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 presente pesquisa teve por objetivo conhecer as concepções de alunos de Ensino Médio em relação à fotossíntese e a cadeia alimentar e aplicar a metodologia Módulo Didático visando favorecer o processo ensino-aprendizagem. A metodologia Módulo Didático, concebida por Delizoicov e Angotti (1990), consiste em três etapas: problematização inicial (PI), organização do conhecimento (OC) e aplicação do conhecimento (AC). A pesquisa foi desenvolvida com uma classe de 35 alunos do 1º Ano do Ensino Médio de uma escola pertencente à Rede Estadual de Ensino, localizada no município de Lorena, SP. O desenvolvimento da pesquisa ocorreu em quatro etapas: aplicação de um questionário socioeconômico e de uma avaliação diagnóstica inicial, desenvolvimento do Módulo Didático, aplicação de uma avaliação diagnóstica final ao término da aplicação da metodologia e uma nova aplicação da avaliação diagnóstica final após o período de férias escolares dos discentes. A aplicação da metodologia foi pautada no pluralismo metodológico por meio dos seguintes recursos: questões problematizadoras, leitura e análise de textos de divulgação científica, vídeos, simuladores, jogo e mapa conceitual. Dentre os resultados relacionados à análise do perfil socioeconômico dos discentes, percebeu-se que 41% possui preferência por desenvolver as atividades em um grupo pequeno, enquanto 38% tem preferência por trabalhar com outra pessoa. A análise comparativa das avaliações diagnósticas inicial, final e final após o período de férias escolares revelou tendências ao se considerar o processo ensino-aprendizagem de fotossíntese e de cadeia alimentar. Para a temática fotossíntese, alguns assuntos necessitam ser abordados a partir de recursos distintos dos utilizados para o desenvolvimento da pesquisa, uma vez que não houve efetividade no conhecimento construído; para outros, o conhecimento construído se mostrou efetivo. Em relação à temática cadeia alimentar, o conhecimento construído apresentou efetividade. Os resultados obtidos, portanto, revelaram que o Módulo Didático se constitui como uma estratégia metodológica viável para desenvolvimento com alunos de Ensino Médio. A efetividade do processo ensinoaprendizagem está atrelada a outros fatores condicionantes, tais como os recursos utilizados, o modo pelo qual os discentes preferem desenvolver as atividades bem como o número de alunos por classe. / The following research has the aim to discover the views of secondary school (high school) students in relation to photosynthesis and the food chains, and the application of the Didactic Module methodology to facilitate the teaching-learning process. The Didactic Module methodology, designed by Delizoicov and Angotti (1990), consists of three stages: initial questioning, organization of knowledge, and the application of knowledge. The research was conducted with a class of 35 students from the 1st year of a secondary school which belonged to a network of public schools, located in the city of Lorena, SP. The development of the research took place in four steps: the application of a socioeconomic questionnaire and an initial diagnostic evaluation, the development of the Didactic module, the application of a final diagnostic evaluation at the end of the methodology application and a new application of the final diagnostic evaluation after a period of the student\'s school holidays. The methodology was based on methodological pluralism through the following resources: questions which cause problems, the reading and the analysis of scientific texts, videos, simulators, games and concept map. Among the results related to the analysis of the socioeconomic profile of students, it was noticed that 41% have preference for developing activities in a small group, while 38% have a preference for working with someone else. The comparative analysis of the diagnostic evaluations from the beginning, middle and end of the school holiday period revealed trends when considering the teaching-learning process of photosynthesis and the food chain. For the theme photosynthesis, some issues need to be addressed from different resources used for the development of the researches, since there was no effectiveness in the knowledge which was constructed; for others, the knowledge built was effective. Regarding the thematic food chain, the knowledge built was showed to be effective. The results obtained show that the Didactic Module is constituted as a viable methodological strategy for the development of students in high school (secondary school). The effectiveness of the teaching-learning process is linked to other conditioning factors such as the resources used, the way in which students prefer to develop the activities and the number of students per class.

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

A oferta de forragem exerce forte influência sobre o consumo e o desempenho dos animais em pastejo com reflexos na estrutura do dossel e no acúmulo de forragem. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da oferta de forragem (OF) sobre a capacidade fotossintética foliar e do dossel, o acúmulo de forragem, a estrutura do dossel e a eficiência de pastejo em pastagens de capim-Marandu [Brachiaria brizantha (Hochst ex A. RICH.) STAPF.] sob lotação rotacionada. O experimento foi realizado na Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de São Paulo em Pirassununga SP de dezembro de 2002 a abril de 2004. O delineamento experimental foi o de blocos completos ao acaso com quatro repetições. Os tratamentos foram quatro níveis de OF, 5, 10, 15 e 20 kg massa de forragem 100 kg peso vivo-1 dia-1 (%) em lotação rotacionada com ciclos de pastejo de 35 dias, com 28 dias de descanso e sete de ocupação. As variáveis avaliadas durante a rebrotação foram o índice de área foliar (IAF), a interceptação de luz, a altura média do dossel, a massa de forragem e a fotossíntese foliar. A eficiência de pastejo foi estimada em função do acúmulo de forragem durante a rebrotação e da taxa de desaparecimento de forragem, descontando-se as perdas durante o pastejo. A dispersão dos valores de altura do dossel, medidos no pré-pastejo e no pós-pastejo, permitiu a avaliação da variabilidade espacial da vegetação. Com base na distribuição da luz no perfil do dossel e na fotossíntese foliar, foi desenvolvido um modelo matemático para estimar a fotossíntese do dossel e o acúmulo de forragem. A altura do dossel no pós-pastejo se manteve ao redor de 17 cm para a OF de 5%, enquanto que para as demais OFs houve aumento dos valores ao longo do experimento. A relação entre altura e interceptação de luz pelo dossel foi modificada de 2003 para 2004, de modo que para uma mesma altura, a capacidade de interceptação se tornou maior nos dosséis sob OF de 5 e 10%. A fotossíntese foliar decresceu de maneira linear com o aumento da OF e os valores se situaram entre 28 e 23 µmol CO2 m-2 s-1 em 2003 e entre 27 e 24 µmol CO2 m-2 s-1 em 2004, para as OFs de 5 e 20%, respectivamente. A partir do final das avaliações em 2003, houve decréscimo na taxa de acúmulo de forragem (TAF) para as OFs mais elevadas, condição que se manteve em 2004, com uma taxa média de 49 kg MS ha-1 dia-1. O modelo de fotossíntese de dossel indicou que o máximo acúmulo de forragem foi atingido num IAF médio igual a 3,5, valor abaixo do que seria atingido (~ 4) se a fotossíntese foliar máxima (Amax) não diminuísse com o aumento do IAF. A eficiência de pastejo decresceu com o aumento da OF, atingindo valores máximos de 64% em 2003 e 55% em 2004, nas pastagens sob OF de 5%. Apesar da maior produção de forragem, o consumo total para as OFs de 10, 15 e 20% ficou abaixo dos valores obtidos para a OF de 5%. Houve aumento da variabilidade espacial da vegetação após o pastejo, exceção feita à OF de 10%. A utilização de OFs generosas, principalmente 15 e 20%, com o intuito de maximizar o desempenho animal trouxe conseqüências negativas sobre o potencial fotossintético e sobre o acúmulo de forragem em pastagens de capim-Marandu. Além disso, a eficiência de pastejo foi severamente diminuída e houve aumento considerável na variabilidade espacial da vegetação. / Herbage allowance (HA) has strong influence on intake and animal performance in grazing systems, as it impacts canopy structure and net herbage accumulation. The objective of this study was to assess the effects of HA on leaf photosynthesis, net herbage accumulation, sward structure and grazing efficiency in Marandu palisadegrass pastures [Brachiaria brizantha (Hochst ex A. RICH.) STAPF.] under rotational stocking. The experiment was carried out at Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos, Universidade de São Paulo, Pirassununga SP, from December 2002 to April 2004. The experimental design was a randomised complete block with four replications. Treatments were four levels of herbage allowance, 5, 10, 15, and 20 kg dry matter per 100 kg live weight per day (%) in a grazing cycle of 35 days (28 d of rest and 7 d of grazing). Responses studied during regrowth were leaf area index (LAI), light interception, mean canopy height, herbage mass and leaf photosynthesis. Grazing efficiency was calculated as a proportion of net herbage accumulation as well as of the herbage disappearance rate (minus losses) during the grazing period. The dispersion of sward height values, measured pre- and post-graze, allowed for the evaluation of the spatial variability of the vegetation. Based on the light distribution within the canopy profile and leaf photosynthesis, a mathematical model was developed to estimate canopy photosynthesis and net herbage accumulation. Post-graze canopy height averaged 17 cm for 5% HA, whereas for the other HA levels height increased across grazing cycles. The relationship between canopy height and light interception changed from 2003 to 2004. For the same height, interception increased in the 5 and 10% HA canopies. Leaf photosynthesis decreased linearly with increased HA, due to mutual shading within the canopy. Photosynthetic rates ranged from 28 and 23 µmol CO2 m-2 s-1 in 2003 and from 27 to 24 µmol CO2 m-2 s-1 in 2004, for the 5 and the 20% HAs, respectively. From season-end in 2003, through the winter dry season, net herbage accumulation under high HA decreased, and this persisted through the 2004 grazing season. The model of canopy photosynthesis suggests that maximum herbage accumulation was reached at a 3.5 LAI, lower than what would be reached (~ 4) if the maximum leaf photosynthesis did not decrease with increasing LAI. Grazing efficiency decreased with increased HA, and highest efficiencies were 64% in 2003 and 55% in 2004, in pastures under the 5% HA treatment. Despite the higher forage dry matter production, intake in the 10, 15, and 20% HA pastures was lower than that under 5% HA. Grazing increased the spatial variability of the vegetation, except for the 10% HA. The use of generous HA levels (15 and 20%), although favourable to high animal performance, was detrimental to the photosynthetic capacity and net herbage accumulation in pastures of Marandu palisadegrass. In addition, grazing efficiency was severely reduced and spatial variability was considerably higher under high HA.

A recuperação e a restauração florestal de ecossistemas degradados podem não acontecer das maneiras desejadas, se houver carência nutricional ou suprimento inadequado de nutrientes às plantas no estádio inicial de desenvolvimento de espécies florestais nativas. O objetivo da presente investigação foi avaliar os efeitos da deficiência de nutrientes nas plantas na fase inicial de desenvolvimento das espécies florestais nativas Schinus terebinthifolius Raddi (aroeira-pimenteira), Cordia superba Cham. (baba-de-boi) e Cariniana estrellensis (Raddi) Kintze (jequitibá-branco). Foram observadas as alterações ultra-estruturais e teciduais das células do mesofilo das folhas, foi descrita a sintomatologia visual de deficiência nutricional, foram feitas as determinações de teores de macro e micronutrientes, das taxas de assimilação de gás carbônico e de transpiração, e as mensurações da altura e da produção de biomassa. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, em blocos ao acaso, com três repetições e treze tratamentos para cada espécie, empregando a técnica de diagnose por subtração (-N, -P, -K, -Ca, -Mg, -S, -B, -Cu, -Fe, -Mn, -Mo, -Zn), sendo que em um dos tratamentos, as espécies nativas foram cultivadas em solução nutritiva completa, com todos os macros e micronutrientes. Durante o experimento e em sua análise, foi observada a seqüência de eventos que motivaram os sintomas de deficiência e a diminuição na produção de biomassa. Sabe-se que falta de um nutriente provoca alteração molecular, o que alterou as ultraestruturas celulares das folhas que foram observadas por microscopia. Essas modificações celulares provocaram alterações no tecido vegetal que induziram nas plantas os sintomas visuais específicos de cada nutriente que foram descritos. Como efeito fisiológico da deficiência nutricional, de forma geral, constataram-se diminuições nas taxas de fotossíntese e de transpiração e, por conseguinte, na produção de biomassa. Estes resultados claramente evidenciam o fato de que projetos de implantação de florestas ou de recuperação e restauração de ecossistemas degradados por meio do plantio das três espécies florestais nativas, em solos que necessitem de suplementação nutricional, poderão ter seu sucesso comprometido se não houver complementação nutricional / The recovery and forest restoration of degraded ecosystems may not be occur as desired if there is a nutritional deficiency or an inadequate supply of nutrients in the initial phase development of native forest species. The objective of this research was to evaluate the macronutrient and micronutrient deficiency effects on Brazilian native species young plants: Schinus terebinthifolius Raddi, Cordia superba Cham. and Cariniana estrellensis (Raddi) Kintze. Ultrastructural and tissue of the mesophyll cells of leaves changes were observed by microscopy, the visual symptom of nutritional deficiencies were described, the nutrient contents were analyzed, the carbon assimilation and transpiration rates were measured, the plant heights and the biomass production were measured. The experiment was carried on a greenhouse in a randomized block design with three replications and thirteen treatments for each species, using the technique of diagnosis by subtraction (-N, -P, -K, -Ca, -Mg, -S, -B, - Cu, -Fe, -Mn, -Mo, -Zn) and in one of the treatments the species were grown in a nutrient solution with all macro and micronutrients. It was observed, during the experiment and its analysis, a sequence of events that caused the visual symptoms and decreased the biomass production. It is known that the nutrient deficiency causes molecular alterations, which consequently led the changes in cellular ultrastructure of the leaves and they were observed by microcopy. These cellular changes caused modifications in the foliar tissue, and the plants showed specific visual symptoms of each nutrient, which they were described. As physiological effect of nutritional deficiency, in general decreases the photosynthesis and transpiration taxes, and consequently the biomass production were decreased. These results clearly project that forest implantation or recovery and restoration of damaged ecosystems by planting the three native species in soils that require nutritional supplementation may have its success compromised if there is no a nutritional supplementation

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.

Inúmeros trabalhos evidenciam o efeito do silício nos processos, estruturas e características das plantas que ocorre em várias culturas. Supõe-se que tais efeitos possam estar associados à vários processos fisiológicos, dentre eles a melhoria da qualidade e produtividade, o favorecimento da fotossíntese e a redução de doenças. O presente trabalho tem por objetivo estudar os efeitos do silício nos aspectos bioquímicos, qualidade de fibra e produtividade do algodoeiro (Gossypium hirsutum L.) na cultivar BRS-Cedro, material amplamente cultivado na região dos cerrados do Brasil. Realizou-se um experimento em vasos com capaciadade de 3,2 litros de solução nutritiva de Johnson et al. (1957), modificada. As soluções nutritivas foram corrigidas para pH inicial igual a 6,0, continuamente arejadas e trocadas quinzenalmente. Conduziu-se o experimento em casa de vegetação, cujo delineamento estatístico foi inteiramente casualizado com seis tratamentos: (0, 10, 25, 50, 100 e 200) mg.L-1 de silício e 05 repetições. A fonte de silício utilizada nos tratamentos, com excessão da testemunha, foi o metassilicato de sódio (Na2SiO3.5H2O). Os parâmetros avaliados foram os seguintes: teor de silício foliar e radicular, teor de potássio, matéria seca, fotossíntese, transpiração, condutância estomática, e concentração interna de CO2; e após a colheita e beneficiamento para qualidade de fibra as amostras foram submetidas à análise de HVI (high volume instruments) e assim avaliados os seguintes parâmetros: % de fibra, peso de 100 sementes, peso de capulhos, comprimento da fibra, uniformidade no comprimento da fibra, índice de fibra curta, tenacidade da fibra, elongação, micronaire, maturidade da fibra, finura, teor de açúcar na fibra (deposição), reflectância, cor amarelada e tenaciadade do fio. O experimento comprendeu-se no período de abril a novembro de 2005, sendo o ciclo da semeadura até a colheita. As doses de silício utilizadas promoveram aumento considerável nos teores radiculares e foliares do algodoeiro. Os resultados das análises de laboratório evidenciaram interações positivas entre as doses utilizadas com a fotossíntese, transpiração, condutância estomática e concentração interna de CO2 e para os parâmetros de qualidade de fibra, somente houve interação positiva com o teor de açúcar na fibra, indicando promissor o uso de silício para a cultura. O decréscimo de açúcar na fibra afeta diretamente a qualidade, melhorando e impede o desenvolvimento do fungo Capnodium sp (fumagina), que também prejudica a fotossíntese. / Several works clearly show the effect of silicon on plant processes, structures and characteristics. It is believed that they are associated to crop quality and yield, enhancing photosynthesis and increasing their resistance to diseases. In the present work effects of silicon on the biochemicals aspects, fiber quality and yield of cotton (Gossypium hirsutum L.), BRS-Cedro cultivar, widely cultivated in Brazilian savannahs, were evaluated. A greenhouse experiment using Johnson et al. (1957) modified nutrient solution in 3.2 liters pots, during a complete crop cycle from April to November of 2005, was carried out. Nutrient solutions were corrected to initial pH 6.0, with continuous aeration and biweekly substitution. Six rates of Si (0, 10, 25, 50, 100 and 200 mg L-1), as sodium metasilicate (Na2SiO3.5H2O), in a completely randomized design with five replications, were applied. During the cropping time leaf and root contents of Si and K, dry matter weight, photosynthesis, respiration, stomatal conductance and internal CO2 concentrations were assessed. After harvest and processing for fiber quality, HVI analyses were performed, and attributes such as percentage of fiber, weight of 100 seeds, cotton balls weight, fiber length and uniformity, short fiber index, tenacity, elongation, micronaire, maturity, thinness, sugar deposition on the fiber, reflectance, yellowish color and fiber tenacity were evaluated. Considerable increases in root and leaf contents of cotton as affected by applied Si rates were found, showing positive relationships among laboratory data with photosynthesis, respiration, stomatal conductance, and internal CO2 concentrations. Concerning the fiber quality, positive interaction was verified with sugar content in the fiber, indicating that Si application to cotton would be a promising cropping practice. Sugar decrease in the fiber improves its quality, hindering the development of the mushroom Capnodium sp, which also harms photosynthesis.

Thesis advisor: Dunwei Wang / Solar energy, the most abundant and free renewable energy, holds great promise for humanity's sustainable development. How to efficiently and inexpensively capture, covert solar energy and store it for off peak usages constitutes a grand challenge for the scientific community. Photovoltaic devices are promising candidates but are too costly to be implemented in large scales. On a fundamental level, this is due to the dilemma that the length scales of the optical pathways and electrical pathways often do not match within the photovoltaic device materials. Consider traditional Si solar cell as an example, effective light absorption requires up to hundreds of microns material while the photogenerated charge carries can only diffuse less than a few microns or even shorter before recombination. Such a problem may be solved by using Si nanowires (SiNWs) because vertically aligned nanowires can orthogonalize the light absorption and charge carrier collection pathways, thereby enabling the use of low-cost materials for practically appealing solar energy conversion devices. The objective of this thesis work is to explore low-cost synthesis of vertically aligned SiNW arrays and study their performance in both solar energy conversion and storage devices. We developed a method to synthesize vertically aligned SiNW arrays in a hot-wall chemical vapor deposition system with tunable length, doping level, and diameter for systematical studies. Empowered by the synthetic control, various types of vertical SiNW arrays were characterized by both steady-state (photoelectrochemical measurement) and transient (electrochemical impedance spectroscopy) techniques in a photoelectrochemical cell platform. Additionally, SiNWs were demonstrated to be a promising candidate for photoelectrochemical aromatic ketone reduction and CO₂ fixation. The reactions studied in this thesis are in close resemblance to natural photosynthesis and the resulted product molecules are precursors to nonsteroidal anti-inflammatory drugs, ibuprofen and naproxen. Lastly, vertical transparent conductive oxide nanotubes were prepared from vertical SiNW array templates. Ultrathin hematite (Fe₂O₃) film was coated on the nanotube scaffold by atomic layer deposition to form a heteronanostructure photoelectrode for efficient solar water oxidation. Our results highlight the potential of vertically aligned SiNW arrays in solar cell, solar water splitting and artificial photosynthesis applications. / Thesis (PhD) — Boston College, 2012. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

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 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?.