This thesis was performed in the scope of International Graduation Program in which Universidade de São Paulo and The Ohio State University are inserted. In the first year of Ph.D. work we aimed to understand the effect of aluminum (Al) in root growth of Eucalyptus spp. and the relationship with biochemical parameters and transcriptional responses since there is little information about these responses for tree species. Aluminum is found naturally in the Earth crust, but under acidic conditions Al3+ ion becomes available and toxic to the plants. United States and Brazil possess large areas with Al toxicity and great area of forests growing under these conditions. In order to perform the transcriptional analysis, Eucalyptus RNA was transported to United States, however, the method of transportation was not efficient to guarantee RNA integrity. Therefore we changed our objectives and we performed new experiments using maize as biological system because this species has economical importance to U.S. and Brazil. Furthermore, substantial area of this crop is growing in soils under these conditions. In these experiments, we aimed to verify if pre-treating maize seeds before germination could be efficient to induce Al-tolerance in Al-sensitive genotypes. This thesis was organized in order to build a story based on the sequences of the experiments. In general, we obtained interesting results for Al-sensitive maize that presented reduction in lignin content and gene expression in shoots, also for Al-tolerant variety that present increase in growth, productivity and improvement of nutritional quality of the kernels. / Esta tese foi realizada no âmbito do Programa Internacional de Pós-Graduação em que a Universidade de São Paulo e The Ohio State University estão inseridos. No primeiro ano do trabalho de doutorado, o objetivo foi de compreender o efeito do alumínio (Al) no crescimento de raízes de Eucalyptus spp. e a relação com parâmetros bioquímicos e respostas de transcrição já que há pouca informação sobre estas respostas para espécies arbóreas. O alumínio é encontrado naturalmente na crosta terrestre, porém sob condições ácidas o íon Al3+ torna-se disponível e tóxico para as plantas. Os Estados Unidos e o Brasil possuem grandes áreas com Al tóxico e grandes áreas de florestas crescem sob estas condições. A fim de executar a análise transcricional, o RNA dos materiais de eucalipto foi transportado para os Estados Unidos, entretanto, o método de transporte não foi eficiente para garantir a integridade do RNA. Assim sendo, mudamos nossos objetivos e realizamos novos experimentos utilizando milho como sistema biológico, porque esta espécie tem importância econômica para os EUA e também para o Brasil. Ademais, substanciais áreas de cultivo do milho se encontram em solos sob estas condições. Nos novos experimentos realizados, o objetivo foi de verificar se o pré-tratamento de sementes de milho antes da germinação poderia ser eficiente para induzir tolerância ao alumínio em genótipos Al-sensíveis. Esta tese foi organizada a fim de construir uma história com base nas sequencias dos experimentos. Em geral, resultados interessantes foram obtidos para a linhagem de milho sensível ao Al que apresentou redução no teor de lignina e na sua expressão gênica em parte aérea, também para a variedade tolerante ao Al que apresentou aumento no crescimento, produtividade e melhoria da qualidade nutricional dos grãos.

This thesis was performed in the scope of International Graduation Program in which Universidade de São Paulo and The Ohio State University are inserted. In the first year of Ph.D. work we aimed to understand the effect of aluminum (Al) in root growth of Eucalyptus spp. and the relationship with biochemical parameters and transcriptional responses since there is little information about these responses for tree species. Aluminum is found naturally in the Earth crust, but under acidic conditions Al3+ ion becomes available and toxic to the plants. United States and Brazil possess large areas with Al toxicity and great area of forests growing under these conditions. In order to perform the transcriptional analysis, Eucalyptus RNA was transported to United States, however, the method of transportation was not efficient to guarantee RNA integrity. Therefore we changed our objectives and we performed new experiments using maize as biological system because this species has economical importance to U.S. and Brazil. Furthermore, substantial area of this crop is growing in soils under these conditions. In these experiments, we aimed to verify if pre-treating maize seeds before germination could be efficient to induce Al-tolerance in Al-sensitive genotypes. This thesis was organized in order to build a story based on the sequences of the experiments. In general, we obtained interesting results for Al-sensitive maize that presented reduction in lignin content and gene expression in shoots, also for Al-tolerant variety that present increase in growth, productivity and improvement of nutritional quality of the kernels. / Esta tese foi realizada no âmbito do Programa Internacional de Pós-Graduação em que a Universidade de São Paulo e The Ohio State University estão inseridos. No primeiro ano do trabalho de doutorado, o objetivo foi de compreender o efeito do alumínio (Al) no crescimento de raízes de Eucalyptus spp. e a relação com parâmetros bioquímicos e respostas de transcrição já que há pouca informação sobre estas respostas para espécies arbóreas. O alumínio é encontrado naturalmente na crosta terrestre, porém sob condições ácidas o íon Al3+ torna-se disponível e tóxico para as plantas. Os Estados Unidos e o Brasil possuem grandes áreas com Al tóxico e grandes áreas de florestas crescem sob estas condições. A fim de executar a análise transcricional, o RNA dos materiais de eucalipto foi transportado para os Estados Unidos, entretanto, o método de transporte não foi eficiente para garantir a integridade do RNA. Assim sendo, mudamos nossos objetivos e realizamos novos experimentos utilizando milho como sistema biológico, porque esta espécie tem importância econômica para os EUA e também para o Brasil. Ademais, substanciais áreas de cultivo do milho se encontram em solos sob estas condições. Nos novos experimentos realizados, o objetivo foi de verificar se o pré-tratamento de sementes de milho antes da germinação poderia ser eficiente para induzir tolerância ao alumínio em genótipos Al-sensíveis. Esta tese foi organizada a fim de construir uma história com base nas sequencias dos experimentos. Em geral, resultados interessantes foram obtidos para a linhagem de milho sensível ao Al que apresentou redução no teor de lignina e na sua expressão gênica em parte aérea, também para a variedade tolerante ao Al que apresentou aumento no crescimento, produtividade e melhoria da qualidade nutricional dos grãos.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The use of different tillage systems and winter crop plants over a long period of time on a clayed and naturally acid soil can promote changes in the forms of aluminum present in the soil, reducing the possibility of its toxicity to major crops. The aim of this study was to evaluate different forms of aluminum in a Oxisol in an experiment conducted by IAPAR (Southwest of Paraná) for 23 years. In the region, which was originally covered by Atlantic Forest, two systems of tillage (no-tillage (NT) and Conventional Planting System (CPS) were employed using the cultivation of six different species of winter plants (lupine blue, hairy vetch, black oats, turnip, wheat and fallow) in sequence to soybean and corn in the summer. In October 2009, there was the collection of soil samples at five different depths (0-5, 5 -10, 10-20, 20-30 and 30-40 cm). The forms of aluminum present in the soil were determined using various extractants: ammonium oxalate and 0.2 M sodium dithionite, sodium bicarbonate, for forms of aluminum present in the mineral fraction of soil; 1M potassium chloride, for the exchangeable form of aluminum in the soil, copper chloride 0.5 M lanthanum chloride and 0.33 M for the aluminum complexed forms of the active sites of soil organic matter (MOS), and 0.1 M sodium pyrophosphate. Three different methods were used for determining the aluminum content in the extracts: titration with 0.0125 M NaOH followed by back titration, atomic absorption spectroscopy (AAS) and fluoride ion selective electrode (ESIF)*, and the three methods have presented limitations. In the assessment of the forms of Al in the soil under different tillage systems and with different crops in the rotation system the ESIF method was used for determination of the aluminum content in the different extracts. The use of a tillage that promotes the maintenance of soil organic matter and biomass of soil with cover crops and NT, did not lead to reduced availability of exchangeable aluminum in the soil, whose structure (mineral oxides and 1:1 iron and aluminum clay minerals ) and naturally acid pH, constitute a source of this element, which can be toxic to plants. Concentrations of non exchangeable aluminum (organically complexed) in the surface layers of soil were higher for the treatments with vetch, turnip and fallow in NT. / A utilização de diferentes sistemas de preparo do solo e de cultivos de plantas de inverno por um longo período de tempo sobre um solo argiloso e naturalmente ácido pode promover alterações nas formas de alumínio no solo, reduzindo a possibilidade de toxidez às culturas principais. O objetivo do presente trabalho foi avaliar as diferentes formas de alumínio em um Latossolo Vermelho aluminoférrico em um experimento conduzido pelo IAPAR (no sudoeste do Paraná) por 23 anos. Na região que originalmente era coberta pela Mata Atlântica, avaliou-se dois sistemas de preparo do solo (Sistema de Plantio direto (SPD) e Sistema de Cultivo Convencional (SCC)) utilizando-se o cultivo de seis diferentes espécies de planta de inverno (tremoço azul, ervilhaca peluda, aveia preta, nabo forrageiro, trigo e pousio) em sequência às culturas de soja e de milho no verão. Em outro de 2009 realizou-se a coleta das amostras de solo em cinco diferentes profundidades (0-5, 5-10, 10-20, 20-30 e 30-40 cm). Determinou-se as formas de alumínio presente no solo com o uso de diferentes extratores: Oxalato de amônio 0,2M e ditionito-bicarbonato de sódio para avaliação das formas de alumínio presentes a fração mineral do solo; Cloreto de potássio 1M para determinação da forma trocável de alumínio no solo; Cloreto de Cobre 0,5M e Cloreto de lantânio 0,33M para avaliação das forma de alumínio complexados pelos sítios ativos da MOS, além do Pirofosfato de sódio 0,1M. Neste trabalho foram empregados três diferentes métodos de determinação do teor de alumínio nos extratos: titulometria por NaOH 0,0125M e retrotitulação, espectroscopia de absorção atômica (EAA) e por eletrodo seletivo de íons fluoreto (ESIF), sendo que os três métodos apresentaram limitações. Na avaliação dos sistemas de preparo do solo e das culturas no sistema de rotação utilizou-se o método do Eletrodo Seletivo de Íons Fluoreto para determinação do teor de alumínio nos diferentes extratores. O uso de um manejo que promova a manutenção dos teores de matéria orgânica e da biomassa do solo, com SPD e plantas de cobertura, não reduziram a disponibilidade de alumínio trocável no solo, sendo a estrutura mineral deste (argilominerais 1:1 e óxidos de ferro e alumínio), uma fonte deste elemento, podendo causar toxidez às plantas. Os teores de alumínio não trocável, organicamente complexado nas camadas superficiais do solo foram maiores para os tratamentos com ervilhaca, nabo e pousio sob SPD.