Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Global climate changes are responsible for the increased frequency of episodes of drought and high concentrations of tropospheric ozone, which can occur simultaneously reducing plant growth, limiting agricultural production and affecting the food supply for an increasing world population. These environmental stresses can lead to the overproduction of reactive oxygen species, promoting oxidative stress and causing metabolic imbalance. Cell membranes are the primary targets of damage induced by stresses and the preservation of cell integrity through remodeling of membrane lipids is essential for plant survival under adverse conditions. The objective of this study was to investigate the effects of drought, ozone and the combined stresses in two cowpea cultivars with different degrees of drought tolerance: EPACE-1 (tolerant) and IT83-D (susceptible) through physiological responses and a study focused on the content and composition of membrane lipids, as well as on the expression of genes related to the biosynthesis and degradation of these lipids. Drought and ozone (120 ppb), isolated or in combination, were applied on three-week-old seedlings during two weeks. After 7 and 14 days of treatments, physiological parameters were determined. Lipids extracted from leaves were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry. Transcript accumulation (VuMGD1, VuMGD2, VuDGD1, VuDGD2, VuCLS, VuFAD7, VuFAD8, VuPLD1 and VuPAT1) was detected in leaves by real time PCR. In both cultivars, drought inhibited the plant growth and photosynthesis through stomatal closure, which appeared to involve the gene expression of phospholipase D (VuPLD1). Ozone caused foliar injury and degradation of galactolipids, mainly in IT83-D. In this cultivar, the damage resulted in an increase in DGDG:MGDG ratio and in VuDGD2 expression. Furthermore, a partial decrease in the phospholipids content in response to ozone was associated with an increase in VuPLD1 expression, suggesting a replacement of phospholipids by DGDG. Differently, EPACE-1 cultivar in the presence of ozone, concomitantly with the degradation of galactolipids, showed an increase in storage lipids and DPG (cardiolipin) contents. The two stresses in combination led to results similar to those observed in response to the drought treatment alone, in both cultivars, which likely reflected the severe restriction of ozone uptake resulting from drought-induced stomatal closure. In conclusion, the present results highlight the prominent role of membrane lipids in the metabolic adjustments that occur for the plant tolerance to drought and ozone. / As mudanÃas climÃticas globais sÃo responsÃveis pelo aumento da frequÃncia de episÃdios de seca e de elevadas concentraÃÃes de ozÃnio troposfÃrico, que podem ocorrer simultaneamente, reduzindo o crescimento das plantas, limitando a produÃÃo agrÃcola e afetando o suprimento de alimentos para a crescente populaÃÃo mundial. Esses estresses ambientais podem levar à superproduÃÃo de espÃcies reativas de oxigÃnio, promovendo o estresse oxidativo e causando desequilÃbrio metabÃlico. As membranas celulares sÃo os primeiros alvos de danos induzidos por estresses e a preservaÃÃo da integridade celular atravÃs da remodelaÃÃo dos lipÃdios de membrana à essencial para a sobrevivÃncia da planta sob condiÃÃes adversas. O objetivo deste trabalho foi investigar os efeitos da seca, do ozÃnio e dos estresses combinados em dois cultivares de feijÃo-de-corda dotados de diferentes graus de tolerÃncia à seca: EPACE-1 (tolerante) e IT83-D (sensÃvel) atravÃs de respostas fisiolÃgicas e de um estudo focado no teor e na composiÃÃo de lipÃdios de membrana, assim como na expressÃo de genes relacionados à biossÃntese e à degradaÃÃo desses lipÃdios. A seca e o ozÃnio (120 ppb), isolados ou combinados, foram aplicados nas plantas apÃs trÃs semanas de germinaÃÃo, durante duas semanas. ApÃs 7 e 14 dias de tratamentos, parÃmetros fisiolÃgicos foram determinados. Os lipÃdios extraÃdos de folhas foram analisados por cromatografia gasosa/espectrometria de massa. O acÃmulo de transcritos (VuMGD1, VuMGD2, VuDGD1, VuDGD2, VuCLS, VuFAD7, VuFAD8, VuPLD1 e VuPAT1) foi detectado em folhas por PCR em tempo real. Em ambos os cultivares, a seca inibiu o crescimento e a fotossÃntese atravÃs do fechamento estomÃtico, o que pareceu envolver a expressÃo gÃnica da fosfolipase D (VuPLD1). O ozÃnio causou injÃria foliar e degradaÃÃo de galactolipÃdios, principalmente em IT83-D. Neste cultivar, os danos implicaram no aumento da relaÃÃo DGDG:MGDG e da expressÃo de VuDGD2. AlÃm disso, uma diminuiÃÃo parcial no teor de fosfolipÃdios em resposta ao ozÃnio foi associada ao aumento da expressÃo de VuPLD1, sugerindo-se uma substituiÃÃo de fosfolipÃdios por DGDG. Diferentemente, o cultivar EPACE-1 em presenÃa de ozÃnio, concomitantemente com a degradaÃÃo de galactolipÃdios, mostrou um aumento nos teores de lipÃdios de reserva e de DPG (cardiolipina). A combinaÃÃo dos estresses levou a resultados semelhantes aos encontrados com a seca aplicada isoladamente, em ambos os cultivares, o que provavelmente reflete a forte restriÃÃo da absorÃÃo de ozÃnio devido ao fechamento dos estÃmatos induzido pela seca. Em conclusÃo, os presentes resultados ressaltam o proeminente papel dos lipÃdios de membrana nos processos de ajustamento metabÃlico que ocorrem para regular a tolerÃncia das plantas à seca e ao ozÃnio.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The use of PET as a support material for TiO2 films in advanced oxidation processes (AOPs) for water treatment was investigated. A green, low-cost immobilization procedure was developed and the amount of deposited photocatalyst ranged from 0.036 to 0.202 mg per cm2 PET. Photocatalytic activity of the films was evidenced by degrading paracetamol solutions under UV radiation. The highest kinetic constants were observed for at least 0.09 mg TiO2 per cm2 PET. Scan Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-ray (EDX) analyses indicated 0.15 mg TiO2 per cm2 PET as enough to provide complete covering of the PET support. Characterization analyses were performed with a film after 30 h of use in a UV/TiO2/O3 reactor. According to SEM analyses, the photocatalyst was not detached from the PET support, while EDX and gravimetric data indicated the possibility of the TiO2 to have been contaminated by compounds present in the solution during the treatment. Further experiments were performed, concerning the study of the degradation of the pharmaceuticals paracetamol, ibuprofen, ketoprofen, and naproxen. Degradation studies were carried out in a pilot-scale reactor, by using several AOPâs, namely direct photolysis, heterogeneous photocatalysis, and ozonation, either individually or simultaneously. Special attention was given to the identification of significant factors considered, in order to contribute to the optimization of systems in which such AOPs or their combination can be used. Also, the detection and indication of degradation products is presented. / O uso de PET (politereftalato de etileno) como material de suporte para filmes de TiO2 foi estudado. Um procedimento de baixo custo e ambientalmente correto foi desenvolvido para a obtenÃÃo dos filmes e a quantidade de fotocatalisador depositada variou de 0,036 a 0,202 mg por cm2 de PET. A atividade fotocatalÃtica dos filmes obtidos foi evidenciada por ensaios de degradaÃÃo de paracetamol sob radiaÃÃo UV. As maiores constantes cinÃticas foram observadas quando 0.09 mg de TiO2 ou mais foram depositados por cm2 PET. AnÃlises por microscopia eletrÃnica de varredura (MEV) e energia dispersive de raios-X (EDX) indicaram que 0,15 mg de TiO2 por cm2 de PET foram suficientes para completa cobertura do suporte. AnÃlises de caracterizaÃÃo tambÃm foram realizadas em filmes com mais de 30 h de uso em sistema UV/TiO2/O3. De acordo com as anÃlises de MEV, o fotocatalisador nÃo foi removido do suporte de PET, enquanto dados de EDX e de anÃlise gravimÃtrica indicaram a probabilidade de contaminaÃÃo dos filmes por compostos presentes na soluÃÃo durante o tratamento. Outros experimentos foram realizados, relacionados ao estudo da degradaÃÃo dos fÃrmacos paracetamol, ibuprofeno, cetoprofeno e naproxeno. Os estudos de degradaÃÃo foram realizados em reator em escala piloto, utilizando-se diversos POAs (fotÃlise direta, fotocatÃlise heterogÃnea, ozonizaÃÃo) de forma individual ou simultaneamente. AtenÃÃo especial foi dada à identificaÃÃo dos fatores significativos, dentre aqueles considerados nos ensaios, de modo a contribuir para a otimizaÃÃo de sistemas em que estes POAs venham a ser utilizados. A detecÃÃo e indicaÃÃo de provÃveis produtos de degradaÃÃo tambÃm à apresentada.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / The aim of this research was to use emerging technologies on the processing of the prebiotic orange juice added of fructo-oligosaccharides (FOS) and in prebiotic orange juice produced by enzymatic synthesis. The first stage of the study was evaluated the effect of atmospheric pressure cold plasma (ACP) and high pressure processing (HPP) on the prebiotic orange juice added 7% commercial FOS. The orange juice was directly and indirectly exposed to plasma discharge at 70 kV with processing times of 15, 30, 45 and 60 seconds. For high pressure processing, the juice containing the same concentration of FOS was treated at 450 bars for 5 minutes. After the treatments, the fructo-oligosaccharides were qualified and quantified by Thin Layer Chromatography (TLC), using densitometer. The organic acids, color analysis and pH values were also evaluated. Both processes did not degrade the FOS. The organic acids and the color of the treated samples were also preserved. On the second stage of the study, the effect of plasma and ozone treatments on prebiotic orange juice produced by enzymatic synthesis were evaluated. The orange juice was directly and indirectly exposed to plasma discharge at 70 kV with processing times of 15, 30, 45 and 60 seconds. For ozone processing, different loads (0.057, 0.128 and 0.230 mg/ O3.mL of juice) were evaluated. After the treatments, the oligosaccharides were quantified by HPLC. The juice pH, color, total phenolic content and total antioxidant activity were also determined. Both processes promoted a partial degradation of the oligosaccharides in the juice. However, the juice maintained an enough amount of oligosaccharides to be classified as a prebiotic food. The other parameters analyzed were preserved. Thus, atmospheric cold plasma and ozone are suitable non-thermal alternatives for prebiotic orange juice treatment. / O objetivo desta pesquisa foi empregar tecnologias emergentes no processamento de suco prebiÃtico de laranja adicionado de fruto-oligossacarÃdeos (FOS) e em suco prebiÃtico de laranja produzido via sÃntese enzimÃtica. A primeira etapa da pesquisa consistiu em avaliar o efeito da aplicaÃÃo das tecnologias de plasma e de alta pressÃo, como mÃtodos de conservaÃÃo, em suco de laranja adicionado de 7% de FOS comercial. O suco foi exposto direta e indiretamente ao processamento por plasma em diferentes tempos: 15 30, 45 e 60 s. Para o processamento com alta pressÃo, o suco foi tratado a uma pressÃo de 450 bars por 5 minutos. ApÃs os tratamentos, a concentraÃÃo de fruto-oligossacarÃdeos foi quantificada pela tÃcnica de cromatografia em camada delgada (CCD), utilizando o equipamento densitÃmetro. DeterminaÃÃes de cor, pH e concentraÃÃo de Ãcidos orgÃnicos foram tambÃm realizadas. Ambos os processos nÃo degradaram os FOS presentes no suco. Ãcidos orgÃnicos e a cor das amostras tratadas tambÃm foram preservados. Na segunda etapa da pesquisa, foi avaliado o efeito da aplicaÃÃo dos tratamentos de plasma e ozÃnio em suco prebiÃtico de laranja produzido via sÃntese enzimÃtica. O suco foi exposto direta e indiretamente ao processamento por plasma, a 70 kV, em diferentes tempos: 15 30, 45 e 60 s. Para o processamento com ozÃnio, diferentes cargas (0,057, 0,128 e 0,230 mg/ O3.mL de suco) foram avaliadas. ApÃs os tratamentos, a concentraÃÃo de oligossacarÃdeos foi determinada pela tÃcnica de HPLC. Os valores de pH, cor, conteÃdo de fenÃlicos totais e atividade antioxidante total tambÃm foram determinados. Ambos os processos promoveram uma degradaÃÃo parcial dos oligossacarÃdeos no suco. Contudo, o suco manteve uma quantidade suficiente de oligossacarÃdeos para ser classificado como um alimento prebiÃtico. Os demais parÃmetros analisados foram preservados. Diante disso, sugere-se que os tratamentos de plasma, alta pressÃo e ozÃnio sÃo alternativas nÃo tÃrmicas adequadas para o tratamento de suco de laranja prebiÃtico.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A FotossÃntese e a respiraÃÃo sÃo bem conhecidos como sendo responsÃveis pela produÃÃo de energia no interior das cÃlulas de plantas. Acoplados à estes processos bioenergÃticos, a transferÃncia de elÃtrons que ocorre nas membranas do cloroplasto e mitocÃndria, tambÃm sÃo considerados com tendo potencial de produÃÃo de ROS. PossÃveis interaÃÃes no funcionamento dessas organelas permanecem pouco conhecidas, especialmente em resposta a condiÃÃes de estresse. Sob estas condiÃÃes, sugere-se que as vias de transferÃncia de elÃtrons ligadas à AOX, à pUCP ou à PTOX poderia limitar a formaÃÃo de ROS reduzindo assim danos oxidativos Ãs organelas celulares. Em nosso trabalho, foram selecionadas duas cultivares de Vigna unguiculata, inicialmente caracterizados como sensÃvel (cv 1183) ou tolerante (cv EPACE1) à seca. Sob condiÃÃes experimentais, as duas cultivares nÃo apresentaram diferenÃas significativas na sensibilidade à seca. Entretanto o cultivar EAPCE1 foi mais tolerante ao ozÃnio com base no desenvolvimento de necrose e de vÃrios parÃmetros fisiolÃgicos (ϕPSII) e bioquÃmicos (teor de glutationa). Para os perfis de expressÃo de genes que codificam AOX, PUCP e PTOX duas respostas foram claramente identificadas no cultivar EPACE1. Em um tempo curto, a expressÃo destas proteÃnas à geralmente estimulada. Em um perÃodo mais longo (14 dias), a resposta à diferente, dependendo da tipo de estresse. Sob o ozÃnio, um aumento da expressÃo das proteÃnas mitocondriais à mantida enquanto o gene que codifica para a PTOX à sub-regulada. Sob seca a proteÃna desacopladora do plastÃdio (PTOX) à superexpressa. Sob condiÃÃes de combinaÃÃo stress, seca combinada com ozÃnio, o efeito da seca sobre o fluxo de ozÃnio nas folhas nÃo foi alterado, e os genes VuPTOX e VuUCP1b sÃo super-expressos depois de 3 e 7 dias de stress. Este aumento da expressÃo, jà observado em resposta à seca por aplicada separadamente poderia desempenhar um papel na prevenÃÃo da formaÃÃo de ROS tanto em mitocÃndrias e cloroplastos prevenindo assim os danos causados pelo ozÃnio. / Possible interactions between chloroplast and mitochondria remain poorly known, particularly in response to stress conditions. Under these conditions, it is suggested that the electron transfer pathways linked to AOX or pUCP (mitochondrial uncoupling proteins) and PTOX (plastidial uncoupling protein) could limit the formation of ROS to reduce oxidative damage in cellular organelles. In our work, we selected two cultivars of Vigna unguiculata, cv 1183 and cv EPACE. Under our experimental conditions, both cultivars showed no real differences in sensitivity to drought. However cv EPACE was more tolerant to O3 based on the development of necrosis and several physiological parameters (Fv/Fm, ϕPSII) and biochemical (glutathione content). For the expression profiles of genes encoding AOX, PUCP and PTOX two responses were clearly identified in the cultivar EPACE. On a shortterm, expression of these proteins is generally stimulated. On a longer term (14 days), the answer differs depending on the treatment. Under O3, the strongest expression of mitochondrial proteins is maintained while the gene encoding the PTOX is own-regulated. Under drought only the plastid protein (PTOX) is upregulated. Under conditions of stress combination, drought has little effect on the influx of O3 in the leaves, and the VuPTOX and VuUCP1b genes are up-regulated after 3 and 7 days of stress. This ver-regulation, already observed in response to drought alone could play a role in preventing the formation of ROS in both mitochondria and chloroplasts.