Made available in DSpace on 2014-08-20T13:44:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_eduardo_venske.pdf: 748978 bytes, checksum: 5e942b59b27d2343cc783ccbc291386d (MD5) Previous issue date: 2013-11-01 / Temperature and light have a complex interaction of plants, and may affect cold tolerance and herbicide selectivity. Two studies were conducted during the 2012 / 2013. In Article I the aim was to evaluate the relationship between temperature and light quantity and quality on the early development of rice cultivars and red rice biotypes. Two experiments were conducted, in the laboratory and in the greenhouse, during the months of July to November, 2012. The factors studied in experiment I were: temperature (25ºC and 18/13ºC); cultivar / biotype (IRGA 424 and PUITA INTA-CL / AV 6716 and AV 6722) and light (white, blue, green, yellow and red, shaders to 86 and 93% and dark). In the second experiment factors were season (August and November); cultivar / biotype (IRGA 424 and PUITA INTA-CL / AV 6716 and AV 6722) and light (white with coating, white, blue, green, yellow and red, shaders to 86 and 93%). The experimental design was in bands for temperature / time of sowing and light, and randomized to cultivar / biotype, with four replications. We evaluated normal seedlings, length of shoot and root, dry weight of shoots and roots and leaf area. Cultivars and biotypes studied have similar behavior against the light and temperature during early development. The light, especially red wave length, has increased tolerance to cold rice. In Article II the objective was to evaluate the effect of sowing date and artificially reducing the luminosity at different stages of plant development on the herbicide selectivity and yield components of rice. The field experiment was carried out in 2012/2013 harvest, and cultivar IRGA 424 was utilized. The factors studied were: sowing season (October 18 and November 09), herbicide (control - hand weeded, bispyribac sodium and penoxsulam) and stage of development of culture with luminosity reduced by 70% [control, seedling (S0-V4), vegetative, reproductive, and the entire cycle]. The experimental design was in bands for sowing date and reduced brightness, and randomized to herbicides, with four replications. Evaluated: plants, stems and panicles per area, herbicide injury, spikelets, filled and empty spikelets per panicle, spikelet sterility, thousand seed weight and yield. The sowing season influences the selectivity bispyribac sodium, and when held near the beginning of the period recommended reduces the productivity of farming. The artificial reduction of light in different phases of the cycle does not affect the selectivity of herbicides bispyribac sodium and penoxsulam on rice. / Temperatura e luz tem um complexo efeito sobre as plantas, podendo afetar a tolerância ao frio e a seletividade de herbicidas. Foram realizados dois estudos, durante os anos de 2012 e 2013. No artigo I o objetivo foi avaliar a relação entre temperatura e quantidade e qualidade de luz sobre o desenvolvimento inicial de cultivares de arroz irrigado e biótipos de arroz vermelho. Foram realizados dois experimentos, em laboratório e em casa de vegetação, durante os meses de Julho a Novembro de 2012. Os fatores estudados no experimento I foram: temperatura (25ºC e 18/13ºC); cultivar/biótipo (IRGA 424 e PUITÁ INTA-CL / AV 6716 e AV 6722) e luz (branca, azul, verde, amarela e vermelha, sombreamentos de 86 e 93% e escuro). No experimento II os fatores foram: época de semeadura (Agosto e Novembro); cultivar/biótipo (IRGA 424 e PUITÁ INTA-CL / AV 6716 e AV 6722); e luz (branca com recobrimento, branca, azul, verde, amarela e vermelha, sombreamentos de 86 e 93%). O delineamento experimental foi em faixas para temperatura / época de semeadura e luz, e inteiramente casualizado para cultivar / biótipo, com quatro repetições. Avaliou-se plântulas normais, comprimento de parte aérea e raiz, massa da matéria seca da parte aérea e de raízes e área foliar. As cultivares de arroz irrigado e biótipos de arroz vermelho estudados têm comportamento semelhante frente à temperatura e luz durante o desenvolvimento inicial. A luz, especialmente no comprimento de onda do vermelho, proporciona aumento na tolerância do arroz ao frio. No artigo II o objetivo do trabalho foi avaliar o efeito da época de semeadura e da redução artificial da luminosidade em diferentes fases do desenvolvimento das plantas, sobre a seletividade de herbicidas e componentes de produtividade do arroz irrigado. O experimento foi conduzido à campo, na safra 2012/2013, e a cultivar utilizada foi IRGA 424. Os fatores estudados foram: época de semeadura (18/outubro e 09/novembro); herbicida (testemunha capinada, bispiribaque sódico e penoxsulam) e fases do desenvolvimento da cultura com luminosidade reduzida de 70% [testemunha, plântula (S0-V4), vegetativo, reprodutivo e todo o ciclo]. O delineamento experimental foi em faixas para época de semeadura e redução de luminosidade, e inteiramente casualizado para herbicidas, com quatro repetições. Avaliou-se: plantas, colmos e panículas por área, fitotoxicidade, espiguetas, espiguetas cheias e vazias por panícula, esterilidade de espiguetas, peso de mil sementes e produtividade. A época de semeadura influencia na seletividade de bispiribaque sódico, sendo que quando realizada próximo ao início do período recomendado reduz a produtividade da cultivar. A redução artificial de luz em diferentes fases do ciclo não afeta a seletividade dos herbicidas bispiribaque sódico e penoxsulam sobre o arroz irrigado.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:59:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ficha_de_ariadne_henriques.pdf: 7102 bytes, checksum: cc97ba6f61e703cab77ba5c8126e97b2 (MD5) Previous issue date: 2008-02-21 / The objective was to evaluate the growth and development of plants, as well as the physiological quality of seeds of rice (Oryza sativa L.) under various concentrations of cadmium seed, rice cultivar BR-IRGA 410 were grown in plastic pots containing soil and irrigated with increasing concentrations (0, 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8 mM) of CdCl2. The harvests were carried out at successive regular time of 14 days throughout the cycle of development of culture. In order to evaluate the characteristics of growth, the partition of assimilated, changes in photosynthetic pigments and peroxidase activity of guaiacol in plants under development . Moreover, the end of the reproductive cycle, the seeds from the plants of rice irrigated with cadmium were analyzed through biochemical tests (sugar, starch and protein) and tests of viability and force, and also evaluated the cadmium content in seeds. The growth of rice plants was affected negatively with the increase in doses of cadmium. The presence of cadmium in the soil solution also reduced the accumulation of dry matter and the rate of growth of all organs of the plant, causing a decrease drastically in the total number of seeds and the number of seeds potentially viable, greatly increasing the percentage of aborted seeds, the levels of chlorophylls and carotenoids decreased and the guaiacol peroxidase activity increased in the leaves with the augmente on the concentration of cadmium. The rice seed showed quantitative changes in their constituents reserve, but the viability and vigor of these seeds have not been changes. Moreover, the ions of cadmium were easily translocados for grains of rice, restraining the use of grain for human consumption. Thus, one can infer that the cadmium is an extremely phytotoxic that can enter into our food chain and cause serious problems to health. / O objetivo foi avaliar o crescimento e o desenvolvimento de plantas, bem como a qualidade fisiológica de sementes de arroz (Oryza sativa L.) submetidas a diversas concentrações de cádmio. Sementes de arroz da cultivar BR-IRGA 410 foram semeadas em vasos plásticos contendo solo e irrigadas com concentrações crescentes (0; 0,2; 0,4; 0,6 e 0,8 mM) de CdCl2. Neste experimento realizou-se coletas sucessivas a intervalos regulares de 14 dias durante todo o ciclo de desenvolvimento da cultura, para avaliar as características de crescimento, a partição de assimilados, as alterações nos pigmentos fotossintéticos e a atividade da guaiacol peroxidase nas plantas em desenvolvimento. Além disso, ao final do ciclo reprodutivo, as sementes provenientes das plantas de arroz irrigadas com cádmio foram analisadas através de testes bioquímicos (açúcar, amido e proteína) e testes de viabilidade e vigor, sendo também avaliado o teor de cádmio nas sementes. O crescimento das plantas de arroz foi afetado negativamente com o incremento nas doses de cádmio. A presença de cádmio na solução do solo reduziu o acúmulo de matéria seca e a taxa de crescimento de todos os órgãos da planta, ocasionando diminuição drástica no número total de sementes e no número de sementes potencialmente viáveis, aumentando fortemente a porcentagem de sementes abortadas. Os teores de clorofilas e carotenóides decresceram e a atividade da guaiacol peroxidase aumentou nas folhas com o incremento da concentração de cádmio. As sementes de arroz apresentaram alterações quantitativas nos seus constituintes de reserva, mas a viabilidade e o vigor dessas sementes não sofreram modificações. Além disso, os íons de cádmio foram facilmente translocados para os grãos de arroz, inviabilizando o uso dos grãos para consumo humano. Desta maneira, se pode inferir que o cádmio é um elemento extremamente fitotóxico, podendo adentrar na nossa cadeia alimentar e causar sérios problemas para a saúde.

Soil pollution by heavy metals caused by anthropogenic activities is a problem in many countries. Cadmium (Cd) is one of the most hazardous elements due to its relatively high mobility in soils and transfer to plants. The main human exposure pathway to Cd is through the vegetable consumption and depends on the exposure scenario. Thus, defining a critical limit of Cd in soil is necessary. Barium is an earth alkaline element that can be toxic to humans and plants when it is present in the free form (Ba2+). However, only few studies have focused on Ba in soil. Soil characteristics influence Cd and Ba availability for plant uptake. Both metals may affect plant growth and metabolism and cause oxidative stress. The aims of this study were: (i) to compare tropical and temperate datasets to establish critical soil Cd concentrations for the State of São Paulo, Brazil; (ii) to evaluate the influence of liming on Cd availability and accumulation in lettuce in order to calculate site specific critical soil Cd concentrations for two typical tropical soils from the State of São Paulo; (iii) to evaluate the effects of Cd and Ba concentrations on plant growth, lipid peroxidation and activities of antioxidant enzymes in leaves of soybean, grown in tropical soils with contrasting properties. The Cd uptake from the tropical dataset was higher as compared to the temperate dataset. Critical soil Cd concentrations were from 1.7 to 3.2- fold lower when tropical soil data were used. It is suggested that only literature data, regarding Cd in soils and vegetables, from tropical regions should be used for the State of São Paulo to derive critical soil Cd concentrations. Cadmium accumulated linearly in lettuce at soil concentrations up to 12 mg kg-1. In both soils, a slight reduction on Cd uptake was observed as a response to liming. The calculated critical soil Cd concentrations were lower in the Ultisol because of the differences in soil characteristics. Besides, there was a positive correlation with the vegetable consumption rates. Cadmium strongly reduced soybean growth at concentrations from 5.2 mg kg-1, while Ba only slightly reduced at 600 mg kg-1 in the sandy Entisol. The activities of superoxide dismutase, catalase and glutathione reductase were dependent mainly on the soil type: soybean plants grown in the Entisol suffered higher oxidative stress than those grown in the clayey Oxisol and, consequently, responded less to the increase of metal concentrations. / A poluição do solo por metais pesados causada principalmente por atividades antrópicas é um problema em muitos países. Cádmio (Cd) é um dos elementos mais perigosos devido à sua mobilidade relativamente alta em solos e transferência para as plantas. A principal via de exposição humana ao Cd é por meio do consumo de vegetais e depende do cenário de exposição. Assim, a definição de um limite crítico de Cd no solo é necessária. O bário (Ba) é um elemento alcalino-terroso que pode ser tóxico aos seres humanos e às plantas, quando absorvido na sua forma livre (Ba2+). No entanto, há poucos estudos sobre Ba em solos. As características do solo influenciam na disponibilidade de Cd e Ba para absorção pelas plantas. Ambos os metais podem afetar o crescimento e metabolismo das plantas e causar estresse oxidativo. Os objetivos deste estudo foram: (i) comparar resultados oriundos de regiões tropicais e temperadas para determinar concentrações críticas de Cd em solos para o Estado de São Paulo; (ii) avaliar a influência da calagem na disponibilidade e no acúmulo de Cd em plantas de alface, a fim de calcular as concentrações críticas de Cd específicas para solos do Estado de São Paulo; e (iii) avaliar os efeitos das concentrações de Cd e Ba no crescimento das plantas, na peroxidação lipídica e na atividade de enzimas antioxidantes em folhas de soja, cultivada em solos tropicais com propriedades contrastantes. A absorção de Cd a partir do conjunto de dados de solos tropicais foi maior em relação ao de dados de clima temperado. As concentrações críticas de Cd no solo foram de 1,7 a 3,2 vezes menores quando os dados de solos tropicais foram utilizados. Sugere-se que apenas resultados de literatura de regiões tropicais, em relação a Cd em solos e vegetais, sejam utilizados para o Estado de São Paulo para derivação de concentrações críticas de Cd em solo. O Cd acumulou linearmente em alface em concentrações de até 12 mg kg-1 no solo. Apenas uma leve redução na absorção de Cd em resposta à calagem foi observada tanto no Latossolo quanto no Argissolo. As concentrações críticas de Cd foram menores no Argissolo do que no Latossolo, devido às diferenças nas características dos mesmos. Tais concentrações críticas tiveram correlação positiva com o consumo de hortaliças. O Cd reduziu fortemente o crescimento da soja em concentrações a partir de 5,2 mg kg-1, enquanto Ba causou apenas ligeira redução na dose de 600 mg kg-1 no Neossolo Quartzarênico. As atividades das enzimas superóxido dismutase, catalase e glutationa redutase dependeram, principalmente, do tipo de solo. Assim, as plantas de soja cultivadas no Neossolo sofreram mais estresse oxidativo do que as cultivadas no Latossolo. Conseqüentemente, a resposta das enzimas ao aumento das concentrações de metais foi pequena.

O manejo químico de plantas daninhas no sistema de plantio por mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar, fundamenta a hipótese de que a cultura esteja mais suscetível à intoxicação pelos herbicidas nas aplicações em pré-plantio, devido as raízes das mudas serem transplantadas em contato direto com a solução do solo tratada com os herbicidas aplicados em pré-emergência. Portanto a pesquisa foi desenvolvido com dois objetivos: (1) avaliar a seletividade do herbicida sulfentrazone quando aplicado em área de plantio de cana-de-açúcar no sistema com mudas pré-brotadas com aplicação no pré-plantio utilizando cinco doses (200, 400, 800, 1600 e 3200 g i.a. ha-1); (2) avaliar a seletividade de doses crescentes de clomazone (270, 540, 1080, 2160, e 4320 g i.a. ha-1), quando aplicado em pré-plantio em mudas pré-brotadas (MPB). Os experimentos foram desenvolvidos na Usina São Martinho, próximo ao município de Motuca (SP), sob condições naturais de clima, no período de outubro de 2015 a setembro de 2016. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com quatro repetições. Os herbicidas foram aplicados no dia anterior ao plantio das mudas pré-brotadas, onde foi utilizada a variedade CTC 11, que foram transplantadas nas parcelas, constituídas por 6 linhas de 10 m, espaçadas de 1,5 m. Foram feitas avaliações visuais com 15, 30, 60, 90 e 120 dias após a aplicação dos tratamentos (DAA), também utilizando-se uma escala visual com notas entre 0 e 100%. Nas avaliações quantitativas avaliou-se os parâmetros altura de plantas (cm), aos 30, 60, 90 e 120 DAA e perfilhamento das mudas aos 60, 90 e 120 DAA. Em todos os períodos avaliados foi utilizado o medidor de clorofila, marca SPAD. Aos 330 DAA, foi realizada a produtividade (t ha-1) integral das parcelas através do corte manual e posterior pesagem com auxílio de uma célula de carga, e foram coletados feixes com dez canas para realização dos parâmetros qualitativos (Brix, Pol, Pureza e ATR). Em ambos trabalhos, os dados de fitointoxicação e produtividade foram previamente transformados na regressão log logística, respeitando o princípio da normalidade dos dados, identificando a dose seletiva para a cultura. Concluiu-se que os herbicidas sulfentrazone (800 g i.a. ha-1), e clomazone (1080 g i.a. ha-1), que são doses comercialmente utilizadas no plantio convencional através de rebolos de cana-de-açúcar, apresentaram sintomas leves de fitointoxicação nas primeiras avaliações, mas com o crescimento e desenvolvimento das mudas, não apresentaram diferença de altura, perfilhamento e índice SPAD, como também na produtividade e características tecnológicas dos colmos não apresentando diferenças significativas. Portanto os herbicidas sulfentrazone e clomazone foram seletivos às mudas de cana-de-açúcar no sistema MPB quando aplicados em pré-plantio para a CTC 11. / The chemical management of plant pests in the planting system with pre-sprouted sugarcane seedlings substantiates the hypothesis that the crop is more susceptible to toxicity by herbicides in pre-planting applications, due to the roots of the seedlings being transferred in direct contact with the soil solution treated with the herbicides applied in the pre-emergence stage. Therefore, this work was prepared with two goals: (1) to assess the selectivity of the herbicide sulfentrazone when applied to a sugarcane planting area in the pre-sprouted seedlings system with application in the pre-planting stage using five rates (200, 400, 800, 1600 and 3200 g a.i. ha-1); (2) to assess the selectivity of growing rates of clomazone (270, 540, 1080, 2160 and 4320 g a.i. ha-1), when applied in the pre-planting stage for pre-sprouted seedlings. The experiments were developed in São Martinho sugar mills, next to the town of Motuca (SP), under natural weather conditions, in the period from October 2015 to September 2016. The experimental design was done in blocks at random, with four repetitions. The herbicides were applied on the day prior to the planting of the pre-sprouted seedlings, where the CTC 11 strain was used, which seedlings were transferred into parcels comprised of 6 lines of 10 m, spaced by 1.5 m. Visual assessments were made 15, 30, 60, 90 and 120 days after the treatment application (DAA), a visual grading scale between 0 and 100% was also used. In the quantitative assessments, the parameters for height of the plants (cm), at 30, 60, 90 and 120 DAA, and tillering at 60, 90 and 120 DAA, were evaluated. In all assessed periods, a direct reading was performed using the chlorophyll meter, SPAD brand. At 330 DAA, the entire productivity (t ha-1) of the parcels was assessed through the manual cut and later weighing with the aid of a load cell, and strips with ten sugarcanes were collected for the performance of qualitative parameters (Brix, Pol, Purity and ATR). In both works, the phytotoxicity and productivity data were previously converted by the log-logistic regression, observing the principle of data normalization, identifying the selective rates for the crop. It was found that herbicides sulfentrazone (800 g a.i ha-1), and clomazone (1080 g a.i. ha-1), which are rates commercially used in the conventional planting through sugarcane billets, presented slight symptoms of phytotoxicity in the first assessments, but with the growth and development of the seedlings, they did not show a difference in height, tillering, SPAD index, and in the yield; and the technological characteristics of the stalks did not present significant differences. Therefore, the herbicides sulfentrazone and clomazone were selective to the sugarcane seedlings in the pre-sprouted seedlings (MPB) system when applied in the pre-planting stage for CTC 11.

Foi investigada a resposta antioxidante de culturas em suspensão celular de café (Coffea arabica L.) ao cádmio (Cd) e níquel (Ni). As células de café foram tratadas por doze dias com zero (controle), 0,05 e 0,5 mM de NiCl2 ou CdCl2. O Cd e o Ni acumularam rapidamente nas células e este acúmulo foi diretamente correlacionado com o aumento na concentração de metal no meio externo. Em 0,05 mM CdCl2 e 0,05 mM NiCl2, o crescimento foi estimulado, mas em 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2 a taxa de crescimento foi reduzida. As alterações no metabolismo do oxigênio ativo foram detectadas pela análise visual, assim como pelo aumento na peroxidação lipídica, nos tratamentos com 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2. As atividades das enzimas catalase (CAT; EC 1.11.1.6), glutationa redutase (GR; EC 1.6.4.2) e superóxido dismutase (SOD; EC 1.15.1.1) aumentaram após exposição ao Cd, particularmente na maior concentração de CdCl2. A atividade da ascorbato peroxidase (APX; EC 1.11.1.11) foi elevada por 0,05 mM CdCl2, mas não pode ser detectada em células cultivadas na maior concentração de CdCl2 após 24 h de cultivo, enquanto que a guaiacol peroxidase (GOPX; EC 1.11.1.7) não demonstrou um padrão claro de resposta ao tratamento com Cd. As atividades das enzimas CAT, GR, APX, GOPX e SOD foram aumentadas, particularmente nos períodos iniciais de exposição ao NiCl2 e as atividades foram maiores na dosagem 0,5 mM NiCl2, na maioria dos tempos de exposição testados. A análise em PAGE não desnaturante seguido pela revelação da atividade enzimática, apresentou uma isoenzima da CAT, nove isoenzimas da SOD e quatro isoenzimas da GR. As isoenzimas da SOD foram diferencialmente afetadas pelo tratamento com CdCl2 e NiCl2 e uma isoenzima da GR mostrou responder especificamente ao CdCl2 e ao NiCl2. Os resultados sugerem que 0,5 mM CdCl2 e 0,5 mM NiCl2 podem levar ao estresse oxidativo. O CdCl2 e o NiCl2 a 0,05 mM não induziram peroxidação lipídica e a principal resposta aparenta ser via indução das atividades das enzimas SOD, CAT e APX nas células tratadas com Cd e das enzimas SOD, CAT, GOPX e APX nas células tratadas com Ni, para a remoção das espécies ativas de oxigênio (EAOs), e pela indução da GR para garantir a disponibilidade de glutationa reduzida. A síntese de peptídeos de ligação ao Cd, deve também estar relacionada com a inibição da atividade da APX, provavelmente devido ao esgotamento da glutationa e ascorbato na maior concentração de CdCl2. / The antioxidant responses of coffee (Coffea arabica L.) cell suspension cultures to cadmium (Cd) and nickel (Ni) were investigated. Coffee cells were treated for twelve days with 0 (control), 0.05 and 0.5 mM NiCl2 or CdCl2. Cd and Ni accumulated very rapidly in the cells and this accumulation was directly correlated with an increase in applied metal concentration in the external medium. At 0.05 mM CdCl2 and 0.05 mM NiCl2, growth was stimulated, but at 0.5 mM CdCl2 and 0.5 mM NiCl2 the growth rate was reduced. An alteration in activated oxygen metabolism was detected by visual analysis as well as by an increase in lipid peroxidation at 0.5 mM CdCl2 and 0.5 mM NiCl2. Catalase (CAT; EC 1.11.1.6), glutathione reductase (GR; EC 1.6.4.2) and superoxide dismutase (SOD; EC 1.15.1.1) activity increased after Cd exposure, particularly at the higher concentration of CdCl2. Ascorbate peroxidase (APX; EC 1.11.1.11) activity was higher at the lower CdCl2 concentration used, but could not be detected in cells growing in the higher CdCl2 concentration after 24 h of growth, whilst guaiacol peroxidase (GOPX; EC 1.11.1.7) did not show a clear response to Cd treatment. CAT, GR, APX, GOPX and SOD activities were increased due to Ni treatment, particularly at earlier NiCl2 exposure times and the activities were higher at 0.5 mM NiCl2 for most of exposure times tested. An analysis by non-denaturing PAGE followed by staining for enzyme activity, revealed one CAT isoenzyme, nine SOD isoenzymes and four GR isoenzymes. The SOD isoenzymes were differently affected by CdCl2 and NiCl2 treatment and one GR isoenzyme was shown to specifically respond to CdCl2 and NiCl2. The results suggest that the higher concentrations of CdCl2 and NiCl2 may lead to oxidative stress. CdCl2 and NiCl2 at 0.05 mM did not induce lipid peroxidation and the main response appeared to be via the induction of SOD, CAT and APX activities in Cd treated cells and SOD, CAT, GOPX and APX activities in Ni treated cells, for the removal of reactive oxygen species (ROS), and by the induction of GR to ensure the availability of reduced glutathione. The synthesis of Cd-binding proteins may also be related to the inhibition of APX activity probably due to glutathione and ascorbate depletion at higher CdCl2 concentration.

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Soil pollution by heavy metals caused by anthropogenic activities is a problem in many countries. Cadmium (Cd) is one of the most hazardous elements due to its relatively high mobility in soils and transfer to plants. The main human exposure pathway to Cd is through the vegetable consumption and depends on the exposure scenario. Thus, defining a critical limit of Cd in soil is necessary. Barium is an earth alkaline element that can be toxic to humans and plants when it is present in the free form (Ba2+). However, only few studies have focused on Ba in soil. Soil characteristics influence Cd and Ba availability for plant uptake. Both metals may affect plant growth and metabolism and cause oxidative stress. The aims of this study were: (i) to compare tropical and temperate datasets to establish critical soil Cd concentrations for the State of São Paulo, Brazil; (ii) to evaluate the influence of liming on Cd availability and accumulation in lettuce in order to calculate site specific critical soil Cd concentrations for two typical tropical soils from the State of São Paulo; (iii) to evaluate the effects of Cd and Ba concentrations on plant growth, lipid peroxidation and activities of antioxidant enzymes in leaves of soybean, grown in tropical soils with contrasting properties. The Cd uptake from the tropical dataset was higher as compared to the temperate dataset. Critical soil Cd concentrations were from 1.7 to 3.2- fold lower when tropical soil data were used. It is suggested that only literature data, regarding Cd in soils and vegetables, from tropical regions should be used for the State of São Paulo to derive critical soil Cd concentrations. Cadmium accumulated linearly in lettuce at soil concentrations up to 12 mg kg-1. In both soils, a slight reduction on Cd uptake was observed as a response to liming. The calculated critical soil Cd concentrations were lower in the Ultisol because of the differences in soil characteristics. Besides, there was a positive correlation with the vegetable consumption rates. Cadmium strongly reduced soybean growth at concentrations from 5.2 mg kg-1, while Ba only slightly reduced at 600 mg kg-1 in the sandy Entisol. The activities of superoxide dismutase, catalase and glutathione reductase were dependent mainly on the soil type: soybean plants grown in the Entisol suffered higher oxidative stress than those grown in the clayey Oxisol and, consequently, responded less to the increase of metal concentrations. / A poluição do solo por metais pesados causada principalmente por atividades antrópicas é um problema em muitos países. Cádmio (Cd) é um dos elementos mais perigosos devido à sua mobilidade relativamente alta em solos e transferência para as plantas. A principal via de exposição humana ao Cd é por meio do consumo de vegetais e depende do cenário de exposição. Assim, a definição de um limite crítico de Cd no solo é necessária. O bário (Ba) é um elemento alcalino-terroso que pode ser tóxico aos seres humanos e às plantas, quando absorvido na sua forma livre (Ba2+). No entanto, há poucos estudos sobre Ba em solos. As características do solo influenciam na disponibilidade de Cd e Ba para absorção pelas plantas. Ambos os metais podem afetar o crescimento e metabolismo das plantas e causar estresse oxidativo. Os objetivos deste estudo foram: (i) comparar resultados oriundos de regiões tropicais e temperadas para determinar concentrações críticas de Cd em solos para o Estado de São Paulo; (ii) avaliar a influência da calagem na disponibilidade e no acúmulo de Cd em plantas de alface, a fim de calcular as concentrações críticas de Cd específicas para solos do Estado de São Paulo; e (iii) avaliar os efeitos das concentrações de Cd e Ba no crescimento das plantas, na peroxidação lipídica e na atividade de enzimas antioxidantes em folhas de soja, cultivada em solos tropicais com propriedades contrastantes. A absorção de Cd a partir do conjunto de dados de solos tropicais foi maior em relação ao de dados de clima temperado. As concentrações críticas de Cd no solo foram de 1,7 a 3,2 vezes menores quando os dados de solos tropicais foram utilizados. Sugere-se que apenas resultados de literatura de regiões tropicais, em relação a Cd em solos e vegetais, sejam utilizados para o Estado de São Paulo para derivação de concentrações críticas de Cd em solo. O Cd acumulou linearmente em alface em concentrações de até 12 mg kg-1 no solo. Apenas uma leve redução na absorção de Cd em resposta à calagem foi observada tanto no Latossolo quanto no Argissolo. As concentrações críticas de Cd foram menores no Argissolo do que no Latossolo, devido às diferenças nas características dos mesmos. Tais concentrações críticas tiveram correlação positiva com o consumo de hortaliças. O Cd reduziu fortemente o crescimento da soja em concentrações a partir de 5,2 mg kg-1, enquanto Ba causou apenas ligeira redução na dose de 600 mg kg-1 no Neossolo Quartzarênico. As atividades das enzimas superóxido dismutase, catalase e glutationa redutase dependeram, principalmente, do tipo de solo. Assim, as plantas de soja cultivadas no Neossolo sofreram mais estresse oxidativo do que as cultivadas no Latossolo. Conseqüentemente, a resposta das enzimas ao aumento das concentrações de metais foi pequena.

Existe uma grande preocupação com relação aos efeitos a longo prazo que muitos poluentes químicos possam ter sobre a saúde e o ambiente. Tal é o número de diferentes poluentes e a complexidade de suas interações que seus efeitos não podem ser prontamente definidos em programas de monitoramento que determinam a presença de poluentes no ambiente. Recentemente, pesquisas identificaram um grupo de enzimas conhecidas coletivamente como proteínas antioxidantes, que são induzidas em resposta aos poluentes, como os metais pesados e parecem proteger as células contra os possíveis danos causados por estes agentes. É possível que a análise da indução e acumulação de proteínas antioxidantes e/ou de defesa, possa fornecer um sistema biológico versátil de monitoramento dos efeitos da poluição. E assim, o estudo da atividade enzimática poderá vir a se configurar como um critério de avaliação da fitotoxicidade de metais pesados em plantas. Com esse propósito, foi desenvolvido um trabalho com o objetivo de estudar as alterações de crescimento e bioquímicas causadas pelo efeito do Cádmio (Cd) em arroz. Experimentos foram montados utilizando 8 diferentes genótipos de arroz da espécie Oryza sativa: F222, IAC202, Caipó, J199, IAC165, J79, F133, F35 e mais duas espécies: Arg2 (Oryza latifolia) e Oryza glumaepapulo nos quais foram submetidas a diferentes concentrações de Cd em solução nutritiva (0mM, 0,05mM, 0,5mM) durante um período de 3 e 7 dias para avaliação do efeito desse metal pesado no comprimento do sistema radicular. Foi realizado um segundo ensaio utilizando a cultivar IAC165, submetida a diferentes concentrações de CdCl2 (0mM, 0,01mM, 1,0mM). Nestas concentrações, coletas de folhas e raízes foram feitas em períodos de tratamentos constituídos de 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60, 66, 72horas. Com relação ao crescimento radicular do 1° ensaio foram identificados três padrões de resposta: um primeiro, cuja resposta à menor dosagem (0,05 mM de CdCl2) é significativa e esta se mantém na dosagem seguinte (0,5 mM); um segundo, onde também é significativa a resposta à menor dosagem, mas esta se intensifica significativamente com o aumento da dosagem e um terceiro, no qual as linhagens mostraram-se resistentes às dosagens testadas, não sendo afetadas em seu padrão de crescimento de raízes no tempo desse estudo. O parâmetro bioquímico analisado no 2° ensaio foi relativo aos níveis de atividade de enzimas antioxidantes, como Catalase e Glutationa Redutase. que mostraram padrões semelhantes de resposta tanto para Catalase como para Glutationa Redutase, observando-se elevação das atividades dessas enzimas antioxidantes em folhas e raízes, sendo o aumento de atividade da Glutationa Redutase nas raízes altamente significativo, sugerindo que a síntese de Glutationa reduzida possa estar estimulada para subseqüente síntese de fitoquelatinas. / The response of a group of rice genotypes to cadmium exposure was tested using the root growth as a parameter during the time length of the treatment. Three distinct response patterns were identified: a significant initial (0.01 mM) dosage effect, which was maintained with the increase of CdCl2 concentration to 1 mM; a significant initial effect, which was intensified with the increase of CdCl2 concentration, and a group of varieties resistant ot the CdCl2 concentration tested. Significant interactions between dosage and varieties were observed. Enzymatic assays for catalase and gluthatione reductase were also carried out for in plants exposed to CdCl2. Similar response patterns for both enzymes were observed. The activities of catalase and gluthatione reductase in leaves and roots were increased and in the case of gluthatione reductase in roots, such an increase was highly significant, suggesting that the synthesis of reduced gluthatione may be stimulated for subsequent synthesis of phytochelatins.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:32:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4210.pdf: 2126138 bytes, checksum: fc7ae2b9679ee1e4098307223fb03cdc (MD5) Previous issue date: 2012-02-13 / Universidade Federal de Sao Carlos / ABSTRACT Allelopathy is defined as any process involving secondary metabolites that influence the growth and development of natural and cultivated systems. Plants of the Aristolochia genus are known for their use in traditional medicine, but few studies have been conducted on the ecological importance of their secondary compounds and their possible application in agriculture. This study aimed at the isolation, characterization and evaluation of the allelopathic activity of A. esperanzae secondary metabolites. Extraction, bioassay-guided isolation, spectroscopic and spectrometric analysis of the isolated compounds was carried out. The phytotoxic activity of the active extracts from A. esperanzae different organs on the development of species of cultivated crops and weeds, and of the active semipurified sample in the initial growth of Triticum aestivum L. (wheat) was evaluated. The EtOAc extracts of A. esperanzae mature leaves and roots showed phytotoxic activity similar to the herbicide used as control over the weed species. Biossayguided isolation of compounds with allelopathic activity from mature leaves of A. esperanzae has led to the isolation of three isomeric compounds with mass fragments with m/z 321 Da and 161 Da, and ultraviolet absorption at 234 nm and between 286 nm and 287 nm. Analysis by 1D- and 2D-NMR of one of these compounds allowed to stabilish its partial structure. The semi-purified ISO sample, obtained from A. esperanzae mature leaves and composed mainly by the isomeric mixture isolated, showed allelopathic activity on the early development of wheat, with inhibition of root development and formation of necrotic abnormalities over the shoots of these seedlings, with hormetic behavior. The activity of the compounds present in the ISO fraction showed to be different from that presented by the commercial herbicide, and may lead to the development of bioherbicides.. / A alelopatia é definida como qualquer processo envolvendo metabólitos secundários que influenciam no crescimento e desenvolvimento de sistemas naturais e cultiváveis. Plantas do gênero Aristolochia são conhecidas por seu uso na medicina tradicional, porém poucos estudos foram realizados sobre a importância ecológica de seus compostos secundários ou sua possível aplicação na agricultura. O presente estudo teve por objetivo o isolamento, caracterização e avaliação da atividade alelopática de compostos secundários de A. esperanzae. Procedeu-se a extração, isolamento biodirigido, análises espectroscópicas e espectrométricas dos compostos isolados. Avaliou-se a atividade fitotóxica dos extratos ativos de diferentes órgãos de A. esperanzae sobre o desenvolvimento de espécies cultivadas e invasoras de culturas agrícolas, e de amostra ativa semi-purificada sobre o crescimento inicial de Triticum aestivum L. (trigo). Os extratos AcOEt de folhas maduras e raízes de A. esperanzae apresentaram atividade fitotóxica semelhante ao do herbicida utilizado como controle sobre espécies invasoras de culturas agrícolas. O isolamento biodirigido de compostos com atividade alelopática de folhas maduras de A. esperanzae levou à obtenção de três compostos isoméricos com fragmentos de massas com razão m/z 321 Da e 161 Da, e absorção no ultravioleta em 234 nm e entre 286 nm e 287 nm. Análises por RMN mono e bidimensionais de um destes compostos possibilitaram estabelecer sua estrutura parcial. A amostra semipurificada ISO, obtida de folhas maduras de A. esperanzae e compostas majoritariamente pela mistura isomérica isolada, apresentou atividade alelopática sobre o desenvolvimento inicial do trigo, com inibição do desenvolvimento do sistema radicular e formação de anormalidades necróticas na porção aérea, com comportamento hormético. A atividade dos compostos presentes na fração ISO mostrou-se diferenciada daquela apresentada pelo herbicida comercial, sendo promissores no desenvolvimento de bioherbicidas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5821.pdf: 2231996 bytes, checksum: edfd5a3ae517fd70ccf6718b1c349351 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / Along its evolutionary history, plants have developed biosynthetic routes to synthesize and accumulate a wide variety of secondary metabolites, which respond to the environment characteristics where they occur. The studies about these compounds effects on nearby organisms constitute the field of allelopathy. Allelopathy is an important phenomenon in plant chemical ecology that involves bioactive compounds, from which one can produce natural pesticides that would be more specific, less harmful to the environment and applied to a model of sustainable agriculture. Drimys brasiliensis Miers is found in the Atlantic Forest and in the Cerrado domain. It s chemically characterized by the presence of monoterpenes, sesquiterpenes and flavonoids, with great use potential in the pharmaceutical industry. There are few studies about the allelopathic potential of D.brasiliensis and its secondary metabolites to act as natural pesticides, specialy as herbicide or insecticide. Thus, in the first chapter we studied the phytotoxic potential of aqueous extracts of D.brasiliensis according to the seasonality and different plant organs. The phytotoxic effect of D.brasiliensis isinfluenced by the period of collection, with more evident activity in leaves collected in the dry season. Aqueous extracts from leaves, roots and stems of D.brasiliensis showed activity on crop plants, and all organs are a promising source in the search of phytotoxic compounds. In the second chapter, we investigated the phytotoxic potential of crude extract fractions from D. brasiliensis roots and leaves on weeds. The inhibitory effects of the root hexane fraction on seedling growth was similar to the herbicide, indicating that D. brasiliensis is a possible alternative form of control for the weed species examined. In chapter three, was carried a bioassay-guided isolation of bioactive compounds present in D.brasiliensis roots. Four drimanes sesquiterpenes were isolated from bioactive fractions of roots, determined as polygodial, polygodial 12 α- acetal, dendocarbin L and (+) fuegin. The polygodial caused phytotoxic effects on wheat coleoptile and on crop and weed species. In the last chapter, the effect of the hexane fraction and polygodial obtained from D.brasiliensis roots was evaluated on Toxoptera citricidus Kirkaldy (black citrus aphid), and both caused toxicity, with high mortality on nymphs and adults stages of this aphid. The polygodial, isolated for the first time in the roots of D. brasiliensis, may be the primarily responsible for the biological activities detected in this study. The herein presented data allow the indication of this compound as a potential biopesticide. / Ao longo do seu processo evolutivo, as plantas desenvolveram rotas de biossíntese, através das quais sintetizam e acumulam uma ampla variedade de metabólitos secundários, que respondem às características do meio onde se encontram. Os estudos realizados sobre os efeitos desses compostos em organismos próximos constituem o campo da alelopatia. A alelopatia representa um importante fenômeno dentro da ecologia química de plantas e envolve a síntese de metabólitos secundários, a partir dos quais se pode produzir pesticidas naturais, mais específicos, menos prejudiciais ao ambiente e aplicáveis a um modelo de agricultura de base ecológica. A espécie Drimys brasiliensis Miers ocorre na Mata Atlântica e no domínio do bioma Cerrado. Fitoquimicamente é caracterizada pela presença de monoterpenos, sesquiterpenos e flavonóides com grande potencial de uso na indústria farmacológica. São poucos os trabalhos publicados que tratam de investigações do potencial de D. brasiliensis e de seus metabólitos secundários para atuarem como pesticidas naturais, principalmente no que concerne às ações herbicida e inseticida. Nesse sentido, no primeiro capítulo foram realizadas investigações sobre o potencial fitotóxico de extratos aquosos de D. brasiliensis em função da sazonalidade e de diferentes órgãos da planta. O efeito fitotóxico de D. brasiliensis foi influenciado pela época de coleta, com atividade mais evidente em folhas coletadas na estação seca. Extratos aquosos de folhas, raízes e cascas do caule de D. brasiliensis apresentaram atividade inibitória sobre plantas cultivadas, e todos os órgãos constituem uma fonte promissora para a busca de compostos fitotóxicos. No segundo capítulo, foi investigado o potencial fitotóxico de frações do extrato bruto de folhas e raízes de D. brasiliensis sobre as plantas infestantes Panicum maximum Jacq e Euphorbia heterophylla L. As inibições no crescimento inicial, decorrentes da aplicação da fração hexânica das raízes, foram similares ao efeito produzido pelo herbicida oxyfluorfen, indicando a eficiência de D. brasiliensis para o controle das espécies infestantes estudadas. No terceiro capítulo, foi realizado o isolamento biomonitorado de compostos presentes em raízes de D. brasiliensis. Foram isolados quatro drimanos sesquiterpenos das frações bioativas de raízes, determinados como poligodial, poligodial 12 α-acetal, dendocarbin L e (+) fuegin. O poligodial exerceu efeitos fitotóxicos sobre coleóptilos de trigo e sobre duas espécies infestantes e uma cultivada avaliadas. No último capítulo, o efeito da fração hexânica e do poligodial obtidos de raízes de D. brasiliensis foi avaliado sobre Toxoptera citricidus Kirkaldy (pulgão-preto dos citros), e ambos causaram toxicidade, provocando elevada mortalidade nas fases de ninfas e adultos deste afídeo. O poligodial, isolado pela primeira vez nas raízes de D. brasiliensis, pode ser o principal responsável pelas atividades biológicas registradas neste estudo. Os resultados obtidos permitem a indicação deste composto como um potencial biopesticida.