The aim of this study was to optimize methane production by investigating hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse impregnated with acid (H2SO4) and alkaline H2O2 using substrate (g kg-1) -inoculum (g kg-1) ratio of 1:2. Batch reactors were realized under mesophilic conditions (37 °C). A central composite design (CCD) involving three factors; temperature (°C), time (min), and chemical compound concentration (H2O2 (%v/v) and H2SO4 (%w/v)) was utilized to optimize hydrothermal pretreatment. Thirty-two hydrothermal pretreatments were conducted according to CCD. H2O2 assisted hydrothermal pretreatment resulted in higher solid recovery (93.13%), higher percent glucan increase (139.52%), and lower lignin recovery (76.48%) in pretreated solid fraction in comparison to H2SO4 impregnated hydrothermal pretreatment. In the latter case, lower solid yield (12.27%), glucan recovery (187.01%) and higher lignin recovery (358.85%) was recorded. Higher COD solubilization (25.20 g L-1), lower total phenolic (content 658.13 ppm), higher sulfate (7240 mg L-1), furfural (925.77-2216.47 mg L-1) and 5-hydroxymehtylfurfural (70.95-970.08 mg L-1) were observed in liquid hydrolysate of H2SO4 assisted hydrothermal pretreatment. While lower COD solubilization (17.75 mg L-1), higher total phenolic content (3005.63 ppm), lower concentration of furfural (0-56.91 mg L-1) and 5-hydroxymethylfurfural (2.56-56.60 mg L-1) was recorded with H2O2 assisted hydrothermal pretreatment. Concerning methane production for H2O2 assisted conditions, 5.59 Nmmol g-1 TVS (2% H2O2) to 13.49 Nmmol g-1 TVS (6% H2O2) was recorded. However, pretreatment with 7.36% H2O2 resulted in 14.43 Nmmol g-1 TVS, which was 118.16% higher comparing to untreated sugarcane bagasse (6.60 Nmmol g-1 TVS). Methanogenic inhibition was recorded for most of the H2SO4.pretreated reactor (1 – 3 %w/v H2SO4). Minimum CH4 production observed was 0.58 Nmmol g-1 TVS in pretreatment O-HSO (2% w/v H2SO4). Acetic acid was the predominant volatile fatty acid observed in digestion process of H2O2 treated batch reactor however was not recorded in H2SO4 treated batch reactors. Microbial community analysis indicated the prevalence of unclassified AUTHM297, Clostridium, and Treponema related genera in H2O2 treated reactors. Genera related aromatic compound degradation were identified and abundant in H2SO4 treated reactors. Methanolinea, Methanobacterium, and Methanosaeta were abundant methanogens in both pretreatments. Hydrogen peroxide assisted hydrothermal pretreatment was verified as a better choice for methane production comparing to sulfuric acid assisted hydrothermal pretreatment primarily on account of higher lignin solubilization, higher glucan recovery, and lower furanic compounds production. / O objetivo deste estudo foi otimizar a produção de metano investigando as condições do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço da cana de açúcar sob impregnação de ácido (H2SO4) e álcali (H2O2) utilizando-se a razão substrato (g kg-1) inóculo (g kg-1) de 1:2. Os reatores em batelada foram mantidos em condições mesofílicas (37 ºC). Para otimizar as condições de pré-tratamento hidrotérmico, o design de composto central rotacional (DCCR) foi realizado utilizando três fatores: temperatura (ºC), tempo (min) e concentração do composto químico (H2O2 (%v/v) e H2SO4 (% p/v)). Trinta e dois pré-tratamentos hidrotérmicos foram realizados de acordo com a concepção do DCCR. O pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço, com H2O2 resultou em maior recuperação de sólidos (93,13%), elevado percentual de glicana (139,52%) e menor recuperação de lignina (76,48%) da fração sólida pré-tratada, se comparada aquele com H2SO4. Nesse último caso, observou-se menor rendimento de sólidos (12,27%) e glucanas (187,01%) e maior recuperação de lignina (358,85%). No líquido hidrolisado do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço com H2SO4 foi observada elevada solubilização de DQO (25,20 g L-1), menor teor de fenóis totais (658,13 mg L-1), elevado sulfato (7240 mg L-1), furfural (925,77 - 2216,47 mg L-1 e 5-hidroximetilfurfural (70,95 - 970,08 mg L-1). Enquanto, foi registrado menor solubilização de DQO (17,27 g L-1), maior teor de fenóis totais (3005,63 ppm), e menor concentração de furfural (0 - 56.91 mg L-1), 5-hidroximetilfurfural (2,56 - 50,60 mg L--1 com H2O2. Em relação ao a produção de metano nas condições com H2O2, observou-se 5.59 Nmmol g-1 STV (2%v/v H2O2) a 13.49 Nmmol g-1 STV (6%v/v H2O2). No tratamento com 7.36% de H2O2 observou-se 14,43 Nmmol g-1 STV que foi 118.16% maior se comparado com o bagaço não-tratado (6,60 Nmmol g-1 STV). Inibição metanogênica foi observada na maioria dos reatores pré-tratados com H2SO4 (1 – 3% p/v), e a produção mínima observada foi de 0.58 Nmmol g-1 TVS no pré-tratamento com 2% p/v de H2SO4. Ácido acético foi o principal ácido orgânico volátil observado somente no reatores por tratamento de H2O2. Por meio da A análise da comunidade microbiana, para o domínio Bacteria, foi observado prevalência dos gêneros AUTHM297, Clostridium e Treponema nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2O2. Gêneros relacionados à degradação de compostos aromáticos foram identificados e estiveram em maior abundância nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2SO4. Methanolinea, Methanobacterium, e Methanosaeta foram os microrganismos do domínio Archaea mais abundantes e identificados em ambos os pré-tratamentos. O pré-tratamento hidrotérmico assistido com H2O2 foi a melhor opção em relação ao H2SO4, devido a maior solubilização de lignina, maior recuperação de glucano e baixa produção de compostos furânicos.

The aim of this study was to optimize methane production by investigating hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse impregnated with acid (H2SO4) and alkaline H2O2 using substrate (g kg-1) -inoculum (g kg-1) ratio of 1:2. Batch reactors were realized under mesophilic conditions (37 °C). A central composite design (CCD) involving three factors; temperature (°C), time (min), and chemical compound concentration (H2O2 (%v/v) and H2SO4 (%w/v)) was utilized to optimize hydrothermal pretreatment. Thirty-two hydrothermal pretreatments were conducted according to CCD. H2O2 assisted hydrothermal pretreatment resulted in higher solid recovery (93.13%), higher percent glucan increase (139.52%), and lower lignin recovery (76.48%) in pretreated solid fraction in comparison to H2SO4 impregnated hydrothermal pretreatment. In the latter case, lower solid yield (12.27%), glucan recovery (187.01%) and higher lignin recovery (358.85%) was recorded. Higher COD solubilization (25.20 g L-1), lower total phenolic (content 658.13 ppm), higher sulfate (7240 mg L-1), furfural (925.77-2216.47 mg L-1) and 5-hydroxymehtylfurfural (70.95-970.08 mg L-1) were observed in liquid hydrolysate of H2SO4 assisted hydrothermal pretreatment. While lower COD solubilization (17.75 mg L-1), higher total phenolic content (3005.63 ppm), lower concentration of furfural (0-56.91 mg L-1) and 5-hydroxymethylfurfural (2.56-56.60 mg L-1) was recorded with H2O2 assisted hydrothermal pretreatment. Concerning methane production for H2O2 assisted conditions, 5.59 Nmmol g-1 TVS (2% H2O2) to 13.49 Nmmol g-1 TVS (6% H2O2) was recorded. However, pretreatment with 7.36% H2O2 resulted in 14.43 Nmmol g-1 TVS, which was 118.16% higher comparing to untreated sugarcane bagasse (6.60 Nmmol g-1 TVS). Methanogenic inhibition was recorded for most of the H2SO4.pretreated reactor (1 – 3 %w/v H2SO4). Minimum CH4 production observed was 0.58 Nmmol g-1 TVS in pretreatment O-HSO (2% w/v H2SO4). Acetic acid was the predominant volatile fatty acid observed in digestion process of H2O2 treated batch reactor however was not recorded in H2SO4 treated batch reactors. Microbial community analysis indicated the prevalence of unclassified AUTHM297, Clostridium, and Treponema related genera in H2O2 treated reactors. Genera related aromatic compound degradation were identified and abundant in H2SO4 treated reactors. Methanolinea, Methanobacterium, and Methanosaeta were abundant methanogens in both pretreatments. Hydrogen peroxide assisted hydrothermal pretreatment was verified as a better choice for methane production comparing to sulfuric acid assisted hydrothermal pretreatment primarily on account of higher lignin solubilization, higher glucan recovery, and lower furanic compounds production. / O objetivo deste estudo foi otimizar a produção de metano investigando as condições do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço da cana de açúcar sob impregnação de ácido (H2SO4) e álcali (H2O2) utilizando-se a razão substrato (g kg-1) inóculo (g kg-1) de 1:2. Os reatores em batelada foram mantidos em condições mesofílicas (37 ºC). Para otimizar as condições de pré-tratamento hidrotérmico, o design de composto central rotacional (DCCR) foi realizado utilizando três fatores: temperatura (ºC), tempo (min) e concentração do composto químico (H2O2 (%v/v) e H2SO4 (% p/v)). Trinta e dois pré-tratamentos hidrotérmicos foram realizados de acordo com a concepção do DCCR. O pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço, com H2O2 resultou em maior recuperação de sólidos (93,13%), elevado percentual de glicana (139,52%) e menor recuperação de lignina (76,48%) da fração sólida pré-tratada, se comparada aquele com H2SO4. Nesse último caso, observou-se menor rendimento de sólidos (12,27%) e glucanas (187,01%) e maior recuperação de lignina (358,85%). No líquido hidrolisado do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço com H2SO4 foi observada elevada solubilização de DQO (25,20 g L-1), menor teor de fenóis totais (658,13 mg L-1), elevado sulfato (7240 mg L-1), furfural (925,77 - 2216,47 mg L-1 e 5-hidroximetilfurfural (70,95 - 970,08 mg L-1). Enquanto, foi registrado menor solubilização de DQO (17,27 g L-1), maior teor de fenóis totais (3005,63 ppm), e menor concentração de furfural (0 - 56.91 mg L-1), 5-hidroximetilfurfural (2,56 - 50,60 mg L--1 com H2O2. Em relação ao a produção de metano nas condições com H2O2, observou-se 5.59 Nmmol g-1 STV (2%v/v H2O2) a 13.49 Nmmol g-1 STV (6%v/v H2O2). No tratamento com 7.36% de H2O2 observou-se 14,43 Nmmol g-1 STV que foi 118.16% maior se comparado com o bagaço não-tratado (6,60 Nmmol g-1 STV). Inibição metanogênica foi observada na maioria dos reatores pré-tratados com H2SO4 (1 – 3% p/v), e a produção mínima observada foi de 0.58 Nmmol g-1 TVS no pré-tratamento com 2% p/v de H2SO4. Ácido acético foi o principal ácido orgânico volátil observado somente no reatores por tratamento de H2O2. Por meio da A análise da comunidade microbiana, para o domínio Bacteria, foi observado prevalência dos gêneros AUTHM297, Clostridium e Treponema nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2O2. Gêneros relacionados à degradação de compostos aromáticos foram identificados e estiveram em maior abundância nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H2SO4. Methanolinea, Methanobacterium, e Methanosaeta foram os microrganismos do domínio Archaea mais abundantes e identificados em ambos os pré-tratamentos. O pré-tratamento hidrotérmico assistido com H2O2 foi a melhor opção em relação ao H2SO4, devido a maior solubilização de lignina, maior recuperação de glucano e baixa produção de compostos furânicos.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-11T11:36:37Z No. of bitstreams: 1 jullianedutramedeiros.pdf: 9214420 bytes, checksum: 3da113a1faf3d0172853f17ba8ad6652 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:39:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jullianedutramedeiros.pdf: 9214420 bytes, checksum: 3da113a1faf3d0172853f17ba8ad6652 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:39:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jullianedutramedeiros.pdf: 9214420 bytes, checksum: 3da113a1faf3d0172853f17ba8ad6652 (MD5) Previous issue date: 2013-01-25 / FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Os rios e córregos são importantes reservas de água doce disponível para consumo. A crescente urbanização vem se tornando uma ameaça para estes ecossistemas principalmente devido à descarga de esgoto, que altera os nutrientes dissolvidos na água, e pode afetar a composição da comunidade microbiana. O objetivo desse trabalho foi conhecer a diversidade genética e funcional da comunidade microbiana de um ambiente lótico urbano. Para isso, amostras de águas de duas regiões, urbanizada e sem interferência da urbanização, do córrego São Pedro foram coletadas. As concentrações dos nutrientes dissolvidos foram medidas. Para identificar e quantificar micro-organismos envolvidos no ciclo do nitrogênio e potenciais patogênicos para os seres humanos e outros animais as técnicas de PCR e FISH foram realizadas. A fim de traçar o perfil taxonômico e funcional da comunidade microbiana deste ambiente, análises metagenômicas foram realizadas. Altas concentrações de nutrientes dissolvidos foram detectadas na área urbanizada. Os resultados de PCR e FISH apontaram para maior incidência de micro-organismos envolvidos no ciclo do nitrogênio bem como potenciais patogênicos na região urbanizada do córrego. O perfil taxonômico indicou que o ambiente não urbanizado possui uma distribuição relativamente homogênea dos grupos bacterianos com a predominância de Proteobacteria, já no ambiente urbanizado muitas sequências se concentraram em filos específicos: Proteobacteria (Betaproteobacteria e Gammaproteobacteria), Bacteroidetes e Firmicutes. Também houve o predomínio de gêneros e espécies relacionados com patogenicidade no ambiente urbanizado. O perfil funcional sugeriu que os micro-organismos destes ambientes estão atuando no metabolismo de metano, nitrogênio e enxofre, principalmente na região urbanizada. Também foi possível observar que genes relacionados à virulência (resistência a antimicrobianos e metais) e resposta ao estresse estão disseminados no ambiente urbanizado. Estes resultados indicam uma mudança na estrutura da comunidade microbiana imposta pelas ações antrópicas. / Rivers and streams are important reservoirs of fresh water available for consumption. The increasing urbanization represents a threat to these ecosystems. Specifically, the discharge of sewage alters the content of nutrients and may affect the composition of the microbial community. This study aimed to know the genetic and functional diversity of the microbial community from an urban lotic environment. Samples of water were collected from two areas of São Pedro stream, one urbanized and the other not influenced by urbanization. The dissolved nutrient content was analyzed. To identify and quantify microbes involved in the nitrogen cycle and potentially pathogenic bacteria PCR and FISH analysis were performed. In order to know the taxonomic and functional profile of the microbial community of this lotic environment, metagenomic analysis was carried out. High concentration of dissolved nutrients was observed on the urbanized area. The PCR and FISH results showed higher incidence of microbes involved on nitrogen cycle and potentially pathogenic bacteria on the urbanized area of the stream. The taxonomic profile indicates that the non-urbanized environment had relatively homogeneous distribution of bacterial groups with the predominance of Proteobacteria. The urbanized metagenome had a higher number of sequences concentrated on specifics phyla: Proteobacteria (Betaproteobacteria e Gammaproteobacteria), Bacteroidetes and Firmicutes. Genera and species related to pathogenicity were also prevalent on the urbanized area. The functional profile indicated that the microbes are acting on the metabolism of methane, nitrogen and sulfur especially on the urbanized area. It was also observed that genes related to virulence (antibiotic resistance and metal resistance) and stress response are spread on the urbanized environment. These results indicate a structural change of the microbial community imposed by anthrophic actions.

Submitted by Amauri Alves (amauri.alves@ufv.br) on 2015-11-05T14:42:22Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 637711 bytes, checksum: 75ea0ad3a3c67b516122fbe953c21199 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-05T14:42:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 637711 bytes, checksum: 75ea0ad3a3c67b516122fbe953c21199 (MD5) Previous issue date: 2014-11-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A hidrólise da lignocelulose, presente na biomassa vegetal, requer a participação de uma série de enzimas lignocelulolíticas, produzidas por diversos micro-organismos. Este processo é natural, gradual e resulta na liberação de açúcares fermentáveis e outros produtos industriais. No entanto, o processo de hidrólise da lignocelulose na indústria requer uma formulação enzimática robusta e com amplo espectro de atividade hidrolítica, capaz de disponibilizar a maior quantidade possível de açúcares para os bioprocessos. Dessa forma, o ideal seria produzir coquetéis enzimáticos a partir de comunidades microbianas, que se estabelecem em ambientes onde o a biomassa vegetal está sendo degradada. Assim, os objetivos deste estudo foram: determinar e caracterizar atividades enzimáticas presentes no coquetel enzimático obtido a partir de uma comunidade microbiana celulolítica; determinar a diversidade de micro-organismos presentes nesta comunidade e inferir sobre as relações filogenéticas e funcionais entre seus membros. Uma comunidade microbiana celulolítica, derivada de duas outras comunidades foi cultivada em meio solução Peptona-Celulose (PCS), suplementado com 1% (p/v) de bagaço de cana, a 50°C e sem aeração, durante sete dias. O extrato enzimático produzido por esta comunidade apresentou cinco atividades enzimáticas diferentes (CMCase, FPase, xilanase, β-glicosidase e protease). Xilanase e CMCase alcançaram sua atividade máxima no sexto dia de cultivo (9,98 U mg -1 e 2,0 U mg -1 , respectivamente), FPase no quarto dia (0,6 U mg -1 ), β-glicosidase no terceiro (0,36 U mg -1 ) e protease no primeiro dia (0,05 U mg -1 ). O efeito do pH, temperatura e termoestabilidade sobre as atividades enzimáticas foi analisado. Xilanase e CMCase apresentaram maior atividade em pH 8,0, FPase e β-glicosidase em pH 7,0 e protease em pH 5,0. A melhor atividade de xilanase e CMCase ocorreu a 70°C, FPase a 60°C, β- glicosidase a 50°C e protease a 40°C. Xilanase, CMCase e FPase foram termoestáveis em todas as temperaturas testadas (40, 50 e 60°C) ao longo de 2h de incubação. A β- glicosidase foi termoestável nos 80 min iniciais, em todas as temperaturas. Protease foi termosensível a 40°C, nos 40 min iniciais de incubação. As atividades enzimáticas viiipresentes no coquetel enzimático, produzido pela comunidade microbiana mista, apresentaram tolerância a ampla faixa de pH e elevadas temperaturas e estabilidade térmica, exibindo potencial para aplicação em processos biotecnológicos. O DNA total da comunidade foi extraído, os genes ribossomais 16S e 28S foram amplificados e sequenciados. A análise das sequências dos genes ribossomais revelou que estes possuem similaridade maior que 90% com sequências conhecidas depositadas no GenBank e indicaram que a comunidade microbiana celulolítica era composta por diversas espécies de bactérias e fungos, que foram agrupadas em duas árvores filogenéticas. O fungo Ganoderma lucidum e a bactéria Ureibacillus não cultivável apresentaram a maior frequência relativa na comunidade. As complexas interações metabólicas e ecológicas entre as multiespécies microbianas, presentes na comunidade microbiana mista certamente contribuiram para a eficiente hidrólise da lignocelulose nas condições estabelecidas neste estudo. / The hydrolysis of lignocellulose present in the vegetable biomass requires the participation of a series of lignocellulolytic enzymes, produced by various microorganisms. This process is natural, gradual and results in the release of fermentable sugars and other industrially products. However, the hydrolysis process of the lignocellulose in the industry requires robust enzyme formulation with broad spectrum of hydrolytic activity, able to provide the largest possible amount of sugars for bioprocesses. Thus, the ideal would be to produce enzyme cocktails from microbial communities that are established in environments where the vegetable biomass is being degraded. The objectives of this study were to determine and characterize enzymatic activities present in the enzyme cocktail obtained from a cellulolytic microbial community; determine the diversity of micro-organisms present in this community and infer the phylogenetic and functional relationships among its members. One cellulolytic microbial community, derived from two other communities was cultured in Peptone- Cellulose Solution medium (PCS), supplemented with 1% (w/v) sugarcane bagasse, at 50°C, static conditions aeration, for seven days. The enzyme extract produced by this community showed activity of five different enzymes (CMCase, FPase, xylanase, β- glucosidase and protease). Xylanase and CMCase achieved their maximum activity on the sixth day of cultivation (9,98 U mg -1 e 2,0 U mg -1 , respectively), FPase on the fourth day (0,6 U mg -1 ), β-glucosidase on the third day (0,36 U mg -1 ) and protease on the first day (0,05 U mg -1 ). The effect of pH, temperature and thermostability of the enzyme activities was analyzed. Xylanase and CMCase exhibit higher activity in pH 8.0, FPase and β-glucosidase in pH 7.0 and protease in pH 5.0. The best activity of the xylanase and CMCase was at 70°C, FPase at 60°C, β-glucosidase at 50°C and protease at 40°C. Xylanase, CMCase and FPase were thermostable at all temperatures tested (50, 60 and 70°C) over 2h incubation. β-glucosidase was thermostable in the initial 80 min at all temperatures. Protease was thermosensitive at 40°C, in the initial 40 min. The enzymes present in the enzyme cocktail, produced by the mixed microbial community, presented xtolerance to a wide pH range and high temperatures and thermal stability, showing potential for application in biotechnological processes. The total DNA of the community was extracted, the 16S and 28S ribosomal genes were amplified and sequenced. Sequence analysis of ribosomal genes revealed that these have a similarity higher than 90% with known sequences deposited in GenBank and indicated that cellulolytic microbial community was composed of several species of bacteria and fungi that were grouped into two phylogenetic trees. The Ganoderma lucidum fungus and bacteria Ureibacillus uncultivable had the highest relative frequency in the community. The complex metabolic and ecological interactions between microbial multi-species present in the mixed microbial community certainly contributed to the efficient depolymerization of lignocellulose under the conditions established in this study.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-13T14:43:54Z No. of bitstreams: 2 Walane Maria Pereira de Mello Ivo-Doutorado PROTEN-UFPE.pdf: 1522136 bytes, checksum: 50c604e8c1a38c831708f21dd0122461 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-13T14:43:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Walane Maria Pereira de Mello Ivo-Doutorado PROTEN-UFPE.pdf: 1522136 bytes, checksum: 50c604e8c1a38c831708f21dd0122461 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-08-21 / As mudanças de uso do solo afetam a dinâmica do carbono (C), podendo causar diminuição significativa do estoque deste elemento no solo, refletindo-se em aumento de emissões de gases de efeito estufa e diminuição da fertilidade. Desta forma, o desenvolvimento de sistemas de produção da cana-de-açúcar que permitam evitar a perda de C do solo, ou até sequestrar C, deverá aumentar a competitividade agrícola e ambiental desta cultura. O objetivo deste trabalho foi estudar a dinâmica da matéria orgânica dos solos dos tabuleiros costeiros do Nordeste cultivados com cana-de-açúcar colhida crua e queimada. De forma mais específica, buscou-se: (1) Quantificar o estoque do carbono orgânico do solo em cronossequência de cultivo de cana-de-açúcar colhida queimada e do solo sob o ecossistema florestal de Mata Atlântica, determinando o tempo de residência média (TRM) do carbono orgânico originário da floresta; (2) Quantificar a variação do estoque da carbono orgânico do solo em sistemas de produção da cana-de-açúcar submetida à colheita crua e queimada; (3) Quantificar as variações de alguns atributos do solo decorrentes da mudança do manejo da colheita de cana queimada para cana crua; (4) Quantificar a entrada de material orgânico (palhada e raízes) e a taxa de decomposição destes em sistemas de produção da cana-de-açúcar submetida à colheita com e sem despalha a fogo; (5) Determinar a emissão de C-CO2 do solo e construir um balanço anual de carbono para a socaria da cana-de-açúcar. Para este estudo, foi utilizada uma cronossequência com mata nativa e cana-de-açúcar colhida queimada por cinco, 15 e 35 anos, fazendo-se uso da determinação da abundância natural do 13C para o cálculo do TRM. Áreas sob colheita de cana crua por três e oito anos também foram estudadas. O cultivo da cana modificou alguns atributos do solo, provocando aumento da densidade do solo e do fósforo disponível, redução dos teores de cálcio e magnésio, carbono orgânico e capacidade de troca de cátions do solo. O estoque de C do solo, até 100 cm de profundidade, foi reduzido de 259 Mg ha-1, sob mata, para 148 Mg ha-1, sob cana queimada, depois de 35 anos de cultivo; com taxa de perda anual de C de 3,0% (k = 0,308 ano-1) para os primeiros 20 cm do solo e de 1,9% (k = 0,019 ano-1) para todo o perfil (100 cm). Os TRM do C da mata nos Argissolos dos tabuleiros costeiros, cultivados com cana-de-açúcar, situaram-se nas faixas de: (1) 20,1 a 28,8 anos para as camadas de 0-5 a 20-30 cm; (2) 43,7 a 73,7 anos para as de 30-40 a 60-80 cm; (3) e na casa dos milhares de anos na camada de 80-100 cm. Para os primeiros vinte centímetros do perfil, este tempo foi 1,6 vezes menor que o tempo médio que o C reside nos solos cultivados com cana, na região Sudeste do Brasil. A implementação da colheita da cana crua alterou alguns atributos do solo, levando à diminuição da densidade e da temperatura do solo, aumento do potássio trocável, do diâmetro médio ponderado e da estabilidade de agregados e da umidade na superfície do solo. Também modificou a estrutura da comunidade microbiana, associando este tipo de colheita aos ambientes com menor grau de estresse microbiano. Em relação ao solo sob cana colhida queimada, o aumento do estoque de C nos Argissolos Amarelos dos tabuleiros costeiros, cultivados com cana colhida crua, foi de 10,6 Mg ha-1, com taxas anuais de sequestro de C iguais a 1,3 Mg ha-1 ano-1. Os balanços de C negativos estimados sob cana colhida queimada (-2,9 e -2,2 Mg de C ha-1 ano-1) sugeriram que, para as socarias, o solo sob este tipo de colheita atuou como uma fonte de C-CO2. Por outro lado, os balanços foram positivos sob cana crua (+1,1 e + 0,7 Mg de C ha-1 ano-1), com o solo apresentando-se como um possível sumidouro de C. Estes resultados mostraram que os estoques de C no solo sob Mata Atlântica são altos e muito susceptíveis ao cultivo do solo, uma vez que a estabilização do carbono nestes solos arenosos reside, principalmente, em mecanismos de proteção física. Os resultados também demonstram que algumas práticas de manejo do solo podem aumentar os níveis de carbono, mediante a adição de grandes quantidades de biomassa e a minimização do revolvimento do solo.

Orientador: Ana Julia Fernandes / Resumo: Atividades portuárias são consideradas fontes de contaminação por metais, que em altas concentrações são tóxicos aos microrganismos, podendo mudar o tamanho, a composição e a atividade da comunidade microbiana. Essa pressão seletiva faz com que bactérias desenvolvam mecanismos para combater o estresse causado por eles. Diversos grupos de microrganismos que desenvolvem sistemas de tolerância a metais podem fazer sua biorremediação. Bactérias redutoras de sulfato (BRS) podem, devido ao seu metabolismo, precipitar metais facilitando sua remoção. A hipótese é que em áreas portuárias exista uma alteração na comunidade microbiana onde são favorecidos microrganismos resistentes, aumentando a chance do isolamento de bactérias resistentes com potencial biotecnológico. Portanto o objetivo dessa tese foi avaliar a influência da contaminação de metais na comunidade microbiana em áreas portuárias e na seleção de cepas resistentes, e isolar cepas de BRS com potencial biotecnológico. Para isso, foram coletados sedimentos de 2 áreas portuárias (Santos e São Sebastião) e uma área pristina (Ubatuba). Foram caracterizadas variáveis ambientais do sedimento (como pH, salinidade, temperatura, oxigênio dissolvido, porcentagem de matéria orgânica, concentrações de Cr, Cu, Cd e Zn). Foi extraído DNA total do sedimento para caracterização da comunidade utilizando sequenciamento Mi-Seq. Os sedimentos serviram como inóculo para isolamento de cepas que foram submetidas a testes de resistência aos metais.... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Port activities are considered sources of metal contamination, which in high concentrations are toxic to microorganisms, and can change the size, composition and activity of the microbial community. This selective pressure forces bacteria to develop resistance mechanisms. Several microorganisms groups that develop metal tolerance systems can perform their bioremediation. One example is Sulfate-reducing bacteria (SRB). Because of their metabolism, this group can precipitate metals facilitating their removal. In this way, the hypothesis is that in port areas there is a change in the microbial community where resistant microorganisms are favored, increasing the chance of isolation of resistant bacteria with biotechnological potential. Therefore, the objective of this thesis was evaluate the influence of metal contamination in the microbial community in port areas and in the selection of resistant strains, and to isolate strains of SRB with biotechnological potential. For this, sediments were collected from two port areas (Santos and São Sebastião) and one pristine area (Ubatuba). Sediment environmental variables were characterized (such as pH, salinity, temperature, dissolved oxygen, percentage of organic matter, concentrations of Cr, Cu, Cd and Zn). Total DNA was extracted from the sediment for community characterization using Mi-Seq sequencing. The sediments was used as inoculum for strain isolation, and the metal resistance was checked. The most contaminated sediments also wa... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Sistemas de testes biológicos com espécies representativas têm sido utilizados para avaliar os efeitos causados por substâncias tóxicas no meio aquático. Os bioensaios contam com protocolos definidos, porém os organismos estão isolados de seu meio. O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de testes capaz de avaliar os efeitos adversos, não apenas sobre uma única espécie, mas sobre um ecossistema. Para esta finalidade foi construído em laboratório um ecossistema aquático microbiano experimental capaz de gerar uma comunidade microbiológica e reproduzir em escala reduzida os componentes de um ecossistema natural, formando uma estrutura ecológica. Dois grupos morfológicos foram observados em sequência ecológica na medida em que as condições do meio eram alteradas. Curvas de dinâmicas de crescimento indicaram comportamento típico para o grupo de protozoários ciliados e apresentaram crescimento logarítmico em torno do quarto dia de aeração. Inibição no crescimento fora observada quando concentrações de 12,28 mg/l de cobre (3,12 ppm) e 2,5 ml/l de inseticida DDVP 20 são introduzidos nos sistemas. Não foi observada dinâmica típica para o grupo de bactérias filamentosas. Para análise dos resultados foi aplicado teste estatístico de análise de variância. O método não permitiu o estudo de relações ecológicas que se estabelecem, mas fornece informações sobre aspectos teóricos da ecologia referentes ao funcionamento dos ecossistemas e seus atributos como a capacidade de auto-organização e o processo de sucessão ecológica. Para maior precisão do método, sugere-se estudo da composição da comunidade incluindo métodos de biologia molecular, alongamento do período do experimento e aplicação de modelos populacionais. / Biological testing systems with representative species have been used to assess the effects caused by toxic substances in the aquatic environment. Bioassays rely on defined protocols, but organisms are isolated from their environment. The objective of this work is to develop a test system capable of evaluating adverse effects, not only on a single species, but on an ecosystem. For this purpose an experimental microbial aquatic ecosystem was built in the laboratory capable of generating a microbiological community and reproducing the components of a natural ecosystem in a reduced scale, forming an ecological structure. Two morphological groups were observed in ecological sequence as the conditions of the environment were altered. Growth dynamics curves indicated typical behavior for the group of ciliate protozoa and presented logarithmic growth around the fourth day of aeration. Growth inhibition was observed when concentrations of 12.28 mg / l copper (3.12 ppm) and 2.5 ml / l DDVP 20 insecticide are introduced into the systems. No typical dynamics were observed for the group of filamentous bacteria. Statistical analysis of variance was applied to analyze the results. The method did not allow the study of established ecological relations, but provides information on the theoretical aspects of ecology related to the functioning of ecosystems and their attributes such as the capacity of self-organization and ecological succession process. For better precision of the method, we suggest a study of community composition including methods of molecular biology, elongation of the experiment period and application of population models.

O estudo da comunidade microbiana que participa do processo de estabilização da matéria orgânica presente nos efluentes sanitários é fundamental para o melhor conhecimento dos tipos de sistemas de tratamento biológico. A avaliação da dinâmica de algas e bactérias presentes no sistema australiano de lagoas de estabilização da cidade de Novo Horizonte (SP) foi o principal objetivo deste trabalho. Para esta avaliação foram determinadas as densidades destes organismos (contagem direta) e a taxa de produção fitoplanctônica (medida pela produção de oxigênio dissolvido) e comparadas às condições abióticas, em escala nictemeral (coletas a cada 6 horas), sazonal (4 épocas do ano), espacial longitudinal (5 estações ao longo do sistema) e vertical (3 profundidades nas lagoas facultativas). Os resultados obtidos indicaram diferenças sazonais na qualidade do efluente final e no desempenho das lagoas. Mesmo com estas diferenças, o efluente final pode ser considerado como potencialmente eutrofizante quanto à concentração de matéria orgânica e de fósforo total. As lagoas facultativas apresentaram condição de anaerobiose na maior parte da coluna de água, o que contribuiu com a não eficiência do sistema / The study of the microbial community (algae and bacteria) that participates of the organic matter stabilization process in the effluent sanitary it is important for the best knowledge of the types of the biological treatment systems. The evaluation of the dynamics of the algae and bacteria in the Australian wastewater stabilization ponds of the Novo Horizonte city (SP) was the main objective of this research. For this evaluation, the densities of these organisms (direct counting) and the primary production rate were determined (measured for the production of oxygen dissolved) and compared to the abiotics conditions, in nictemeral scale (it collects to each 6 hours), seasonal (four periods of the year), longitudinal (5 stations through the system) and vertical spatial (three depths in the facultative ponds). The results indicated seasonal differences in the final effluent quality and in the ponds performance. Although these differences, the final effluent can be considered as potentially eutrophic according to the organic matter and total phosphorus concentrations. The facultative ponds showed an anaerobic condition on the great part of the water column, which contributed with the low efficiency of the system

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-01-12Bitstream added on 2014-06-13T21:05:12Z : No. of bitstreams: 1 rodrigues_a_dr_rcla.pdf: 1112229 bytes, checksum: f59b4675edb860a1b20d6b5f1f7e6dc9 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / As formigas da tribo Attini são conhecidas pela complexa simbiose que mantêm com fungos, os quais cultivam como alimento. É sabido que além desse fungo, outros microrganismos podem ser encontrados nos ninhos desses insetos e estudos prévios apontaram que alguns microfungos (i.e. leveduras e fungos filamentosos) podem ser importantes nessa simbiose. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o papel desses microfungos associados aos jardins dessas formigas. Analisando várias espécies do gênero Acromyrmex do sul do Brasil, demonstrou-se que as formigas importam uma comunidade diversa de microfungos para seus ninhos, provavelmente provenientes do solo e do substrato vegetal que as formigas utilizam para cultivar seu fungo. Num segundo estudo, avaliando formigas Attini da América do Norte (Atta texana, Trachymyrmex septentrionalis e Cyphomyrmex wheeleri) observou-se que a estrutura das comunidades de microfungos nos jardins desses insetos não se correlaciona com a variação sazonal, sugerindo que não existam relações espécie-específicas entre as formigas e os microfungos. Apesar de tais microrganismos não serem especialistas dos jardins desses insetos, é sugerido que os microfungos atuem como antagonistas do fungo simbionte. Ainda, descobriu-se que o parasita especializado Escovopsis spp. parece ser menos freqüente nas populações de formigas da América do Sul em relação as Attini da América Central, porém estudos adicionais são necessários para estabelecer a epidemiologia desse parasita nos ninhos das Attini. Num terceiro estudo, demonstrou-se que leveduras presentes nos jardins de fungos da formiga cortadeira A. texana inibem o crescimento de Escovopsis spp., sugerindo que esses insetos utilizam outros microrganismos, além das bactérias presentes em suas cutículas (Pseudonocardia spp.), para inibir esse parasita. Esse achado traz importantes implicações para essa... / Ants in the tribe Attini are well-known social insects that maintain a symbiotic relationship with fungi which they cultivate as food. Besides of the cultivated fungi, fungus gardens contain several other microorganisms considered to be potential players in this symbiosis. The aim of the present study was to evaluate the possible roles of microfungi (i.e. yeasts and filamentous fungi) in attine gardens. Our microbial profiling of gardens from several species in the genus Acromyrmex from South Brazil revealed that ants can harbor a diverse community of microfungi that probably originated from the surrounding soil or from the substrate used to manure the cultivated fungus. In this sense, additional studies of North American attine species (Atta texana, Trachymyrmex septentrionalis and Cyphomyrmex wheeleri) demonstrated that the structure of microfungal communities in gardens of these ants did not correlate with seasonal changes over a one year period, again suggesting there are no species-specific relationships among ants and microfungi species. Although, the microfungi are not specialized parasites of the attine ant-fungus symbiosis we suggest they can be considered antagonists to the cultivated fungus. Moreover, we demonstrated that the specialized parasite Escovopsis spp. is probably less frequent in South America than in Central America and we reinforce that additional studies are necessary to unravel the epidemiology of this parasite in attine gardens. In another study, we showed that yeasts isolated from gardens of the leafcutter ant A. texana can significantly inhibit the growth of Escovopsis sp. This interesting finding suggests that attine ants may use additional microbes to protect their gardens against Escovopsis spp. and not only actinomycete bacteria (Pseudonocardia spp.) found in their cuticles. Finally, we studied microfungi relationships with female alates (gynes) in two... (Complete abstract click electronic access below)

Submitted by Socorro Pontes (socorrop@ufersa.edu.br) on 2017-11-23T13:00:29Z No. of bitstreams: 1 JoelmaMPL_DISSERT.pdf: 1767206 bytes, checksum: c5b6652a65db20c661f3ad0f021c09fe (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-23T13:00:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoelmaMPL_DISSERT.pdf: 1767206 bytes, checksum: c5b6652a65db20c661f3ad0f021c09fe (MD5) Previous issue date: 2017-07-21 / The coalho cheese is considered a cultural patrimony and has great social and economic importance for the northeastern Brazilian region. The evaluation of the microbiological conditions of this product becomes fundamental for the affirmation of food safety and investigation of the real characteristics that make this kind of cheese so peculiar. The objective of the study was to identify the microbial community of coalho cheese. Metagenomic target DNA was extracted from eight samples of coalho cheese, four of which were made from pasteurized milk and four from raw milk. The DNA of the samples was sequenced by the next generation sequencing technology using the 16S and 18S rDNA gene as the basis for the identification of the organisms. Sequencing analyzes revealed several prokaryotic pathogenic microorganisms such as Rothia dentocariosa, Elizabethkingia meningoseptica and Bacillus cereus, as well as bacterial genera belonging to the microbiota previously described as Lactobacillus, Lactococcus, Escherichia, Enterococcus. Several fungi, such as Candida tropicalis, Candida parapsilolis, Pichia membranifaciens, Tritirachium oryzae, Malassezia furfur and Kluyveromyces marxianus were identified in the eukaryotic research, as well as microorganisms that had not yet been described in rennet cheeses such as Vibrio rumoienses, Ruminococcus flavefaciens, Piscicoccus intestinalis and Dekkera bruxellensis / O queijo de coalho é considerado um patrimônio cultural e tem grande importância social e econômica para a região nordeste brasileira, por isso a avaliação das condições microbiológicas desse produto torna-se fundamental para a afirmação da segurança alimentar e investigação das reais características que fazem com que esse tipo de queijo apresente sabores, texturas e aromas tão peculiares. A partir disso, o objetivo do trabalho foi identificar a comunidade microbiana do queijo de coalho. Para isso, o DNA metagenômico do queijo foi extraído de oito amostras de queijo de coalho, sendo quatro feitas a partir do leite pasteurizado e quatro feitas a partir do leite cru. O DNA das amostras foi sequenciado pela tecnologia de próxima geração da Illumina utilizando como base para a identificação dos organismos o gene rDNA 16S e 18S. As análises do sequenciamento revelaram vários exemplares de microrganismos patógenos procarióticos como Rothia dentocariosa, Elizabethkingia meningoseptica e Bacillus cereus, assim como gêneros de bactérias próprias da sua microbiota previamente descrita como Lactobacillus, Lactococcus, Escherichia, Enterococcus. Na investigação dos eucarióticos foram identificados diversos fungos como a Candida tropicalis, Candida parapsilolis, Pichia membranifaciens, Tritirachium oryzae, Malassezia furfur e Kluyveromyces marxianus, além dos microrganismos que ainda não tinham sido descritos em queijos coalho como o Vibrio rumoienses, Ruminococcus flavefaciens, Piscicoccus intestinalis e Dekkera bruxellensis / 2017-11-23