A biomassa vegetal, seja como produto de interesse econômico ou do ponto de vista ecológico, é estritamente dependente do processo fotossintético. O advento das técnicas de biologia molecular e transformação genética de plantas trouxe boas perspectivas para a alteração do processo fotossintético, já que pouco foi conseguido com o melhoramento vegetal tradicional. Modificações genéticas nos LHCs (estruturas responsáveis pela captação e transferência da energia luminosa) mostram-se promissoras. Plantas transgênicas de tabaco (Nicotiana tabacum, L.) que expressam o gene quimérico Lhcb1*2 de ervilha têm sido estudadas por apresentarem uma série de alterações no metabolismo fotossintético, além de um ganho genético em relação à planta selvagem original. Vários autores observaram mudanças morfológicas, fisiológicas, bioquímicas e adaptativas que favorecem estas plantas em diversas condições de cultivo. Diversos experimentos foram realizados no intuito de melhor caracterizar as plantas transformadas com o gene Lhcb1*2 de ervilha. O potencial produtivo foi avaliado através da análise de crescimento e produção de massa seca. O metabolismo fotossintético foi analisado através de medidas de assimilação de CO2, fluorescência da clorofila a, metabólitos do ciclo de Calvin-Benson, glicólise e ciclo de Krebs, carboidratos (amido e sacarose) e aminoácidos. Os resultados obtidos mostram uma redução da taxa de fotorrespiração pelas plantas transgênicas. Esta redução promoveu o aumento do período de crescimento vegetativo e produção de biomassa, à semelhança do que ocorre em plantas cultivadas sob baixa pressão de oxigênio (5%) ou alto CO2. Entretanto, ao contrário do que ocorre nessas condições, a produção de sementes e o peso nas linhagens transgênicas não foram reduzidos. / Plant biomass, seen either from the economic or the ecological points of view, is highly dependent upon photosynthesys. The development of molecular biology and genetic engineering techniques brought great perspectives for the improvement of the photosynthetic process, since few progress had been achieved with traditional plant breeding. Genetic alteration of the LHCs (structures responsible for the capture and distribution of radiant energy) seems promising. Transgenic tobacco plants (Nicotiana tabacum, L.) over expressing the pea Lhcb1*2 gene have been studied. They present several alterations in the photosynthetic metabolism which lead to a genetic improvement of them in relation to the original plant. Many authors observed morphological, physiological, biochemical and adaptative changes which were benefical to these plants to diverse growing conditions. Several experiments were carried out in order to better characterize these transgenic tobacco lines. The potential for production was evaluated, via dry wight and growth rate. The photosynthetic metabolism was analyzed through CO2 assimilation, chlorophyll fluorescence, metabolites of the Calvin-Benson, glycolysis and Krebs cycles, carbohydrates (starch and sucrose) contents and amino acids. The results obtained show a reduction in photorespiration rate in the transgenic plants. Such reduction lead to on extension of the plant growing period and on enlargment of the biomass, similar to what occurs in plants growing under low O2 (5%) or high CO2 conditions. However, in contrast to what normally happens under these conditions, dry weight and seed production were not reduced in the transgenic lines.

A clorose variegada dos citros (CVC) é um dos principais problemas que assolam a citricultura brasileira nos últimos dez anos. Essa doença, causada pela bactéria Xylella fastidiosa, determina menor produção das plantas infectadas e tem estreita relação com as condições climáticas, sendo sua severidade agravada em regiões com baixa disponibilidade hídrica, alta demanda atmosférica e elevadas temperaturas. A fotossíntese, que possue relação direta com a produtividade das plantas, é um dos processos fisiológicos afetados pela CVC. Esse trabalho visou investigar os efeitos da temperatura na fotossíntese de plantas infectadas pela X. fastidiosa e determinar como o processo fotossintético é afetado pela presença da bactéria. Para tanto, foram utilizadas mudas de laranjeira 'Pêra' (Citrus sinensis (L.) Osbeck), com aproximadamente 9 meses de idade, cultivadas em vasos plásticos de 3L. Foram realizados dois experimentos. No experimento I, mudas sadias e doentes foram dispostas em câmara de crescimento e submetidas por 7 dias a regimes de temperatura de 25/20 e 35/20ºC (dia/noite), com concentrações de CO2 e O2 atmosféricas, 14h de fotoperíodo, densidade de fluxo de fótons fotossintéticos (DFFF) de 600umol m -2 s -1 e déficit de pressão de vapor do ar de 1kPa. Foram realizadas medidas simultâneas de trocas gasosas [assimilação de CO2 (A); transpiração (E) e condutância estomática (gs)] e fluorescência da clorofila a [eficiência quântica potencial (Fv/Fm) e efetiva ( F/Fm')do fotossistema II, taxa aparente de transporte de elétrons (ETR) e coeficientes de extinção fotoquímica (qP) e não-fotoquímica (NPQ) da fluorescência] em tecidos intactos, nas temperaturas de 25, 30, 35 e 40ºC. No experimento II, foram realizadas curvas de resposta da produção de oxigênio fotossintético (Ao) em função de DFFF e curvas de indução de Ao, com medidas simultâneas de Ao, DF/Fm', ETR, qP e NPQ, em discos foliares, nas temperaturas de 35 e 45ºC. No experimento I, as plantas com CVC apresentaram valores inferiores de A, E e gs, sendo que as diferenças entre plantas sadias e doentes foram maiores no regime de temperatura de 35/20ºC, onde foram registrados os maiores valores de A, E e gs. Essas variáveis tenderam a decrescer com o aumento da temperatura (de 25 para 40ºC), alcançando valores mínimos a 40ºC em ambos regimes de temperatura. No experimento I, a CVC não influenciou DF/Fm', ETR, qP e NPQ, porém, Fv/Fm das plantas com CVC foi superior em todas as medidas. As variáveis mais influenciadas pela temperatura foram DF/Fm', ETR e qP, as duas primeiras decrescendo e a última aumentando com o aumento da temperatura de medida. Os maiores valores de Fv/Fm , DF/Fm', ETR, qP e NPQ foram registrados no regime de 35/20ºC, confirmando que essas condições foram mais favoráveis à atividade fotossintética das plantas. No experimento II, as plantas sadias apresentaram os maiores valores de Ao, DF/Fm', ETR, qP e NPQ nas medidas efetuadas a 35ºC. A presença da bactéria afetou a indução de Ao em ambas temperaturas, porém as diferenças em DF/Fm', ETR, qP e NPQ foram encontradas apenas a 35ºC. Esses resultados indicaram que o aumento da temperatura afetou o sistema planta-patógeno agravando as disfunções no metabolismo fotossintético das plantas com CVC. A menor fotossíntese de laranjeira 'Pêra' infectada pela X. fastidiosa é atribuída a menor condutância estomática, comprometimento de reações bioquímicas e aumento da atividade fotorrespiratória. / The citrus variegated chlorosis (CVC) has became a great problem for the Brazilian citriculture during the last ten years. CVC, caused by the bacterium Xylella fastidiosa, causes a strong decrease in production of infected plants. Higher severities of the disease have been reported in areas with water deficit, high atmospheric demand and high temperatures. Photosynthesis, which has direct relationship with plant productivity, is a physiological process affected by CVC. The objectives of this study were to determine the effects of temperature upon photosynthesis of infected plants and to evaluate how the photosynthetic apparatus is affected by the presence of the bacterium. In order to achieve these objectives, two experiments (I and II) were carried out, using 9 months-old seedlings of sweet orange 'Pêra' (Citrus sinensis (L.) Osbeck), grown in 3L plastic pots under greenhouse conditions. In experiment I, prior to measurements, healthy and infected plants were moved to a plant growth chamber and exposed to temperature regimes of 25/20 and 35/20ºC (day/night) during 7 days each, CO2 and O2 atmospheric concentrations, 14h photoperiod, photosynthetically active radiation (PAR) of 600mmol m-2 s-1 and air vapor pressure difference of about 1 kPa. Simultaneous measurements of leaf gas exchange [CO2 assimilation (A); transpiration (E) and stomatal conductance (gs)] and chlorophyll fluorescence [potential (Fv/Fm) and effective (DF/Fm') quantum yield of photosystem II, apparent electron transport rate (ETR) and photochemical (qP) and non-photochemical (NPQ) fluorescence quenching] were taken in intact leaves, at 25, 30, 35 and 40ºC. In experiment II, light curves of photosynthetic oxygen evolution (Ao), and curves of photosynthesis induction were carried out, with simultaneous measurements of Ao, DF/Fm', ETR, qP and NPQ in leaf discs, at 35 and 45ºC. In experiment I, infected plants shown decrease in A, E and gs, and the differences between healthy and infected plants were greater at 35/20ºC, where the largest values of A, E and gs were observed. These variables decreased with increasing temperature, reaching minimum values at 40ºC for both temperature regimes. In experiment I, no differences between healthy and infected plants regarding chlorophyll fluorescence variables were observed. However, Fv/Fm of infected plants was higher in all conditions. The three most influenced variables by temperature were DF/Fm', ETR and qP, whereas the two first decreased while the last increased with increasing temperature. Largest values of Fv/Fm, DF/Fm', ETR, qP and NPQ were registered at 35/20ºC, confirming that this temperature regime was more adequate to plant photosynthetic activity. In experiment II, healthy plants showed the largest values of Ao, DF/Fm', ETR, qP and NPQ at 35ºC. The presence of the bacterium affected Ao induction in both temperatures, however, differences in DF/Fm', ETR, qP and NPQ for healthy and infected plants were only found at 35ºC. Results from this study indicated that increase in temperature affected the plant-pathogen system, amplifying the malfunction of the photosynthetic metabolism of infected plants. The smallest photosynthetic rates of sweet orange 'Pêra' infected by X. fastidiosa were caused by low stomatal conductance, biochemical injuries and photorespiratory activity.

O aumento para demanda na produção de alimentos associado a possíveis alterações climáticas globais tem promovido um interesse renovado em pesquisas envolvendo o metabolismo fotossintético. Acredita-se que com o melhoramento fotossintético a produtividade das culturas aumente. Para se alcançar este objetivo, além do uso de práticas biotecnológicas, ainda são necessários estudos abordando as limitações intrisecas do processo fotossintético que possam contribuir com a identificação de alvos para a engenharia genética. Neste contexto, esta tese aborda perguntas especificas sobre a regulação da fotossíntese C4 pela nutrição nitrogenada, o deficit hídrico e a interação destes dois fatores. No primeiro capítulo experimental foi desenvolvido um estudo envolvendo os efeitos da nutrição nitrogenada na difusão interna de CO2. Foi observado que o conteúdo de nitrogênio (N) foliar é determinante para a condutância interna de CO2 (? 18O-gm). Um menor conteúdo de N induz reduções iniciais em ? 18O-gm devido menor atividade das enzimas carboxilativas. Conforme o conteúdo de N reduz em folhas mais velhas alterações na antomia passaram a contribuir com a regulação de ? 18O-gm. No segundo capítulo, foi explorada a variação genotipica de cana-de-açúcar quanto a parâmetros relacionados a fotossíntese e o nitrogênio foliar, envolvendo a eficiência de uso de nitrogênio fotossintética (PNUE) e índices de herdabilidade. A variabilidade dos materiais genéticos foi explicada principalmente pelos parâmetros de trocas gasosas que contribuíram com o agrupamento dos materiais em três grupos. A partir deste agrupamento é possível verificar as diferenças entre os materiais em reposta a nutrição nitrogenada. Além disto, parâmetros de trocas gasosas como a taxa de assimilação de CO2 e condutância estomática junto com PNUE apresentaram altos índices de herdabilidade no sentido restrito. Por fim, o terceiro capítulo investigou a regulação do metabolismo de assimilação de CO2 em resposta ao deficit hídrico em folhas de cana-de-açúcar e como o metabolismo de nitrogênio está envolvido neste processo. Diferentes fatores envolvidos na regulação negativa da fotossíntese foram identicados. Interesantemente, alterações nos componentes nitrogenados só contribuíram com a inibição metabólica na fase de estresse severo. Adicionalmente foi observado que a superação da inibição metabólica durante a reidratação é mais rápida quando a cultivar apresenta decréscimos mais lentos no metabolismo de N no período de seca, associado a menores danos na capacidade fotossintética. / Increased demand for food production and the possibility of global climate change has promoted renewed interest in photosynthesis research. It is expected that with the photosynthetic improving the crop productivity increase. For this, besides of the use of biotechnological practices, further studies are needed about intrinsic limitations of the photosynthetic process that can contribute to the identification of targets for genetic engineering. In this context, this thesis discusses specific questions about photosynthesis regulation C4 by nitrogen nutrition, water deficit and the interaction of these two factors. In the chapter I, it was developed a study of the effects of nitrogen nutrition in the internal diffusion of CO2. It was observed that the leaf nitrogen (N) is essential for the internal CO2 conductance (Δ 18O-gm). A lower leaf N induces initial reductions in Δ18O-gm by lower activity of the carboxylation enzymes. With N leaf reduction in older leaves anatomy changes began to contribute to the regulation of Δ18 O-gm. In the chapter II, the genotypic variation of sugarcane to photosynthetic parameters and leaf nitrogen was explored, involving the photosynthetic nitrogen use efficiency (PNUE) and heritability analysis. The variability of the genetic material is explained mainly by gas exchange parameters that contributed to the grouping of materials into three groups. From this, it is possible examine the differences between the materials in response to nitrogen nutrition. Furthermore, gas exchange parameters such as CO2 assimilation rate and stomatal conductance along with PNUE showed high heritability in the narrow sense. Finally, the chapter III investigated the regulation of CO2 assimilation metabolism in response to water deficit sugarcane leaves and how nitrogen metabolism is involved in this process. Different factors involved in the negative regulation of photosynthesis were identified. Interestingly, changes in nitrogen components only contributed to metabolic inhibition in severe stress. Additionally it noted that overcoming metabolic inhibition during rehydration is faster when the cultivar presents slower decreases in N metabolism during water deficit, associated with less damage to the photosynthetic capacity.

A pupunha (Bactris gasipaes Kunth-Arecaceae) é uma palmeira de extrema importância ecológica e na agroindústria palmiteira, sendo essencialmente propagada por sementes, uma vez que, devido às sérias dificuldades na aclimatização, a micropropagação dessa espécie é prejudicada. Neste contexto, foram comparadas por meio de análises anatômicas e fisiológicas, folhas de pupunheiras cultivadas in vitro, ex vitro e in vivo, com o intuito de verificar as prováveis alterações, que possam influenciar na adaptação das microplantas às condições ex vitro, uma vez que a lâmina foliar é o órgão que mais se modifica em resposta as alterações ambientais. As plantas cultivadas in vitro e posteriormente transferidas para ambiente ex vitro, passaram por um processo de aclimatização constituído de três etapas de rustificação, onde na 1ª etapa as microplantas foram mantidas por três dias na sala de crescimento com os tubos de ensaio abertos, apresentando 100% de sobrevivência. Na 2ª etapa (50 dias de aclimatização) as microplantas permaneceram por quarenta e sete dias em sala de crescimento com temperatura e luminosidade controladas, apresentando 95% de sobrevivência. Na 3ª etapa (180 dias de aclimatização), onde as microplantas permaneceram por 130 dias no ripado sob condições de sombra (sombrite com malha 50%), com percentual de 70% de sobrevivência. Durante o processo de aclimatização foram coletadas amostras de folhas sob condição in vitro, ex vitro (aos 50, 90 e 180 dias de aclimatização) e in vivo, onde foram realizadas análises anatômicas por meio de microscopia eletrônica de varredura e de luz, e fisiológicas, pela taxa de condutância estomática, transpiração e fotossíntese, obtidas pelo IRGA (analisador de gás infravermelho), e o teor de clorofila, obtida pelo SPAD-502 (Soil and Plant Analysis Development). Os dados analisados foram comparados entre si, e suas médias submetidas à análise de variância e comparadas pelo teste de Tukey. As folhas das pupunheiras apresentaram as mesmas estruturas anatômicas básicas em todas as condições de cultivo, e como resposta a aclimatização observou-se o aumento na espessura do mesofilo e na quantidade fibras vasculares (área ocupada pelas fibras na lâmina foliar). Também foram observadas alterações fisiológicas, como a diminuição da condutância estomática, com conseqüente queda na taxa de transpiração e fotossíntese logo após o transplante das microplantas para as condições ex vitro; sendo que no decorrer do processo de aclimatização observou-se a recuperação destes fatores com a taxa de fotossíntese se igualando as das plantas in vivo. O mesmo verificou-se em relação ao teor de clorofila que apresentou um aumentou gradativo em relação ao tempo de aclimatização. As alterações anatômicas e fisiológicas não afetaram de forma significativa o processo de aclimatização, ao contrário evidenciaram um mecanismo de adaptação da espécie às condições de cultivo, permitindo considerar como fatores determinantes para o estabelecimento do protocolo de aclimatização, o ambiente com elevada umidade relativa do ar (ex vitro), o substrato composto de solo tipo latossolo vermelho-amarelo e o tratamento profilático com fungicidas. / The peach palm (Bactris gasipaes Kunth-Arecaceae) is a palm of extreme importance in ecological and palm tree agribusiness and is being mainly propagated by seed, once; due to serious difficulties in acclimatization, the micropropagation of this species is a hard process. In this context, pejibaye leaves from in vitro, ex vitro and in vivo cultivated plants were compared using anatomical and physiological analysis in order to detect probable alterations that would influence the microplants adaptation to ex vitro conditions, since the leaf blade is the plant organ that more is modifying in response to environmental changes. The in vitro cultivated plants that were subsequently transferred to ex vitro environment went through an acclimatization process that consisted of three rustification phases. In the first stage the microplants were maintained in the growth room for three days in opened test tubes, featuring 100 % of survival. In the second stage (50 days of acclimatization) the microplants remained for forty-seven days in the growth room with controlled lighting and temperature, resulting in 95% of survival. In the third stage (180 days of acclimatization) the microplants remained for 130 days covered with black shadow screen (\"sombrite\" mesh with 50%) on the sides, resulting in 70% of survival. During the acclimatization process leaves samples of in vitro, ex vitro (to 50, 90 and 180 days of acclimatization) and in vivo cultivated plants were collected and used for anatomical analyses using light and scanning electron microscopy and for physiological analyses using stomatal conductance, transpiration and photosynthesis rates, obtained by IRGA (infrared gas analyzer), and the content of chlorophyll, obtained by the SPAD-502 (Soil and Plant Analysis Development). The analyzed data were compared with each other, and their average subjected to analysis of variance and compared by Tukey test. The peach palm had the same basic anatomical structures in all conditions of cultivation, and in response to the acclimatization process there was an increase in the thickness of the mesophyll and in quantity of vascular fibers (area occupied by the fibers in leaf blade). Physiological changes were also observed, as the decrease in stomatal conductance, with a consequent fall in the photosynthesis and transpiration rates soon after the microplants transplant to ex vitro conditions. During the acclimatization process was the recovery of these factors with the photosynthesis rate equaling the rate of in vivo plants. The same occurred in relation to the level of chlorophyll which showed a gradual increase in relation to the period of acclimatization. These anatomical and physiological changes did not affect significantly the acclimatization process, on the contrary, showed a adaptation mechanism of the species to the cultivation conditions, allowing consider as determining factors for the establishment of a acclimatization protocol, the environment with high relative humidity (ex vitro), the substrate consisting of Red Yellow latosol and the fungicide prophylactic treatment.

O cancro cítrico (Xanthomonas axonopodis pv. citri) é uma das mais importantes doenças dos citros e seu controle é feito com medidas de exclusão e erradicação do patógeno. As chances de detecção de plantas doentes diminuem em pomares com baixa incidência da doença. Considerando-se as dificuldades da diagnose visual do cancro cítrico e as vantagens de uma tecnologia que possa melhorar o processo de detecção desta doença no campo, procurou-se identificar características espectroscópicas únicas de uma planta com esta doença. Os objetivos do presente trabalho foram verificar as características espectroscópicas de folhas com cancro cítrico e correlacioná-las às alterações na eficiência fotossintética do tecido foliar doente e relacionar severidade da doença à eficiência fotossintética. Os perfis espectroscópicos e a eficiência fotossintética de plantas das espécies Citrus sinensis (?Hamlin?), Citrus reticulata (?Ponkan?) e Citrus limonia (?Cravo?) foram avaliados antes e após a inoculação com Xanthomonas axonopodis pv. citri. O modelo y = (1 - x) ?, onde y representa a assimilação líquida relativa de CO2 e x, a severidade da doença, foi ajustado aos dados por meio de regressão não-linear. O modelo monomolecular foi ajustado à relação entre assimilação líquida relativa de CO2 e razões espectroscópicas da região do vermelho, também por regressão não-linear. Concluiu-se que a doença afeta a eficiência fotossintética de ?Ponkan? e ?Hamlin?. Em ?Hamlin?, a doença não apenas reduz a área foliar, mas também reduz a fotossíntese do tecido verde remanescente. Há relação positiva entre as razões espectroscópicas da região do vermelho e a fotossíntese nas variedades testadas. / Citrus canker (Xanthomonas axonopodis pv. citri) is one of the most important diseases of citrus. Regulatory control is applied by means of exclusion and eradication of the pathogen. Possibilities of detection of infected trees decrease in orchards with low disease incidence. Considering the difficulties in visual diagnosis of citrus canker and the advantages of a technology that can improve the process of its detection in the field, single spectroscopic characteristics of a plant with this disease was searched. The objectives of the present work were to verify the spectroscopic characteristics of leaves with citrus canker and to correlate them to photosynthetic efficiency of these diseased leaves, and to relate disease severity to photosynthetic efficiency. Spectroscopic profiles and photosynthetic efficiency of Citrus sinensis (?Hamlin?), Citrus reticulata (?Ponkan?) and Citrus limonia (?Cravo?) were assessed before and after the inoculation with Xanthomonas axonopodis pv. citri. The model y = (1 - x) ?, in which y represents relative net assimilation of CO2 and x, disease severity, was fitted to the data by nonlinear regression. The monomolecular model was fitted to the relationships between relative net assimilation of CO2 and spectroscopic reasons of the red region, also by nonlinear regression. It was concluded that the disease affects the photosynthetic efficiency of ?Ponkan? and ?Hamlin?. In ?Hamlin?, the disease not only reduces the amount of leaf area, but also reduces the photosynthesis of the remaining green leaf tissue. There is a positive relationship between spectroscopic reasons of the red region and photosynthesis in ?Hamlin?, ?Ponkan?, and ?Cravo?.

Este trabalho teve como objetivo analisar os efeitos fisiológicos do herbicida Paraquat, indutor de estresse oxidativo, em plantas de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.). A escolha desta espécie como modelo fisiológico deste estudo deveu-se a sua importância econômica para o país, em especial para o Estado de São Paulo. O Paraquat (PQ) é um herbicida de contato que atua especificamente no Fotossistema II bloqueando o fluxo de elétrons e impedindo a redução do NADPH, aceptor final de elétrons. Como consequência, há a formação de radicais instáveis, reativos com a molécula de oxigênio (EROs), os quais causam danos em membranas, proteínas e ácidos nucleicos. A hipótese central foi a de que a atividade de peroxidase de ascorbato é mais sensível ao PQ do que a atividade de superóxido dismutase, nas mesmas condições. O experimento principal consistiu da aplicação, via pulverização foliar, de diferentes doses de PQ (0, 2, 4, 6 e 8 mM de Metil Violágeno, agente ativo), que permaneceu em contato por 24 e 48 horas. Após 18 horas de exposição, observou-se sintomas visuais de toxocidade e uma redução significativa da atividade fotossintética, medida através de parâmetros relacionados com a fluorescência da clorofila a. O nível de peroxidação de lipídeos, indicado pela concentração de TBARS, foi aumentado, indicando danos nas membranas causados pela geração de EROs. Um resultado importante foi o aumento da atividade específica de SOD (Superóxido Dismutase), primeira enzima de defesa contra EROs. Esse aumento foi gradativo com o aumento da dose e do tempo de exposição ao PQ. A isoforma mais evidente foi a SOD Cu/Zn, visualizada por atividade em gel nativo. Esta isoforma está presente preferencialmente em cloroplastos, organela alvo da ação do PQ. É importante ressaltar que mesmo em doses quase letais, a atividade desta enzima manteve-se em níveis semelhantes ao controle. Entretanto, a atividade de APX (Ascorbato Peroxidase), enzima que faz a remoção de radicais H2O2, gerados pela SOD, foi reduzida abruptamnete a partir de 4 mM PQ, apesar de ter sido observado um aumento na dose inicial (2 mM). Este fato sugere que os danos oxidativos em cana-de-açúcar tratadas com PQ podem ser causados pelo excesso de radicais H2O2. Diferente da SOD, a APX é considerada bastante susceptível a certos tipos de estresse ambiental, logo perdendo sua atividade. Analisou-se também a expressão de proteínas por SDS-PAGE e eletroforese 2-D. Em ambos resultados, foram observados diminuição na expressão de algumas proteínas ocasionada pelo tratamento com PQ. Contudo, não foi possível detectar claramente a indução de peptídeos nesse caso, provavelmente devido ao alto grau de degradação das estruturas celulares. O aumento da atividade de SOD em cloroplastos de folhas de cana-de-açúcar tratadas com PQ, deve ser mais estudado, pois esta pode ser uma enzima alvo para programas de melhoramento genético visando obtenção de plantas com resistência ao PQ e a outros herbicidas com modo de ação no sistema fotossintético. / This work had the objective to analyze physiological effects of Paraquat herbicide, an oxidative stress inductor, in sugarcane (Saccharum officinarum L.) plants. The choice to use this species as a physiological model for this study was due its recognized economical importance for our country, in special to the State of Sao Paulo. Paraquat (PQ) is a contact herbicide that acts specifically on Photosystem II by blocking the normal electron flux and the reduction reaction of NADPH, the electron acceptor molecule. As consequence, there is formation of instable radicals and highly reactive oxygen species (ROS), which cause damage to membranes, proteins and nucleic acids. The central hypothesis was that ascorbate peroxidase activity is more sensitive to PQ than the activity of superoxide dismutase in the same conditions. The main experiment consisted on the sprayed of different concentrations of PQ (0, 2, 4, 6 e 8 mM of Metil Violagen) that stayed in leaf contact for 24 and 46 hours. After 18 hours, it was observed visible symptoms of toxicity and the photosynthetic activity decreased, measured by chlorophyll a fluorescence. Also, the level of lipids peroxidation measured by the increase concentration of TBARS formation, indicate damage to cell membrane caused by the generation of ROS. An important result was the increase of SOD specific activity (superoxide dismutase) first enzyme related to defense against ROS. This gradation increase was correspondent to the exhibition period to PQ. The most evident SOD isoform by native PAGE was the SOD Cu/Zn. This isoform is located preferentially in chloroplasts, organelle target to the action of PQ. It is important to remark that even in almost lethal concentrations of PQ the chloroplast SOD activity still remains expressed beilng responsible for the removal of H2O2 generated by SOD, which was reduced abruptly after 4 mM treatment. Although, it has been observed increase with the initial dose (2 mM). This fact suggests that the oxidative damages in sugarcane treated with PQ can be caused by excess of H2O2. Differently of SOD, this enzyme is considered to be fragile to certain kinds of environmental adversities, loosing its activity Also the protein expression was analyzed by SDSPAGE and 2-D electrophoresis. In both analyses, it was observed decrease of some protein expression caused by PQ. However, it was not possible to clearly detect peptides induction in this case, probably due to the elevated level of degradation of cell structures. The increase of chloroplast SOD activity in sugarcane leaves treated with PQ should be detailed investigated since it can be a molecular target for breeding programs with the goal to obtain plants with an acquired resistance to PQ or others herbicides with model action in the photochemical system.

Gracilaria caudata é uma das principais agarófitas coletadas no nordeste brasileiro. Este estudo teve como objetivo avaliar \"in vitro\" os efeitos da radiação UVB no crescimento, conteúdo pigmentar e fotossíntese de gametófitos e tetrasporófitos de G. caudata procedentes de duas localidades distintas da costa brasileira: Estados do Ceará e São Paulo. Nossa hipótese foi que indivíduos procedentes da população do sudeste são mais sensíveis à radiação UVB que indivíduos da população do nordeste. As condições gerais de cultivo foram: 23-25ºC; 14L:10E; 70 ± 10 μmolfótons.m-2.s-1; 32 psu; água do mar enriquecida com solução de von Stosch modificada; e aeração a cada 30 minutos. Os ápices foram submetidos a duas condições distintas: i) controle (PAR), semelhante às condições gerais; e ii) PAR+UVB (0,08W.m-2 por 3h ao dia). O crescimento foi analisado semanalmente durante 28 dias. O conteúdo pigmentar e a fotossíntese foram analisados ao final dos 28 dias. Alterações morfológicas foram observadas em algas expostas à radiação UVB. Essas algas apresentaram menores taxas de crescimento quando comparadas às cultivadas em PAR. As linhagens procedentes do Estado de São Paulo apresentaram maiores taxas de crescimento que as linhagens do Estado do Ceará quando cultivadas em PAR, enquanto que na condição PAR+UVB, as procedentes do Estado do Ceará apresentaram maiores taxas. Tetrasporófítos, independentemente da procedência, apresentaram maiores taxas de crescimento, quando comparados a gametófítos. Linhagens cultivadas em PAR+UVB apresentaram menores concentrações de ficobiliproteínas, clorofila a e carotenóides totais que as verificadas para as cultivadas em PAR. As linhagens apresentaram maiores taxas de fotossíntese quando cultivadas na ausência de UVB. Os maiores valores de IK, Fmax e Re foram verificados em PAR, enquanto que os maiores valores de IC foram observados em PAR+UVB. Quanto aos parâmetros Re, Ic e α, não houve diferenças entre as condições testadas. As menores taxas de fotossíntese foram observadas para as linhagens provenientes do Estado de São Paulo e os parâmetros Fmáx e IK foram também inferiores. Os dados obtidos neste trabalho corroboram a hipótese de que linhagens procedentes de regiões próximas ao equador são mais tolerantes à radiação UVB do que linhagens oriundas do sudeste. Além disso, ressaltam o vigor da fase tetrasporofítica com relação à fase gametofítica, independentemente da procedência dos indivíduos. / Gracilaria caudata is an agarophyte collected on the northeastern coast of Brazil. This study aimed to evaluate \"in vitro\" the effects of UVB radiation on growth, pigment content, and photosynthesis of gametophytes and tetrasporophytes of G. caudata from two distinct geographical areas of Brazilian coast (Ceará and São Paulo States). Our hypothesis was that individuals from the southeastern coast are more sensitive to UVB radiation that individuals from the northeastern coast. The general conditions of cultivation were: 23-25°C; 14L:10D; 70±10 μmolfótons.m-2.s-1; 32 psu; seawater enriched with modified von Stosch solution; and aeration every 30 minutes. The apices were cultivated in two different conditions: i) control (PAR), similar to the general conditions; and ii) PAR+UVB (0.08 W m-2 for 3 hours a day). Growth rates were assessed weekly for 28 days. The pigment content and photosynthesis were analyzed at the end of 28 days. Morphological changes were observed in algae exposed to UVB radiation. These algae showed lower growth rates when compared to those algae grown in PAR. The strains of São Paulo State showed higher growth rates than strains of Ceará State when cultivated in PAR, whereas in PAR+UVB, the strains from Ceará State presented higher rates. Tetrasporophytes, regardless of origin, showed higher growth rates when compared to the gametophytes. Strains showed lower concentrations of phycobiliproteins, chlorophyll a, and total carotenoids when exposed to UVB. All strains showed higher rates of photosynthesis when cultivated in the absence of UVB. The highest values of IK, Fmax, and Re were observed in PAR, while the highest values of IC were observed in PAR+UVB. Regarding the parameters Re, IC, and α, there were no differences between the tested conditions. Strains from the São Paulo State showed lower rates of photosynthesis, Fmax, and IK. In summary, our findings support the hypothesis that the strains of G. caudata from regions near the equator are more tolerant to UVB radiation than strains from the southeastern coast. Moreover, they emphasize the vigor of tetraporophytes when compared to gametophytes.

Gracilaria caudata J. Agardh apresenta uma ampla distribuição geográfica, além de ser uma das principais agarófitas coletadas no nordeste brasileiro. Este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da irradiância (70 e 150 μmol fótons.m-2.s-1) no número de ramificações, nas taxas de crescimento, nos parâmetros da fotossíntese e no conteúdo pigmentar de gametófitos e tetrasporófitos procedentes de três localidades distintas da costa brasileira: estados do Ceará (CE), Bahia (BA) e São Paulo (SP). Além disto, uma variante de coloração marrom-esverdeada foi caracterizada. Exemplares cultivados em 150 μmol de fótons. m-2.s-1 apresentaram maiores taxas de crescimento, quando comparados aos cultivados em 70 μmol de fótons. m-2.s-1, independentemente da coloração e procedência da espécie. A fertilidade afetou de forma negativa as taxas de crescimento de tetrasporófitos de coloração vermelha e marrom-esverdeada, porém não afetou o desempenho fotossintetizante desses tetrasporófitos. Em 150 μmol de fótons. m-2.s-1, tetrasporófitos não-férteis de coloração vermelha apresentaram maiores taxas de crescimento, quando comparados aos não-férteis de coloração marrom-esverdeada, independentemente da irradiância; porém, esses últimos apresentaram maior conteúdo de ficocianina e aloficocianina. Quando gametófitos foram cultivados em 70 μmol de fótons. m-2.s-1 por 14 dias, não foi possível distinguir diferenças significativas quanto às taxas de crescimento entre as três populações, entretanto, quando o cultivo se estendeu por 28 dias, CE e SP mantiveram as taxas de crescimento semelhantes, porém, essas foram superiores às observadas para BA. Em 150 μmol de fótons. m-2.s-1, durante o cultivo por 14 dias, gametófitos do CE e SP mantiveram as taxas de crescimento semelhantes, e essas foram superiores às observadas para BA, enquanto que durante o cultivo por 28 dias, além de observarmos menores taxas para gametófitos da BA, os do CE apresentaram taxas superiores aos de SP. Tetrasporófitos do CE, BA e SP, cultivados em 70 μmol de fótons. m-2.s-1 por 28 dias, apresentaram taxas de crescimento semelhantes, porém, quando cultivados em 150 μmol de fótons. m-2.s-1, os do CE apresentaram maiores taxas, quando comparados aos da BA e SP, que apresentaram valores semelhantes. Quando gametófitos foram cultivados em 70 μmol de fótons. m-2.s-1 por 28 dias, CE e BA apresentaram maiores valores de FMax, α e Re do que SP, o que é esperado para algas procedentes de regiões mais próximas do equador, pois estariam mais adaptadas a altas irradiâncias do que as que ocorrem em altas latitudes; o mesmo foi observado para gametófitos e tetrasporófitos, cultivados em 150 μmol de fótons.m-2.s-1 por 28 dias. Gametófitos do CE e BA apresentaram maiores valores de Ik (técnica de fluorescência), αETR e FMax do que SP, quando cultivados em 150 μmol de fótons. m-2.s-1 por 14 dias. Nessa mesma irradiância e período, tetrasporófitos do CE e BA apresentaram maiores valores de α do que SP. Gametófitos de SP cultivados em 70 μmol de fótons. m-2.s-1 apresentaram maiores conteúdos de FE, FC, AFC e CL do que os cultivados em 150 μmol.de fótons. m-2.s-1. Nos demais gametófitos (BA e CE) esses valores foram semelhantes nas duas irradiâncias. Essas respostas podem indicar que gametófitos do CE e BA estejam mais adaptados para lidarem com altas irradiâncias do que os de SP. Gametófitos de SP apresentaram maiores concentrações de FE e FC, quando comparados aos tetrasporófitos de SP, independentemente da irradiância. Resultados semelhantes foram observados para os do CE, mas apenas quando cultivados em 70 μmol de fótons. m-2.s-1. Gametófitos do CE, cultivados em 150 μmol de fótons. m-2.s-1, apresentaram menores concentrações de FE e FC que os tetrasporófitos. Gametófitos e tetrasporófitos da BA mostraram valores de concentrações pigmentares semelhantes, independentemente da irradiância. Em síntese, a análise geral dos resultados sugere a ocorrência de ecótipos de G. caudata ao longo da costa brasileira e ressalta a diversidade da espécie quanto às respostas fisiológicas, considerando-se também que essas foram distintas entre tetrasporófitos e gametófitos de uma mesma população. Além disso, a ocorrência de uma variante de cor na natureza com características distintas do tipo mais comum confere à espécie maior capacidade de adaptação frente a diferentes fatores abióticos. Tetrasporophytes from CE, BA and SP, grown in 70 μmol de fótons. m-2.s-1 for 28 days, showed similar growth rates, however, when grown in 150 μmol de fótons. m-2.s-1, CE showed higher rates when compared to the BA and SP, which were very similar / Gracilaria caudate J. Agardh a wide geographic distribution, as well as being a major agarophyte collected in northeastern Brazil. This study aimed to evaluate the effects of irradiance (70 and 150 μmol photons. m-2.s-1) in number of branches, the growth rates, in photosynthesis parameters and pigment content of gametophytes and tetrasporophytes from three different locations of the Brazilian coast: Ceará State (CE), Bahia State (BA) and São Paulo State (SP). In addition, a variant of brown-green color was characterized. Specimens grown in 150 μmol photons. m-2.s-1 showed higher growth rates compared to those grown in 70 μmol photons. m-2.s-1, regardless of color and origin of the species. The fertility negatively affects growth rates of tetrasporophytes red and greenish-brown color, but did not affect the photosynthetic performance of these tetrasporophytes. In 150 μmol photons. m-2.s-1, non-fertile tetrasporophytes of red color had higher growth rates compared to non-fertile brown-green color, regardless of the irradiance; but the latter had higher content of phycocyanin and allophycocyanin. When gametophytes were grown in 70 μmol photons. m-2.s-1 for 14 days, it was not possible to distinguish significant differences in growth rates among the three populations, however, when the cultivation was extended for 28 days, CE and SP maintained similar growth rates, however, these were higher than those observed for BA. In 150 μmol photons. m-2.s-1 for the cultivation for 14 days, the CE and SP gametophytes remained similar growth rates and were superior to those observed for BA, whereas during the cultivation for 28 days, gametophytes of BA showed lower rates, the CE had higher rates than the SP. When gametophytes were grown in 70 μmol photons. m-2.s-1 for 28 days, CE and BA had higher Fmax, α and Re values than SP, which is expected to algae coming from regions closer to the equator, because they would be more adapted to high irradiances than that occur at high latitudes; the same was observed for gametophytes and tetrasporophytes grown in 150 μmol photons. m-2.s-1 for 28 days. Gametophytes from CE and BA showed higher values of Ik (fluorescence technique), αETR and Fmax than SP, when cultivated in 150 μmol photons. m-2.s-1 for 14 days. That same irradiance and period, the CE and BA tetrasporophytes had higher α values than SP. Gametophytes From SP grown in 70 μmol photons. m-2.s-1 had higher FE, FC, AFC and CL content than those grown in 150 μmol photons. m-2.s-1. In other gametophytes (BA and CE) these values were similar in both irradiance. These responses may indicate that gametophytes from CE and BA are further adapted to deal with high irradiances than SP. Gametophytes from SP showed higher concentrations of FE and FC when compared to tetrasporophytes from SP regardless of irradiance. Similar results were observed for the CE, only when grown at 70 μmol photons. m-2.s-1. Gametophytes from CE grown in 150 μmol photons. m-2.s-1, showed lower concentrations of FE and FC that tetrasporophytes. Gametophytes and tetrasporophytes BA showed similar pigment concentration values, regardless of irradiance. In summary, the overall analysis of the results suggests the occurrence of ecotypes for G. caudate along the Brazilian coast and emphasizes the diversity of species and the physiological responses, considering also that these were distinct from tetrasporophytes and gametophytes of the same population. Furthermore, the occurrence of a color variant in nature with different characteristics gives the most common type of species greater capacity against different abiotic adapt. Tetrasporophytes from CE, BA and SP, grown in 70 μmol photons. m-2.s-1 for 28 days, showed similar growth rates, however, when grown in 150 μmol photons. m-2.s-1, CE showed higher rates when compared to the BA and SP, which were very similar

Em seu habitat natural as algas estão sujeitas a ação simultânea de vários fatores, como radiação (fotossinteticamente ativa e ultravioleta), temperatura, salinidade e disponibilidade de nutrientes, entre outros. A variação desses fatores no ambiente natural ocorre de forma coletiva e uma rápida resposta do organismo é determinante pra sua sobrevivência. Neste trabalho foram conduzidos experimentos relacionados aos efeitos da variação nos parâmetros ambientais sobre a macroalga Gracilaria domingensis. Três linhagens cromáticas dessa espécie foram cultivadas no mar, em diferentes épocas do ano (estações chuvosa e seca). Os dados fotossintéticos e bioquímicos foram acessados em uma escala de tempo referente às variações observadas durante o período de luz do dia e em uma escala referente às variações observadas em semanas. Os resultados obtidos a partir de análises dos parâmetros fotossintéticos, conteúdo pigmentar, concentração de glutationa, concentração de aminoácidos tipo micosporina, conteúdo tecidual de carbono, nitrogênio e fósforo, teor de lipídeos e ácidos graxos e rendimento do ágar mostraram alterações no perfil bioquímico e fisiológico da macroalga. Essas alterações foram correlacionadas com os fatores abióticos e sugerem alterações no metabolismo como uma das estratégias de aclimatação da espécie. / In their natural habitat algae are exposed to simultaneous action of various factors, as radiation (photosynthetically active radiation and ultraviolet), temperature, salinity, nutrient availability and others. The variation in these factors in the natural environment occurs collectively and the algae capability for quick response is determinant for survival. In this work, studies related to the effects of environmental variation on the macroalgae Gracilaria domingensis were performed. Three chromatic strains were cultivated in the sea, at different times of the year (dry and rainy seasons). Biochemical and photosynthetic responses were accessed on a daylight time scale and on a week time scale. The reached results for photosynthetic parameters, pigment content, glutathione concentrations, mycosporine-like amino acids concentrations, carbon, nitrogen and phosphorus tissue content, lipids and fatty acids levels and agar yield, revealed the altered biochemical and physiological profile of macroalgae. These changes were environment related and suggest metabolism changes as a strategy used by this organism to acclimate.

Orientador: Rafael Silva Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T00:25:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuilhermePereira_Caio_M.pdf: 4423463 bytes, checksum: b3d0cccfd6c5f84a9df0f479651580a0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Plantas carnívoras são aquelas que apresentam a capacidade de capturar e digerir pequenos animais, geralmente invertebrados. Os estudos com essas plantas começaram há mais de um século e, ainda hoje, não são conhecidos os mecanismos que determinaram a evolução e a distribuição geográfica dessas singularidades vegetais. Os modelos de custos--benefícios vêm, nesse sentido, atuando como guias para diversos estudos nas últimas décadas e parecem esclarecer diversos pontos obscuros quanto à ecologia e evolução dessas plantas. O gênero Philcoxia (Plantaginaceae), endêmico de campos rupestres -- ambientes associados a afloramentos rochosos e a formações de areia branca, propensos a eventuais queimadas e pobres em nutrientes --, apresenta características que acabaram por levar a questionamentos quanto à sua fisiologia. Com o acúmulo crescente de evidências, estudiosos começaram a sugerir que tais espécies pudessem apresentar mecanismos ativos de captura e digestão de presas. O estudo em questão teve como objetivo determinar se Philcoxia minensis exibe a síndrome da carnivoria e analisar os custos e benefícios desse hábito no contexto teórico sugerido por Thomas J. Givnish para a evolução da carnivoria. Para isso, fizemos uma detalhada descrição anatômica das folhas de P. minensis, na qual pudemos observar padrões evidentes de produção enzimática associada à digestão de invertebrados, em especial de fosfatases. Caracterizamos as estruturas glandulares responsáveis pela produção dessas enzimas, assim como os nematódeos que são considerados, até o momento, as únicas presas de P. minensis. Por fim, quanto à absorção de nutrientes derivados dos nematódeos, pudemos observar uma incorporação de 5% do nitrogênio das presas (Caenorhabditis elegans) em apenas 24h, e 15% em 48h em um experimento com isótopos estáveis. Para avaliar o balanço energético dessa espécie, analisamos de que forma características foliares associadas aos processos de fotossíntese e respiração se correlacionam. De maneira geral, encontramos forte correlação entre as capacidades fotossintéticas (Aarea e Amass) e os valores de LMA (quantidade de massa seca por unidade de área foliar) para as espécies não carnívoras, com um claro distanciamento dos indivíduos de P. minensis, que apresentaram taxas fotossintéticas extremamente baixas. Quanto às correlações entre os conteúdos de nitrogênio e de fósforo com as capacidades fotossintéticas, vimos que os indivíduos de P. minensis apresentaram taxas fotossintéticas extremamente baixas para os valores desses dois nutrientes e, embora uma tendência possa ser observada, não observamos correlações entre capacidades fotossintéticas e os conteúdos foliares de nitrogênio e fósforo. Por fim, conseguimos determinar conclusivamente a natureza carnívora de P. minensis, assim como pudemos posicionar essa espécie ao longo do espectro de economia foliar, tanto de forma local quanto em uma escala global. Nossos resultados ilustram o quanto ainda há para ser descoberto quanto à origem, à distribuição e à frequência da síndrome da carnivoria / Abstract: Carnivorous plants are plants that have the ability to capture and digest small animals, usually insects and other invertebrates. The studies with these plants began in the nineteenth century and until today it is unknown the underlying mechanisms that determine the evolution and the geographical distribution of these singularities. The cost--benefit models are, accordingly, acting as guidelines to various studies in recent decades and seem to be able to clarify many obscure points concerning the ecology and the evolution of these plants. The three species of the genus Philcoxia, endemic to campos rupestres -- fire prone and nutrient--poor environments usually associated with rocky outcrops and white sand formations -- have unique characteristics and adaptations that eventually led to several questions regarding the physiology of these plants. With growing accumulation of evidence, scholars started to consider the possibility that such plants could present active mechanisms for capturing and digesting prey. The present study aimed to determine if Philcoxia minensis exhibits the syndrome of carnivory and to analyze the costs and benefits of this habit in the theoretical context suggested by Thomas J. Givnish for the evolution of carnivory. In order to do so, we have made a detailed anatomical description of the leaves of P. minensis, in which we observed a clear pattern of enzyme production possibly associated with prey digestion, including phosphatases. We also characterized the glandular structures that are responsible for the production of the enzymes as well as the nematodes that are considered, until now, the only prey of P. minensis. Concerning the absorption of nutrients derived from prey, we observed an incorporation of 5% of the nitrogen of the nematodes (Caenorhabditis elegans) in 24h, and 15% in 48h in an experiment with stable isotopes. To evaluate the energy balance of this species, we analyzed correlations between leaf traits associated with the processes of photosynthesis and respiration. Generally speaking, we found a strong correlation between the photosynthetic capacity (Amass and Aarea) and the LMA (leaf mass per area) values for neighboring non--?carnivorous plants, with a distancing of P. minensis individuals, which showed very low photosynthetic rates. Regarding the correlations between the contents of nitrogen and phosphorus with photosynthetic capacities, we observed that the individuals of P. minensis showed extremely low photosynthetic rates for their nutrient concentrations and, although a tendency could be observed, there is no correlation between photosynthetic capacity and the foliar contents of nitrogen and phosphorus. Finally, we have conclusively determined the carnivorous nature of P. minensis and we placed this species along the leaf economics spectrum, both in local and global scale. Our results illustrate how much there is still to be discovered about the origin, distribution and frequency of the carnivorous syndrome / Mestrado / Ecologia / Mestre em Ecologia