisms. This study has combined two ways of obtaining renewable energy: fermentative hydrogen production by Clostridium beijerinckii Br21 strain and use of fermentation byproducts in electric energy production by a MFC associated with a microorganism consortium. Different culture medium compositions were evaluated for fermentative hydrogen production by C. beijerinckii Br21 in an attempt to increase the concentration of organic acids originating from glucose. The main fermentation byproducts were lactic, acetic, and butyric acids at concentrations of 0.26, 0.30, and 2.90 g/L, respectively. The MFC containing a mixture of microorganisms grown on the bioanode was fed with these organic acids separately (approximately 1 g/L) and subsequently fed with effluent from hydrogen production to generate electric energy. On day 7 of MFC operation, the average power density stabilized at 1.2, 0.50, 0.62, 0.73, and 0.60 W/m2 in MFCs fed with acetic acid, butyric acid, lactic acid, a mixture of the acids, and the effluent, respectively. Scanning Electron Microscopy (SEM) and quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) revealed that lactic acid, butyric acid, and fermentation effluent promoted higher biofilm growth. However, the MFC fed with acetic acid provided the lowest biofilm growth and the highest power density (1.2 W/m2). Therefore, it is possible to combine processes to take advantage of the energy contained in hydrogen fermentation byproducts to generate another type of energy: electric energy in a microbial fuel cell. In this way, entire renewable raw materials can be used.

Os queijos artesanais, elaborados com leite cru, são apreciados por suas características sensoriais peculiares. Com objetivo de assegurar a inocuidade destes produtos, a legislação brasileira estabeleceu padrões microbiológicos sanitários para estes alimentos. Microorganismos probióticos são conhecidos por sua capacidade de modular favoravelmente a microbiota do hospedeiro por meio da produção de substâncias antimicrobianas, em especial, os ácidos orgânicos e bacteriocinas. Assim, o presente estudo buscou avaliar a utilização de micro-organismos probióticos como alternativa para melhorar a qualidade microbiológica de queijos artesanais usando o Queijo Artesanal da Serra da Mantiqueira como modelo. Para tanto, foi incorporada à microbiota do leite uma preparação composta de 16 cepas de micro-organismos probióticos, obtendo-se uma concentração final de 3x106 UFC/ml de leite. A estratégia adotada consistiu em comparar os queijos inoculados com micro-organismos probióticos em relação aos queijos não inoculados (controle), durante o período de maturação de 45 dias, em três estações do ano (inverno, verão e outono). As amostras foram coletadas nos dias 1, 15, 30 e 45 para a determinação dos parâmetros: umidade, pH, concentrações de carboidratos, ácidos orgânicos e análises microbiológicas. Avaliou-se também a composição da microbiota dos queijos pela técnica do pirossequenciamento dos genes do rRNA 16S. Os resultados permitiram verificar que os gêneros predominantes na microbiota dos queijos foram Streptococcus, Lactobacillus e Lactococcus , em diferentes níveis nas três estações do ano. Foi possível observar que a incorporação das culturas probióticas resultou em diferentes efeitos nas estações avaliadas no que se refere às concentrações de carboidratos e ácido cítrico, bem como de ácidos orgânicos ao final dos 45 dias de maturação, possivelmente devido à variabilidade da microbiota verificada nas diferentes estações. No tocante às características microbiológicas, observou-se que, durante o período de maturação, 95% dos queijos confeccionados nas diferentes condições apresentaram padrões de qualidade em conformidade com o estabelecido na legislação, no que se refere às concentrações de coliformes termotolerantes, estafilococos coagulase positivos, Salmonella sp e Listeria sp independentemente da incorporação das culturas probióticas. Entretanto, a adição das culturas probióticas reduziu a carga microbiana de gêneros da família Enterobacter iaceae , em especial Enterobacter , Citrobacter , Klebsiella , Kluyvera e Obesumbacterium durante processo de maturação. Especificamente, o emprego das culturas probióticas resultou em redução do percentual total de Enterobacter iaceae na microbiota dos queijos de 0,41% para 0,17% no verão, e de 12,42% para 6,71% no outono. Neste contexto, a adição de culturas probióticas pode constituir alternativa viável para melhoria da qualidade microbiológica de queijos elaborados com leite cru por meio do incremento do potencial antagônico da microbiota sobre espécies de micro-organismos potencialmente patogênicos, toxigênicos e deteriorantes, além de agregar valor ao produto final. / Artisanal cheeses, made with raw milk, are appreciated for their sensorial profiles, which differentiates them from industrialized cheeses. In order to ensure safety to consumers, Brazilian legislation established microbiological standards for these products. Probiotics are well known for their ability to favorably modulate the host\'s microbiota by producing antimicrobial compounds, mainly organic acids and bacteriocins. Therefore, this study aimed to evaluate the use of probiotic microorganisms as an alternative to improve the microbiological quality of artisanal cheeses through inhibition of contaminating microorganisms, using Mantiqueira Highlands Artisanal Cheese as a model. To do so, a preparation consisting of 16 probiotic strains was added to the milk, at a final concentration of 3x106 CFU/ml. Additionally, the effects of this practice on pH, carbohydrates and organic acids concentrations over a 45 day ripening period were evaluated. Analyses of cheese bacterial community composition were also undertaken by means of 16S rRNA gene pyrosequencing. The strategy consisted of comparing cheeses made with probiotic cultures with a control group, to which no probiotic culture was added. Over a 45 day ripening period, in three seasons (winter, summer and autumn), samples were collected at days 1, 15, 30 and 45 in order to conduct pH, moisture, carbohydrate, organic acids, microbiological and pyrosequencing analyses. The results showed that the addition of probiotic cultures resulted in distinct effects in the different seasons regarding carbohydrate and organic acids concentrations, possibly due to variability in bacterial community composition. The results also demonstrated that 95% of cheeses were deemed acceptable according to Brazilian law regarding coliforms, positive coagulase staphylococci, Salmonella sp. and Listeria sp, regardless of adding probiotics. However, the incorporation of probiotic microorganisms resulted in reduced populations of genera belonging to Enterobacteriaceae family, especially Enterobacter, Citrobacter, Klebsiella, Kluyvera and Obesumbacterium, throughout the whole ripening process. Specifically, the addition of probiotic cultures reduced the total percentage of Entercobacteriaceae from 0,41% to 0,17% in the summer, and from 12,42% to 6,71% in the fall. In this context, the use of probiotic microorganisms may represent a viable alternative for improving microbiological quality of raw milk cheeses by means of incrementing the antagonistic potential of cheese microbiota towards potentially pathogenic and toxigenic microorganisms.

A matéria orgânica do solo (MOS) é composta de uma mistura complexa e heterogênea de compostos orgânicos, sendo as substâncias húmicas (SH) a fração mais recalcitrante da MOS. As SH têm grande influência sobre as propriedades químicas e biológicas do solo, contribuindo como fonte de energia para microrganismos e também contribuindo com a disponibilidade de nutrientes. Além disso, as SH podem contribuir de forma expressiva para o desenvolvimento e produção das plantas cultivadas. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade e diversidade da comunidade bacteriana do solo, a disponibilidade de nutrientes e a produtividade da cultura de trigo após aplicação de doses crescentes de SH. Dois experimentos foram montados e avaliados, sendo um ensaio de incubação com um solo arenoso e outro um experimento de casa de vegetação com plantas de trigo em dois solos tropicais distintos (textura arenosa e argilosa). Houve um estímulo à atividade microbiana em ambos os experimentos, sendo este estímulo transitório, o que provavelmente ocorreu devido a um efeito priming provocado pela adição de SH. No entanto não houve alteração na estrutura da comunidade bacteriana pela adição de SH, o que pode ser devido ao fato de ser um material recalcitrante e já presente no solo. Também houve aumento na disponibilidade de fósforo, potássio, cálcio e nitrogênio, bem como da CTC, tanto em solo arenoso quanto argiloso, expressando o efeito das SH na melhoria das propriedades químicas de solos tropicais. Além disso, um efeito significativo foi visto em parâmetros relacionados à produtividade do trigo. Houve aumento de massa seca de raízes e parte aérea, além de aumento no peso e número de grãos, o que pode se refletir em aumento considerável de produtividade. Esses resultados são importantes por mostrarem que mesmo a fração mais recalcitrante da MOS pode influenciar positivamente aspectos químicos e biológicos do solo, contribuindo com a melhoria do sistema de produção e também com maiores produtividades vegetais. / The soil organic matter (SOM) is composed of a complex and heterogeneous mixture of organic compounds, in which the humic substances (HS) are considered to be the most recalcitrant fraction. HS have great influence on chemical and biological soil properties, contributing as energy source for microorganisms and as nutrient reservoir for plants. Furthermore, HS can contribute significantly to the development and production of crop plants. Therefore, the objective of this study was to evaluate the activity and diversity of the soil bacterial community, nutrient availability and productivity of a wheat crop after application of increasing doses of HS. For this purpose, two experiments were performed and evaluated, one is an incubation essay with a sandy soil and the other a greenhouse experiment with wheat plants using two distinct tropical soils as substrates (sandy and clayey). Microbial activity was stimulated in both experiments, and this transient stimulus may have been due to a priming effect caused by the addition of HS. However, there was no change in the bacterial community structure which may be due to the fact that HS is a recalcitrant material and already present in the soil. Nevertheless, we found an increase in the availability of phosphorus, potassium, calcium and nitrogen, as well as in the CEC in both, sandy and clayey soils, showing that HS do improve chemical properties of tropical soils. Furthermore, we found a significant effect on wheat productivity related parameters. There was an increase of dry weight of roots and shoots, as well as increased weight and number of grains, which may be reflected in a significant increase in productivity. These results are important because they show that even the most recalcitrant SOM fraction can positively influence soil chemical and biological aspects, contributing to the improvement of the production system and also to higher plant productivity.

Submitted by (edna.saturno@ufrpe.br) on 2016-12-19T16:02:21Z No. of bitstreams: 1 Pollyanna Ferreira Vilar.pdf: 1431346 bytes, checksum: 68f317589bdbf5cbdf6d9efad2a5d4cf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-19T16:02:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pollyanna Ferreira Vilar.pdf: 1431346 bytes, checksum: 68f317589bdbf5cbdf6d9efad2a5d4cf (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The aim of this study was to evaluate the biochemical changes occurring in an Ultisol planted with green manure and an Oxisol Humic after liming. In the experiment with green manure was used randomized complete blocks with plot scheme on track with 5 treatments (Crotalaria; Soybean perennial; Guandu dwarf; Calopogonio and spontaneous vegetation) and 4 replications. We performed the chemical, biochemical and biological attributes, identification and quantification of organic acids in soil after application of the treatments. The dwarf pea had the highest dry matter production and green, higher accumulation of N, P, K and C. The perennial soybean showed higher levels of P and K. The sunnhemp higher concentrations of N, and dwarf pea higher C content in its dry mass. Green manures had lower C / N ratio The microbial biomass carbon showed higher value in the treatment dwarf pigeonpea (578.12 mg kg CBM-C-1). The microbial respiration was influenced by the use of perennial legume sunn hemp and soy. The highest levels of total organic carbon were observed in treatments with perennial soybean, calopo and crude. The treatment showed the highest content of water-soluble carbon was the dwarf pigeonpea (109.34 mg kg-C 1solo dry). The use of legumes promoted the increased enzyme activity in the soil. Treatment with pigeonpea contributes to higher levels of free light fraction organic matter. Treatment with calopo was what had higher C content in fraction F4, corresponding to 34% of TOC. BMI was higher in the soil with cultivation of pigeonpea dwarf, demonstrating that this legume plant residue promoted the maintenance of carbon stocks. In all treatments was observed only the presence of acetic acid, with the highest concentration in the soil after cultivation of perennial soybean. In the experiment with dystrophic experimental design used was completely randomized block in a 2x5 factorial arrangement with four replications, with the first factor represented by the SC treatments (without liming) and CC (with lime application), and the second factor 5 evaluation periods (7, 14, 30, 45 and 60 days). The liming treatments CC was 3.35 t ha-1. We performed the chemical, biological attributes, identification and quantification of organic acids in soil after application of the treatments. Liming increased soil pH and calcium, in addition to reducing the potential acidity of the soil. The phosphorus content was higher 30 days after the application of limestone (3.50 mg kg-1). The highest levels of sodium were observed within 60 days in treatments with and without liming. The higher nitrogen content was obtained 45 days after lime application. The content of the microbial biomass was higher at 7 days in the ground where there was liming with 383.68 mg C kg-CBM-1. The largest amount of total organic carbon was observed at 14 days in water without liming. The higher respiratory activity was observed in the soil where no lime application in periods of 30 and 60 days. For treatments with lime application, detected the presence of acetic acid in all periods, with a period of 30 days at the highest concentration, with 16.21 mg kg-1. Only in the period of 7 days in the treatment without lime application was observed the presence of acetic acid. / O objetivo do trabalho foi avaliar as alterações bioquímicas ocorridas em um Argissolo Amarelo cultivado com adubos verdes e em um Latossolo Húmico após a aplicação de calcário. No experimento com adubo verde foi utilizado delineamento experimental de blocos ao acaso com esquema de parcela em faixa com 5 tratamentos (Crotalária; Soja perene; Guandu anão; Calopogônio e Vegetação espontânea) e 4 repetições. Foi realizada a caracterização química, atributos biológicos e bioquímicos, identificação e quantificação de ácidos orgânicos no solo após a aplicação dos tratamentos. O guandu anão apresentou as maiores produção de massa seca e verde, maior acumulo de N, P, K e C. A soja perene apresentou maiores teores de P e K. A crotalária apresentou maiores teores de N, e o guandu anão maiores teores de C em sua massa seca. Os adubos verdes apresentaram menor relação C/N. O carbono da biomassa microbiana apresentou maior valor no tratamento com feijão guandu anão (578,12 mg de C-CBM Kg-1). A respiração basal microbiana foi influenciada com a utilização das leguminosas crotalária e soja perene. Os maiores teores de carbono orgânico total foram observados nos tratamentos com soja perene, calopogônio e crotalária. O tratamento que apresentou maior teor de carbono solúvel em água foi o guandu anão (109,34 mg de C Kg -1solo seco). A utilização de leguminosas promoveu o aumento da atividade enzimática no solo. O tratamento com feijão guandu contribui com o maior teor de fração leve livre da matéria orgânica. O tratamento com calopogônio foi o que obteve maior teor de C na fração F4, correspondendo a 34% do COT. O IMC foi maior no solo com cultivo com guandu anão, demonstrando que o resíduo vegetal desta leguminosa promoveu a manutenção dos estoques de carbono. Em todos os tratamentos foi observada apenas a presença do ácido acético, com maior concentração no solo após o cultivo da soja perene. No experimento com Latossolo foi utilizado delineamento experimental em bloco inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2x5, com 4 repetições, sendo o primeiro fator representado pelos tratamentos SC (sem aplicação de calcário) e CC (com aplicação de calcário), e o segundo fator os 5 períodos de avaliação (7, 14, 30, 45 e 60 dias). A dose de calcário nos tratamentos CC foi de 3,35 t ha-1. Foi realizada a caracterização química, atributos biológicos, identificação e quantificação de ácidos orgânicos no solo após a aplicação dos tratamentos. A aplicação de calcário aumentou o pH do solo e os teores de cálcio, além de reduzir a acidez potencial do solo. O teor de fósforo foi maior no período de 30 dias após a aplicação de calcário (3,50 mg kg-1). Os maiores teores de sódio foram observados no período de 60 dias, nos tratamentos com e sem a aplicação de calcário. O maior teor de nitrogênio foi obtido aos 45 dias após a aplicação de calcário. O teor do carbono da biomassa microbiana foi maior aos 7 dias no solo onde não houve a aplicação de calcário, com 383,68 mg de C-CBM Kg-1. A maior quantidade de carbono orgânico total foi observada aos 14 dias no tratamento sem aplicação de calcário. A maior atividade respiratória foi observada no solo onde não houve a aplicação de calcário nos períodos de 30 e 60 dias. Para os tratamentos com a aplicação de calcário, foi detectada a presença do ácido acético em todos os períodos avaliados, apresentando o período de 30 dias a maior concentração, com 16,21 mg kg-1. Apenas no período de 7 dias no tratamento sem aplicação de calcário foi observada a presença do ácido acético.