Las especies vegetales están continuamente desafiadas por un extenso número de microorganismos patógenos en su ambiente natural, principalmente bacterias, hongos y virus. Las plantas cuentan con un amplio arsenal de mecanismos de defensa tanto constitutivos como inducibles frente a estos patógenos. Los mecanismos inducibles incluyen el estadillo oxidativo, muerte celular rápida y localizada, acumulación de fitoalexinas y la síntesis de proteínas relacionadas con la patogénesis (Proteínas PR). Centrándose en las fitoalexinas, estas son compuestos antimicrobianos de bajo peso molecular producidos por las plantas en respuesta a estrés biótico y abiótico. Las fitoalexinas poseen un amplio rango de propiedades antifúngicas en varias especies de plantas. Debido a esto, estos compuestos han sido objeto de numerosos estudios en los últimos 20 años. En la Vid, Vitis vinífera L., la respuesta mejor caracterizada y más frecuente frente a la infección fúngica es la extensa acumulación de fitoalexinas y de proteínas relacionadas con la patogénesis. Entre la gran diversidad de compuestos naturales bioactivos producidos por las especies de Vitis sp. las fitoalexinas están formadas por un grupo reducido de moléculas que pertenecen a la familia de los estilbenos. Las células de vid son capaces de acumular estilnenos en respuesta a estrés biótico y abiótico. Los estilbenos de la vid derivan primariamente del trans-resveratrol (tR) (3,4`,5 -trihidroxiestilbeno), el cual puede sufrir modificaciones químicas, como glicosilación, metilación, hidroxilación y oligomerización, dando lugar a varios derivados bioactivos. tR es producido como producto final de la ruta fenilpropanoide mediante la condensación de tres moléculas de malonil-CoA con una molécula de 4-cumaroil-CoA en una reacción catalizada por la Estilbeno Sintasa (STS). Los estilbenos de la vid han sido ampliamente estudiados ya que poseen unas propiedades en la salud humana sorprendentes. Se han observado beneficios del tR en las principales enfermedades humanas, como agente cardioprotector, como inhibidor de la carcinogénesis, neuro protector y antienvejecimiento entre otros, ya que tR posee un alto efecto antioxidante. Por lo tanto, el interés farmacéutico, nutracéutico y biotecnológico del tR y por tanto de la vid, han ido en aumento desde los últimos 20 años. De la misma manera, la respuesta de defensa ha sido estudiada en cultivos celulares de vid utilizando inductores naturales de esta respuesta. En este sentido, la 2,6 dimetil-ꞵ-ciclodextrina (MBCD) ha demostrado poseer un gran poder elicitor, promoviendo la producción de tR y su acumulación extracelular. Estos estudios han permitido profundizar en los diferentes mecanismos de regulación de la producción de estos compuestos a través de análisis transcriptómicos y proteómicos. Sin embargo, estos análisis revelaron algunos genes y proteínas cuyo papel en esta respuesta es desconocida hasta hoy. Este es el caso de dos parálogos de Fosfoenolpiruvato carboxilasa quinasa (PPCK). La presente tesis doctoral está centrada en el estudio del posible papel regulador de la enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa quinasa (PPCK) en la producción de resveratrol y otros metabolitos secundarios en cultivos celulares de vid. La hipótesis principal de esta tesis es que dicha enzima podría estar regulando el flujo del carbono entre el metabolismo primario y secundario, con la finalidad de potenciar este último en condiciones de estrés. Para demostrar esta hipótesis, el contenido de la tesis se divide en 4 capítulos principales. El primer capítulo consiste en el desarrollo de un método analítico basado en espectrometría de masas de triple cuadrupolo para la detección precisa y la cuantificación exacta de resveratrol y sus derivados bioactivos, producidos por la vid. El segundo capítulo es un estudio transcripcional de 2 isoformas de la enzima PPCK, así como el sustrato de esta última (la enzima fosfoenolpiruvato carboxilsa, PPC), en condiciones de estrés, además de estudiar la coexpression con enzimas y factores de transcripción cuyo papel en la producción de resveratrol se conoce con anterioridad. En este capítulo se demuestra tanto en cultivos celulares de vid, como en hojas intactas, que los genes PPCK son fuertemente reprimidos en condiciones de estrés, mientras que los genes PPC permanecen invariables. En cambio se produce un descenso en torno al 20-30% en la actividad específica de la enzima PPC en tales condiciones. Por otro lado, en tales condiciones se observa la correlación entre la represión de los genes PPCK y el incremento en la producción de resveratrol y otros estilbenos. Es conocido que los cambios de actividad en la enzima PPC son debidos a cambios en la fosforilación de la misma, los cuales a su vez son regulados por la PPCK. Por lo tanto el capítulo 3 consiste en el desarrollo de un método para detectar y cuantificar cambios en el patrón de fosforilación de la enzima PPC, adoptando una estrategia de proteómica dirigida. El desarrollo de esté método para la proteína PPC ha permitido observar como el estrés inducido por MBCD provoca un descenso en el grado de fosforilación de la enzima PPC, lo cual correlaciona directamente con el descenso en su actividad específica, y ambos efectos a su vez están correlacionados con la represión génica de su proteína reguladora PPCK. Por último el capítulo 4 es el análisis funcional de los genes PPCK, a través de transformación genética estable de cultivos celulares de vid, con la finalidad de sobreexpresar los genes PPCK, y del silenciamiento genético de los mismos. Los cultivos celulares transformates que sobreexpresaban alguno de los dos parálogos de PPCK resultaron acumular menos resveratrol en condiciones de estrés en comparación con la estirpe silvestre (WT) avalando de esta manera nuestra hipótesis inicial. Además, este efecto no afectaba únicamente a la producción de resveratrol, si no a una gran variedad de metabolitos secundarios producidos en la ruta fenilpropanoide (Flavonoides, taninos condensados, ácidos hidroxicinámicos etc.) sugiriendo que el papel de la enzima PPCK está implicado en la regulación del suministro de carbono hacia esa vía en condiciones de estrés. Por último, el silenciamiento genético tuvo una eficiencia inadecuada, sugiriendo que los genes PPCK pueden ser esenciales, y difícilmente manipulables por en la región metabólica en la que participan. / La presente tesis doctoral ha sido financiada gracias a la subvención de Ministerio de economía y competitividad (BIO2014-51861-R) y (BIO2017- 82374-R). Así mismo, las dos estancias de investigación realizadas en el Integrative Biology Institute, Liverpool University, (Liverpool) han sido financiadas por la Escuela de Doctorado de la Universidad de Alicante, a través del programa de subvenciones para facilitar la obtención de la mención de Doctorado internacional en el título de Doctor y por la European Molecular Biology Organization (EMBO) a través de su programa Short-term Fellowships (ASTF No 7754).

Measuring the metabolite profile of plants can be a strong phenotyping tool, but the changes of metabolite pool sizes are often difficult to interpret, not least because metabolite pool sizes may stay constant while carbon flows are altered and vice versa. Hence, measuring the carbon allocation of metabolites enables a better understanding of the metabolic phenotype. The main challenge of such measurements is the in vivo integration of a stable or radioactive label into a plant without perturbation of the system. To follow the carbon flow of a precursor metabolite, a method is developed in this work that is based on metabolite profiling of primary metabolites measured with a mass spectrometer preceded by a gas chromatograph (Wagner et al. 2003; Erban et al. 2007; Dethloff et al. submitted). This method generates stable isotope profiling data, besides conventional metabolite profiling data. In order to allow the feeding of a 13C sucrose solution into the plant, a petiole and a hypocotyl feeding assay are developed. To enable the processing of large numbers of single leaf samples, their preparation and extraction are simplified and optimised. The metabolite profiles of primary metabolites are measured, and a simple relative calculation is done to gain information on carbon allocation from 13C sucrose. This method is tested examining single leaves of one rosette in different developmental stages, both metabolically and regarding carbon allocation from 13C sucrose. It is revealed that some metabolite pool sizes and 13C pools are tightly associated to relative leaf growth, i.e. to the developmental stage of the leaf. Fumaric acid turns out to be the most interesting candidate for further studies because pool size and 13C pool diverge considerably. In addition, the analyses are also performed on plants grown in the cold, and the initial results show a different metabolite pool size pattern across single leaves of one Arabidopsis rosette, compared to the plants grown under normal temperatures. Lastly, in situ expression of REIL genes in the cold is examined using promotor-GUS plants. Initial results suggest that single leaf metabolite profiles of reil2 differ from those of the WT. / Messungen des pflanzlichen Metaboloms können ein hilfreiches Werkzeug sein, um Pflanzen zu phänotypisieren. Jedoch sind die Änderungen der Poolgrößen teilweise schwer zu interpretieren, weil sich nicht nur die Poolgrößen sondern auch die Kohlenstoffflüsse unabhängig voneinander ändern können. Werden nun zusätzlich Informationen über die Flüsse ermittelt, kann der pflanzliche Phänotyp deutlich genauer beschrieben werden. Die größte Herausforderung für diese Messungen ist die In-vivo-Integration einer stabilen oder radioaktiven Markierung in einer Pflanze, ohne das System dabei zu stören. In dieser Arbeit wird ein Verfahren entwickelt, um die Verteilung von Kohlenstoffen aus einer gefütterten Vorstufe zu messen. Die Messung basiert dabei auf einem Primärmetabolitenprofil, das mit Hilfe eines Massenspektrometers mit vorgeschaltetem Gaschromatographen erstellt wird (Wagner et al. 2003; Erban et al. 2007; Dethloff et al. eingereicht). Mit dieser Methode ist es einfach möglich, stabile Isotopenprofildaten neben herkömmlichen Metabolitprofildaten zu erzeugen. Die Vorstufe, in diesem Fall 13C Saccharose, wird dazu mit Hilfe eines neuen Petiolen- und Hypokotyl-Fütterungs-Assay in die Pflanze gefüttert. Um die große Menge an Einzelblattproben aufzuarbeiten, die dabei anfallen, wird eine vereinfachte und optimierte Extraktion angewendet. Mit Hilfe einer einfachen Berechnung kann aus den Messdaten eine relative Verteilung des Kohlenstoffs aus 13C Saccharose bestimmt werden. Die Funktionalität dieses Verfahrens wird an Einzelblättern von Arabidopsis-Rosetten gezeigt, wobei sowohl Primärmetabolitenprofile als auch stabile Isotopenprofile erzeugt und untersucht werden. Es kann hierbei gezeigt werden, dass konventionelle Poolgrößen und 13C Poolgrößen einiger Metaboliten eng mit dem relativen Wachstum einzelner Blattpositionen bzw. mit dem jeweiligen Entwicklungsstadium der Blätter zusammenhängen. Anders als bei den meisten anderen Metaboliten zeigen die konventionellen Poolgrößen und 13C Poolgrößen von Fumarsäure ein unterschiedliches Verhalten in den einzelnen Blättern, was Fumarsäure zum interessantesten Kandidaten für weitere Studien macht. Die beschriebenen Untersuchungen werden weiterhin an in Kälte gewachsenen Pflanzen durchgeführt, wobei erste Ergebnisse ein verändertes Metabolitenprofil in den einzelnen Blättern zeigen. Des Weiteren wird die In-situ-Expression von REIL-Genen mit Hilfe von Promotor-GUS-Reportern untersucht. Erste Ergebnisse von Einzelblatt-Metabolitenprofilen der reil2 zeigen einen deutlichen Unterschied zum WT.

Carbon (C) is an essential element for all life. However, modern livestock keeping and usage of carbon through burning of fossil fuels are resulting in increased concentrations of carbon dioxide and methane in the atmosphere, two important greenhouse gases (GHG).  Rising concentrations of  GHGs in the atmosphere  is one of the world’s most pressing issues  and  is evidently resulting in rising global temperatures. Nations are fighting to reach net zero emissions of carbon dioxide, and Sweden has set out to have net zero emissions by 2045. To reach this goal, system changes are needed over all sectors in Sweden. The aim of this study is therefore to provide a holistic picture of anthropogenic carbon flows, sources and sinks in Sweden to contribute to a better understanding of the functioning of the Swedish anthropogenic  carbon system. This is done by quantifying the most significant  anthropogenic  carbon sources, flows, and sinks, and visualise them in substance flow charts. The results from this study will thus provide insight into the functioning of the Swedish anthropogenic carbon system.  Through the practical usage of Substance Flow Analysis, this study identifies and quantifies anthropogenic  carbon flows between the sectors set out by  the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories; (i) Agriculture, Forestry and Other Land Use (AFOLU), (ii) Industrial Processes and Product Use (IPPU), (iii) Energy, and (iv) Waste. The study also regards imports, exports, extractions from the lithosphere, and emissions to the atmosphere. Furthermore, the study analyses and visualises how carbon flows between different activities within each above-mentioned sector.  The major identified carbon flows occur in the Energy sector, the IPPU sector, and the AFOLU sector. In the Energy sector,  transportation  and  electricity production  &  domestic heating  are  the main contributing activities to emissions of carbon, and in the IPPU sector, industrial processing is subjected to the largest carbon flows. The carbon flows related to  the  transportation,  electricity production  & domestic heating and  industrial  processing activities depend largely on fossil carbon. Targeting these activities with  measures to reduce fossil fuels could potentially have  positive trade-off effects on the Swedish  anthropogenic  carbon system.  The forestry activity in the AFOLU sector  act as an important carbon sink, through capturing significant amounts of carbon each year.  The  result  from this study  provides  a holistic  visualisation  of the  Swedish carbon flows, sources and sinks that occur from anthropogenic activities. It  can be used as tool to describe the relation between different sectors and activities, and it contributed to an understanding of the functioning of the Swedish anthropogenic carbon system. / Kol (C) är en väsentlig beståndsdel för allt liv. Modern  boskapshållning och användning av kol genom förbränning av fossila bränslen leder dock till ökade koncentrationer av koldioxid och metan i atmosfären, två viktiga växthusgaser (GHG). Stigande koncentrationer av växthusgaser i atmosfären är en av världens mest akuta frågor och leder till stigande globala temperaturer. Nationer världen över kämpar för att nå nettonollutsläpp av koldioxid och Sverige har satt som mål att ha nettonollutsläpp till 2045. För att nå detta mål krävs flera systemförändringar inom alla sektorer i Sverige Syftet med denna studie är därmed att ge en helhetsbild av antropogena kolflöden, källor och sänkor i Sverige, vilket kan bidra till en bättre förståelse för  det antropogena kolets kretslopp i det  svenska  systemet. Detta görs genom att kvantifiera de viktigaste antropogena kolkällorna, flödena och sänkorna, och visualisera dem i ämnesflödesscheman.  Resultaten från denna studieger  därmed  insikt i  det svenska  antropogena kolkretsloppet. Genom tillämpning av ämnesflödesanalys identifierar och kvantifierar denna studie  antropogena kolflöden mellan de sektorer som anges i 2006 års IPCC:s riktlinjer för nationella inventeringar av växthusgaser; (i) Jordbruk, skogsbruk och annan markanvändning (AFOLU), (ii) Industriella processer och produktanvändning (IPPU), (iii) Energi och (iv) Avfall. Studien omfattar även import, export, utvinning från litosfären och utsläpp till atmosfären. Vidare analyserar och visualiserar studien hur kol flödar mellan olika verksamheter inom varje ovan nämnda sektor. De största identifierade kolflödena förekommer inom energisektorn, IPPU-sektorn och AFOLU-sektorn. Inom energisektorn är transporter  samt  elproduktion och uppvärmning de huvudsakliga bidragande aktiviteterna  till utsläpp av kol, och inom IPPU-sektorn  står industrier  för de största kolflödena. Kolflödena relaterade till transporter, elproduktion och uppvärmning,  samt  industriell bearbetning beror till stor del på fossil energi. Riktade åtgärder för att minska användningen av fossila bränslen inom dessa  aktiviteter  kan potentiellt ha positiva effekter  på det svenska  antropogena kolkretsloppet. Skogsbruk i AFOLU-sektorn fungerar som en viktig kolsänka genom att fånga upp betydande mängder kol varje år. Resultatet från denna studie ger en holistisk visualisering av de svenska kolflöden, källor och sänkor som uppstår från antropogen verksamhet. Den kan användas som ett verktyg för att beskriva relationen mellan olika sektorer och verksamheter och bidra till en förståelse för det svenska antropogena kolets kretslopp.

Earth is exposed to an amount of energy that is fixed organically via photosynthesis and stored as fossil fuels, which are currently the major energy sources of humanity. Since Arrhenius concluded that carbon dioxide emissions from fossil fuels could lead to a climate warming, studies have sought ways to reduce human contribution on the environment to mitigate possible negative impacts on climate. The increasing world population is an obstacle for the efforts to reduce CO2 emissions and other greenhouse gases (GHG), because it demands more energy for transportation, electricity and heating. Among several renewable energy sources, biomass for fuels stands out, such as sugarcane ethanol in Brazil. Using biomass for fuels may help reducing the pressure on fossil fuels, besides, fixing organic carbon already emitted, contributing to mitigate problems of climate change and global warming. Thus, this study aims to analyse carbon cycles of mitigating emissions from fossil fuels with biofuel based on useful energy (exergy) content to determine the equivalent area required. Previous studies of life cycle assessment in sugarcane and eucalyptus were used to obtain carbon- and energy-flow data. These data were applied to estimate the available exergy to the final user through different routes of biofuel production, including current and evolving technologies. Exergy assessment demonstrated that on average, each Mg of biomass produced, led to a change of 3.02 GJ on sugarcane scenarios and 5.93 GJ on eucalyptus scenarios. Reducing sugarcane straw moisture from 50% to 30% increased the exergy output in 13.32 GJ ha-1, an increase of 0.67 GJ ha-1 for each 1% of moisture reduce. Eucalyptus to firewood, reducing moisture from 20% to 15% had an increase of 7.52 GJ ha-1 in the exergy output, representing 1.50 GJ ha-1 of increase for each 1%. This kind of assessment brings a new point of view in carbon mitigation, looking for its functionality. Biofuel use implications in environmental, social and economic aspects were also studied through a hybrid input-output life cycle assessment (IO-LCA) showing differences between the occupation of land use and two different ways of sugarcane production. The IO-LCA showed, in areas of land use change from pasture to sugarcane, energy consumption is increased by 3.7 times, employment is reduced by 5.4 times, and GHG emissions are reduced to only 2% of original emissions for each unit of R$ of final demand changed Most of the employment is generated by the sugarcane supply chain sector. Comparing sugarcane produced by the mills, it originates more direct full time jobs and probably in a more formal job market than sugarcane produced by farm suppliers. Farm suppliers use less energy and release less GHG than mills sugarcane production. / A energia à qual o planeta é exposto é fixada organicamente via fotossíntese e estocado na forma de combustíveis fósseis, atualmente, as maiores fontes energéticas da humanidade. Desde que Arrhenius concluiu que emissões de CO2 decorrentes de combustíveis fósseis, poderiam levar a um aquecimento do clima, até os dias atuais, estudos buscam formas de reduzir os impactos antrópicos de forma a atenuar possíveis problemas climáticos. Os esforços para a redução de emissões de CO2 e outros gases de efeito estufa (GEE) têm como obstáculo uma população mundial crescente, que demanda cada vez mais energia para transporte, eletricidade e calor. Dentre as possibilidades de uso de fontes renováveis de energia, a biomassa é uma que se destaca em alguns países, como no caso do uso de etanol de cana-de-açúcar no Brasil. O uso de biomassa para a produção de combustíveis auxilia na redução da pressão para o uso de mais combustíveis fósseis e fixa organicamente o carbono emitido, contribuindo duplamente para a mitigação de problemas com mudanças climáticas e aquecimento global. O presente trabalho analisa os ciclos de carbono em biocombustível, correlacionando-os com sua energia útil (exergia) valorando a equivalência em área para a produção da exergia equivalente de combustíveis fósseis através de uma nova metodologia de avaliação de mitigação. Foram utilizados trabalhos existentes de análise de ciclo de vida em cana-de-açúcar e eucalipto para obtenção dos dados de inventário e fluxos de carbono e energia. Realizaram-se cálculos de exergia disponível ao usuário final com diferentes rotas de produção de biocombustível, abrangendo tecnologias atuais e em desenvolvimento. Na avaliação exergética, reduzir a humidade da palha da cana de 50% a 30% aumentou a exergia disponível em 13,32 GJ ha-1, 0,67 GJ ha-1 para cada 1% de redução na humidade. No caso do eucalipto para combustão, reduzindo-se a umidade de 20% a 15% houve um aumento de 7,52 GJ ha-1, 1,50 GJ ha-1 para cada 1% de umidade. Em média, cada Mg de biomassa produzida aumentou 3,02 GJ em cenários de cana de açúcar e 5,93 GJ em cenários de eucalipto. Este conceito traz uma nova perspectiva na mitigação de carbono, avaliando-o por sua funcionalidade. Também foram estudadas as implicações do uso de biocombustíveis em aspectos ambientais, sociais e econômicos em uma análise híbrida de ciclo de vida e insumo-produto (ACV-IP) evidenciando diferenças entre ocupação do uso de solo e duas maneiras de produção de cana-de-açúcar. A ACV-IP demonstrou que, em áreas de mudança do uso do solo de pastagem para cana de açúcar, o consumo de energia aumenta em 3,7 vezes, o emprego é reduzido em 5,4 vezes, e as emissões de GEE são reduzidas à apenas 2% das emissões originais para cada unidade de R$ de alteração na demanda final. A maior parte do emprego é gerado pelo setor da cadeia de suprimentos de produção de cana. A cana produzida pelas usinas origina mais empregos diretos do que a cana produzida por fornecedores agrícolas. Fornecedores usam menos energia e emitem menos GEE do que a produção de cana por usinas.

Earth is exposed to an amount of energy that is fixed organically via photosynthesis and stored as fossil fuels, which are currently the major energy sources of humanity. Since Arrhenius concluded that carbon dioxide emissions from fossil fuels could lead to a climate warming, studies have sought ways to reduce human contribution on the environment to mitigate possible negative impacts on climate. The increasing world population is an obstacle for the efforts to reduce CO2 emissions and other greenhouse gases (GHG), because it demands more energy for transportation, electricity and heating. Among several renewable energy sources, biomass for fuels stands out, such as sugarcane ethanol in Brazil. Using biomass for fuels may help reducing the pressure on fossil fuels, besides, fixing organic carbon already emitted, contributing to mitigate problems of climate change and global warming. Thus, this study aims to analyse carbon cycles of mitigating emissions from fossil fuels with biofuel based on useful energy (exergy) content to determine the equivalent area required. Previous studies of life cycle assessment in sugarcane and eucalyptus were used to obtain carbon- and energy-flow data. These data were applied to estimate the available exergy to the final user through different routes of biofuel production, including current and evolving technologies. Exergy assessment demonstrated that on average, each Mg of biomass produced, led to a change of 3.02 GJ on sugarcane scenarios and 5.93 GJ on eucalyptus scenarios. Reducing sugarcane straw moisture from 50% to 30% increased the exergy output in 13.32 GJ ha-1, an increase of 0.67 GJ ha-1 for each 1% of moisture reduce. Eucalyptus to firewood, reducing moisture from 20% to 15% had an increase of 7.52 GJ ha-1 in the exergy output, representing 1.50 GJ ha-1 of increase for each 1%. This kind of assessment brings a new point of view in carbon mitigation, looking for its functionality. Biofuel use implications in environmental, social and economic aspects were also studied through a hybrid input-output life cycle assessment (IO-LCA) showing differences between the occupation of land use and two different ways of sugarcane production. The IO-LCA showed, in areas of land use change from pasture to sugarcane, energy consumption is increased by 3.7 times, employment is reduced by 5.4 times, and GHG emissions are reduced to only 2% of original emissions for each unit of R$ of final demand changed Most of the employment is generated by the sugarcane supply chain sector. Comparing sugarcane produced by the mills, it originates more direct full time jobs and probably in a more formal job market than sugarcane produced by farm suppliers. Farm suppliers use less energy and release less GHG than mills sugarcane production. / A energia à qual o planeta é exposto é fixada organicamente via fotossíntese e estocado na forma de combustíveis fósseis, atualmente, as maiores fontes energéticas da humanidade. Desde que Arrhenius concluiu que emissões de CO2 decorrentes de combustíveis fósseis, poderiam levar a um aquecimento do clima, até os dias atuais, estudos buscam formas de reduzir os impactos antrópicos de forma a atenuar possíveis problemas climáticos. Os esforços para a redução de emissões de CO2 e outros gases de efeito estufa (GEE) têm como obstáculo uma população mundial crescente, que demanda cada vez mais energia para transporte, eletricidade e calor. Dentre as possibilidades de uso de fontes renováveis de energia, a biomassa é uma que se destaca em alguns países, como no caso do uso de etanol de cana-de-açúcar no Brasil. O uso de biomassa para a produção de combustíveis auxilia na redução da pressão para o uso de mais combustíveis fósseis e fixa organicamente o carbono emitido, contribuindo duplamente para a mitigação de problemas com mudanças climáticas e aquecimento global. O presente trabalho analisa os ciclos de carbono em biocombustível, correlacionando-os com sua energia útil (exergia) valorando a equivalência em área para a produção da exergia equivalente de combustíveis fósseis através de uma nova metodologia de avaliação de mitigação. Foram utilizados trabalhos existentes de análise de ciclo de vida em cana-de-açúcar e eucalipto para obtenção dos dados de inventário e fluxos de carbono e energia. Realizaram-se cálculos de exergia disponível ao usuário final com diferentes rotas de produção de biocombustível, abrangendo tecnologias atuais e em desenvolvimento. Na avaliação exergética, reduzir a humidade da palha da cana de 50% a 30% aumentou a exergia disponível em 13,32 GJ ha-1, 0,67 GJ ha-1 para cada 1% de redução na humidade. No caso do eucalipto para combustão, reduzindo-se a umidade de 20% a 15% houve um aumento de 7,52 GJ ha-1, 1,50 GJ ha-1 para cada 1% de umidade. Em média, cada Mg de biomassa produzida aumentou 3,02 GJ em cenários de cana de açúcar e 5,93 GJ em cenários de eucalipto. Este conceito traz uma nova perspectiva na mitigação de carbono, avaliando-o por sua funcionalidade. Também foram estudadas as implicações do uso de biocombustíveis em aspectos ambientais, sociais e econômicos em uma análise híbrida de ciclo de vida e insumo-produto (ACV-IP) evidenciando diferenças entre ocupação do uso de solo e duas maneiras de produção de cana-de-açúcar. A ACV-IP demonstrou que, em áreas de mudança do uso do solo de pastagem para cana de açúcar, o consumo de energia aumenta em 3,7 vezes, o emprego é reduzido em 5,4 vezes, e as emissões de GEE são reduzidas à apenas 2% das emissões originais para cada unidade de R$ de alteração na demanda final. A maior parte do emprego é gerado pelo setor da cadeia de suprimentos de produção de cana. A cana produzida pelas usinas origina mais empregos diretos do que a cana produzida por fornecedores agrícolas. Fornecedores usam menos energia e emitem menos GEE do que a produção de cana por usinas.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

The aim of this study is to assess the current situation of energy and carbon flows through the waste sector in Jämtland. An energy flow analysis is performed by balancing the inflows and outflows of the lower heating value and embodied energy. A carbon flow analysis was made on the same principles although with the carbon content and embodied CO2eq.  The results are showing that over a period of one year, 75 000 tons of waste flows through the waste sector in Jämtland. Approximately 60 % of all the waste is incinerated. The energy analysis shows that 970TJ flows through the waste sector every year. Household waste is the category with most energy consumption and emissions in total. However, other materials like metal and electronics have higher energy and carbon content per ton than the household category. The results of the analyses can further be implemented in the Sustainable Jämtland model and it can then be used as a base when making strategies for a sustainable waste treatment.

Orchideoid mycorrhizal symbiosis (OM) can be found in nearly one tenth of higher plant species. This symbiosis is absolutely critical for orchids as they are unable to grow from seeds without external energy which is in nature provided by symbiotic fungi. The mechanism of transport between symbionts remains unknown. It is supposed that trehalose is one of the substances transported from fungi to plants as the source of energy. This thesis mainly aims to find out which other fungal saccharides could contribute to the process. The ability to utilize selected compounds was tested on protocorms of the common marsh orchid, Dactylorhiza majalis. The results showed that arabitol, erythritol, mannitol and sucralose are not utilized, while xylitol, sorbitol, glycerol and mannose are. Glutamin, an amino acid also suspected of participation in the OM transport, does not suffice as a source of energy. In orchids there were identified three groups of sequences coding for manitol dehydrogenase and two groups of sequences coding for sorbitol dehydrogenase. Key words: orchideoid mycorrhizal symbiosis, sugar alcohols, mannose, glutamine, carbon flow, energy flow, sorbitol dehydrogenase, in vitro

Pelagic aggregates function as biological carbon pumps for transporting fixed organic carbon to sediments. In iron-rich (ferruginous) lakes, photoferrotrophic and chemolithoautotrophic bacteria contribute to CO2 fixation by oxidizing reduced iron, leading to the formation of iron-rich pelagic aggregates (iron snow). The significance of iron oxidizers in carbon fixation, their general role in iron snow functioning and the flow of carbon within iron snow is still unclear. Here, we combined a two-year metatranscriptome analysis of iron snow collected from an acidic lake with protein-based stable isotope probing to determine general metabolic activities and to trace 13CO2 incorporation in iron snow over time under oxic and anoxic conditions. mRNA-derived metatranscriptome of iron snow identified four key players (Leptospirillum, Ferrovum, Acidithrix, Acidiphilium) with relative abundances (59.6–85.7%) encoding ecologically relevant pathways, including carbon fixation and polysaccharide biosynthesis. No transcriptional activity for carbon fixation from archaea or eukaryotes was detected. 13CO2 incorporation studies identified active chemolithoautotroph Ferrovum under both conditions. Only 1.0–5.3% relative 13C abundances were found in heterotrophic Acidiphilium and Acidocella under oxic conditions. These data show that iron oxidizers play an important role in CO2 fixation, but the majority of fixed C will be directly transported to the sediment without feeding heterotrophs in the water column in acidic ferruginous lakes.