abstract: Sunlight, the most abundant source of energy available, is diffuse and intermittent; therefore it needs to be stored in chemicals bonds in order to be used any time. Photosynthesis converts sunlight into useful chemical energy that organisms can use for their functions. Artificial photosynthesis aims to use the essential chemistry of natural photosynthesis to harvest solar energy and convert it into fuels such as hydrogen gas. By splitting water, tandem photoelectrochemical solar cells (PESC) can produce hydrogen gas, which can be stored and used as fuel. Understanding the mechanisms of photosynthesis, such as photoinduced electron transfer, proton-coupled electron transfer (PCET) and energy transfer (singlet-singlet and triplet-triplet) can provide a detailed knowledge of those processes which can later be applied to the design of artificial photosynthetic systems. This dissertation has three main research projects. The first part focuses on design, synthesis and characterization of suitable photosensitizers for tandem cells. Different factors that can influence the performance of the photosensitizers in PESC and the attachment and use of a biomimetic electron relay to a water oxidation catalyst are explored. The second part studies PCET, using Nuclear Magnetic Resonance and computational chemistry to elucidate the structure and stability of tautomers that comprise biomimetic electron relays, focusing on the formation of intramolecular hydrogen bonds. The third part of this dissertation uses computational calculations to understand triplet-triplet energy transfer and the mechanism of quenching of the excited singlet state of phthalocyanines in antenna models by covalently attached carotenoids. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Chemistry 2016

abstract: The basic scheme for photosynthesis suggests the two photosystems existing in parity with one another. However, cyanobacteria typically maintain significantly more photosystem I (PSI) than photosystem II (PSII) complexes. I set out to evaluate this disparity through development and analysis of multiple mutants of the genetically tractable cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 that exhibit a range of expression levels of the main proteins present in PSI (Chapter 2). One hypothesis was that the higher abundance of PSI in this organism is used to enable more cyclic electron flow (CEF) around PSI to contribute to greater ATP synthesis. Results of this study show that indeed CEF is enhanced by the high amount of PSI present in WT. On the other hand, mutants with less PSI and less cyclic electron flow appeared able to maintain healthy levels of ATP synthesis through other compensatory mechanisms. Reduction in PSI abundance is naturally associated with reduced chlorophyll content, and mutants with less PSI showed greater primary productivity as light intensity increased due to increased light penetration in the cultures. Another question addressed in this research project involved the effect of deletion of flavoprotein 3 (an electron sink for PSI-generated electrons) from mutant strains that produce and secrete a fatty acid (Chapter 3). Removing Flv3 increased fatty acid production, most likely due to increased abundance of reducing equivalents that are key to fatty acid biosynthesis. Additional components of my dissertation research included examination of alkane biosynthesis in Synechocystis (Chapter 4), and effects of attempting to overexpress fibrillin genes for enhancement of stored compounds (Chapter 5). Synechocystis is an excellent platform for metabolic engineering studies with its photosynthetic capability and ease of genetic alteration, and the presented research sheds light on multiple aspects of its fundamental biology. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Biology 2017

abstract: The evolution of photosynthesis caused the oxygen-rich atmosphere in which we thrive today. Although the reaction centers involved in oxygenic photosynthesis probably evolved from a protein like the reaction centers in modern anoxygenic photosynthesis, modern anoxygenic reaction centers are poorly understood. One such anaerobic reaction center is found in Heliobacterium modesticaldum. Here, the photosynthetic properties of H. modesticaldum are investigated, especially as they pertain to its unique photochemical reaction center. The first part of this dissertation describes the optimization of the previously established protocol for the H. modesticaldum reaction center isolation. Subsequently, electron transfer is characterized by ultrafast spectroscopy; the primary electron acceptor, a chlorophyll a derivative, is reduced in ~25 ps, and forward electron transfer occurs directly to a 4Fe-4S cluster in ~650 ps without the requirement for a quinone intermediate. A 2.2-angstrom resolution X-ray crystal structure of the homodimeric heliobacterial reaction center is solved, which is the first ever homodimeric reaction center structure to be solved, and is discussed as it pertains to the structure-function relationship in energy and electron transfer. The structure has a transmembrane helix arrangement similar to that of Photosystem I, but differences in antenna and electron transfer cofactor positions explain variations in biophysical comparisons. The structure is then compared with other reaction centers to infer evolutionary hypotheses suggesting that the ancestor to all modern reaction centers could reduce mobile quinones, and that Photosystem I added lower energy cofactors to its electron transfer chain to avoid the formation of singlet oxygen. In the second part of this dissertation, hydrogen production rates of H. modesticaldum are quantified in multiple conditions. Hydrogen production only occurs in cells grown without ammonia, and is further increased by removal of N2. These results are used to propose a scheme that summarizes the hydrogen-production metabolism of H. modesticaldum, in which electrons from pyruvate oxidation are shuttled through an electron transport pathway including the reaction center, ultimately reducing nitrogenase. In conjunction, electron microscopy images of H. modesticaldum are shown, which confirm that extended membrane systems are not exhibited by heliobacteria. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Biochemistry 2017

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-04-17Bitstream added on 2014-06-13T18:50:13Z : No. of bitstreams: 1 damineli_dsc_me_rcla.pdf: 754791 bytes, checksum: bfbdcea3d2e6e4d7e5a07ecc4b1fd915 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A estabilidade é fundamental para todos os sistemas biológicos, possibilitando que lidem com a variabilidade ambiental. As propriedades que conferem estabilidade a sistemas biológicos ainda são desconhecidas, mas evidências apontam para a complexidade da dinâmica de certas variáveis fisiológicas e para a força de interação entre elementos de suas redes organizacionais subjacentes. Esta relação foi investigada no sistema de trocas gasosas de espécies florestais tropicais, pertencentes a grupos funcionais distintos: pioneiras e não-pioneiras. O modelo de recursos múltiplos atribui maior flexibilidade fisiológica às espécies pioneiras, mas os métodos geralmente empregados não são capazes de avaliar a estabilidade de um sistema adequadamente. Este estudo foi realizado em séries temporais de trocas gasosas, onde foi possível estimar parâmetros relacionados à estabilidade do sistema. A força de interação entre elementos foi avaliada pela conectância da rede (Cg) e a complexidade da dinâmica de assimilação de CO2 (A) e condutância estomática (gs) pelo algoritmo de entropia aproximada (ApEn). Os resultados revelaram que espécies com perfil fisiológico de pioneira, em condições constantes, apresentam maior Cg e ApEn de gs, possivelmente indicando maior estabilidade. Estas espécies tiveram maior aproveitamento de pulsos de luz (“lightflecks”), o que indicou a importância da modulação de rede (mudanças na conectância) na resposta às variações ambientais, e que maior Cg pode conferir maior capacidade de controle. Além da conectância, grau de acoplamento do sistema ao ambiente foi decisivo na resposta a “sunflecks”. Os resultados sugerem que dinâmicas mais complexas estão ligadas a redes com maior conectância, que por sua vez conferem maior capacidade de controle ao sistema, sendo fundamental a capacidade de modulação da rede. / Stability is a key feature to all biological systems, enabling them to deal with environmental variability. The properties that promote stability in biological systems are still unknown, but evidences point towards the complexity of the dynamics of certain physiological variables and to the strength of interaction among elements pertaining to its underlying organizational networks. This relationship was investigated in the gasexchange system of tropical forest species, belonging to distinct functional groups: pioneer and non-pioneer. The multiple resources model attributes higher physiological flexibility to pioneer species, but the methods usually employed are not capable of properly evaluating a system’s stability. This study was carried out in gas-exchange time-series, enabling the calculation of parameters related to the system’s stability. The strength of interaction among elements was evaluated by network connectance (Cg), and the complexity of CO2 assimilation (A) and stomatal conductance (gs) dynamics was evaluated by the algorithm of Approximate Entropy (ApEn). The results revealed that, under constant conditions, species with a pioneer-like physiological profile showed higher Cg and ApEn of gs, possibly indicating greater stability. These species showed higher lightfleck use efficiency, indicating the importance of network modulation (connectance changes) in response to environmental variability, and that higher Cg could provide greater control capability. Besides connectance, the strength of coupling between system and environment was decisive in response to sunflecks. The results suggest that more complex dynamics are linked to higher network connectance, which provide greater control capability to the system, network modulation being fundamental. Also, higher coupling of the system with its environment apparently promotes stability in contexts where environmental variability occurs within the system’s control capability.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-25Bitstream added on 2014-06-13T19:49:37Z : No. of bitstreams: 1 bautista_ain_me_rcla.pdf: 374564 bytes, checksum: 1e7cf9c5da15f9f6f26f1fe790157e7c (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Estudos sobre efeitos da manipulação de nutrientes inorgânicos (especialmente nitrogênio e fósforo) em macroalgas continentais são escassos, especialmente com espécies de regiões tropicais. Foram analisadas as respostas fisiológicas (crescimento, fotossíntese e conteúdo de pigmentos) ao empobrecimento de nitrogênio e fósforo inorgânicos (nas formas de nitrato e fosfato, respectivamente) em condições de cultura de duas populações de Compsopogon coeruleus (denominadas isolados 79 e 58) e em duas populações de Batrachospermum delicatulum (isolados 43 e 111), provenientes de ambientes com distintos níveis de saprobidade e trofia. O objetivo central foi avaliar as respostas das espécies (diminuição ou aumento na resposta fisiológica) conforme decréscimo nas concentrações de nitrogênio e fósforo inorgânicos. Três diluições na concentração original de nitrogênio e fósforo do Meio Básico de Bold foram empregadas: Bold (Controle), -10xN (0,21mM), -25xN(0,09mM), -50xN(0,04mM), - 10xP(0,11mM), -25xP(0,04mM) e -50xP(0,02mM). Nos tratamentos com nitrogênio, o isolado 79 de C. coeruleus respondeu com diminuição mais acentuada da performance geral em relação ao isolado 58, isto é, menores valores de rendimento quântico efetivo (RQE) e das concentrações das ficobilinas em todas as diluições de nitrogênio. A degradação de ficobilinas é uma resposta típica e amplamente descrita de Rhodophyta sob escassez de nitrogênio. O isolado 43 de B. delicatulum reduziu a síntese de clorofila com o decréscimo de nitrogênio no meio, enquanto que no isolado 111 o conteúdo de ficobilinas aumentou, sugerindo que estas populações possuem estratégias distintas de respostas da concentração de pigmentos em relação ao nitrogênio. / Studies on the effects of inorganic nutrients manipulation (specially nitrogen and phosphorus) in freshwater macroalgae are scarce. Physiological responses (growth, photosynthesis and pigment contents) to nitrogen and phosphorus impoverishment (nitrate and phosphate, respectively) were analyzed under culture conditions in two populations of Compsopogon coeruleus (designated isolates 79 and 58), and of Batrachospermum delicatulum (isolates 43 and 111), coming from environments with distinct levels of saprobity and trophy. The essential aim was to evaluate the species’ responses (decrease or increase in physiological performance) to decrease in inorganic nitrogen and phosphorus concentrations. Three dilutions in original concentration of nitrogen and phosphorus of Bold Basic Medium were tested: Bold (Control), -10xN (0,21mM), -25xN(0,09mM), -50xN(0,04mM), -10xP(0,11mM), -25xP(0,04mM) e - 50xP(0,02mM). For the nitrogen treatments, the isolate 79 of C. coeruleus responded with a more pronounced decrease in general performance in comparison to isolate 58, that is, lower values of effective quantum yield (EQY) and of phycobiliprotein concentrations in all nitrogen dilutions. Phycobiliprotein degradation is a typical and widely reported response of red algae under nitrogen scarcity. Isolate 43 of B. delicatulum reduced the chlorophyll synthesis according to nitrogen decrease in the medium, whereas in isolate 111 the phycobiliprotein content increased, suggesting that these populations have distinct strategies of pigment concentration responses to nitrogen impoverishment. For the phosphorus experiments, the isolate 58 responded with a more pronounced decrease in general performance in comparison to isolate 79: lower values of maximum photosynthetic rate (Pmáx) and photosynthetic efficiency (α), besides lower phycobiliprotein concentrations in all phosphorus dilutions.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-06-18Bitstream added on 2014-06-13T18:09:11Z : No. of bitstreams: 1 kusakariba_t_me_rcla.pdf: 605912 bytes, checksum: 3bb69f50b5447fd8858f1b6b6d084438 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Respostas de curto período das características fotossintéticas a temperatura e irradiância foram avaliadas na rodófita Batrachospermum delicatulum em condições naturais e em laboratório. A variação diária dos parâmetros fotossintéticos por fluorescência da clorofila foi amostrada em duas épocas (junho, período frio e seco; outubro, quente e chuvoso) em um riacho da região noroeste do Estado de São Paulo (20o43 24-S, 49o18 21-W). Os valores de RQE e RQP (rendimento quântico efetivo e potencial, respectivamente) apresentaram correlação negativa com a irradiância nas duas épocas e valores similares no início e final do dia, indicando respectivamente alta pressão de excitação sobre o fotossistema II (FSII) e boa capacidade de recuperação e ausência de fotodano ao aparato fotossintético. Os valores de NPQ (extinção não-fotoquímica) também apresentaram correlação negativa com irradiância (significativa apenas em junho), o que possivelmente indica baixa capacidade de dissipação da energia absorvida pelos centros de reação. Sob temperatura e irradiância fixas a variação diária para fotossíntese líquida foi caracterizada por dois picos: o primeiro (maior) durante a manhã e o segundo (menor) durante a tarde. Os valores de ETR (taxa de transporte de elétrons) também apresentaram padrão semelhante, o que demonstra a ocorrência de ritmos endógenos que controlam as taxas fotossintéticas. Curvas de fotossíntese-irradiância e de indução escuro/luz foram testadas em laboratório (sob condições de baixa e alta irradiância) e em campo sob luz natural (não-sombreada) e artificialmente sombreada em duas épocas (junho e novembro). O isolado em cultura e as plantas em condições naturais (novembro) tiveram maiores valores de fotossíntese máxima (Fmax), eficiência fotossintética ( ) e rendimento quântico em baixa irradiância... / Short-term responses of photosynthetic characteristics to temperature and irradiance were analyzed in the rhodophyte Batrachospermum delicatulum under natural and laboratory conditions. The diurnal variation of photosynthetic parameters by chlorophyll fluorescence was sampled in two seasons (June, cool and dry season; October, warm and rainy season) in a stream of northwest region of São Paulo state (20o43 24 S, 49o18 21 W). Values of EQY and PQY (effective and potential quantum yield, respectively) were negatively correlated with irradiance in both seasons and had similar values at the beginning and end of the day, indicating, respectively high excitation pressure on photosystem II (PSII) and good recovery capacity and lack of photodamage to the photosynthetic apparatus. Values of NPQ (non-photochemical quenching) were also negatively correlated with irradiance (significantly only in June) possibly indicating low dissipation capacity of absorbed energy by reaction centres. The diurnal variation of net photosynthesis under fixed conditions of temperature and irradiance was characterized by two peaks the first (higher) in the morning and the second (lower) in the afternoon. ETR (electron transport rate) values also presented a similar pattern, suggesting the occurrence of endogenous rhythm that controls photosynthetic rates. Photosynthesis-irradiance and dark/light (induction) curves were tested in laboratory (under low and high irradiance conditions) and in field under natural light (unshaded) and artificially shaded in two seasons (June and November). Specimens from culture isolate and in natural conditions (November) had higher values of maximum photosynthesis (Pmax) photosynthetic efficiency ( ) and EQY at low irradiance, whereas at high irradiance (laboratory and field), values of were significantly higher than at low irradiance. A positive correlation between of ETR with NPQ... (Complete abstract click electronic access below)

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-12T14:31:07Z No. of bitstreams: 1 DissCC.pdf: 2450373 bytes, checksum: 8cbe8a964a77ba28b6fc5019b478228a (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-12T18:57:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCC.pdf: 2450373 bytes, checksum: 8cbe8a964a77ba28b6fc5019b478228a (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-12T18:57:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCC.pdf: 2450373 bytes, checksum: 8cbe8a964a77ba28b6fc5019b478228a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-12T18:57:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissCC.pdf: 2450373 bytes, checksum: 8cbe8a964a77ba28b6fc5019b478228a (MD5) Previous issue date: 2015-10-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Vinasse is a waste of sugarcane industry and, due to the presence of organic matter and mineral nutrients, it has been used for the irrigation of the sugarcane crops. However, its composition limits such application due to soil salinization. The anaerobic fermentation of vinasse generates biogas that is used as energy source in the sugarcane industry itself. The fermented vinasse results in biodigested vinasse. The development of techniques for residue use can contribute to cleaner production systems. In this research, we evaluated treated conventional and biodigested vinasses for the growth of Chlorella vulgaris. The treatment consisted of filtering the vinasses through smectite clay and activated carbon, or centrifugation. Concentrations of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 and 100% of treated vinasses were tested. Cell density, absorbance at 570 nm, pH and electrolyte conductivity were quantified daily in a six day experiment. Based in cell density, specific growth rates were calculated. Growth rates higher than the controls were obtained in 60% conventional filtered vinasse and 10% conventional centrifuged one, as well as in 80% biodigested filtered vinasse and 20% biodigested centrifuged vinasse. In general, the filtered vinasse was superior in relation to the centrifuged one regarding higher residue concentration that supported microalgae growth. After microalgae acclimation we evaluated the photosynthetic performance of C. vulgaris in the best vinasses conditions and the biochemical composition of the biomass present in the vinasse, which besides the microalgae contained other microorganisms, such as bacteria and fungi, since it was not sterilized. Specific growth rate for C. vulgaris in 60% filtered conventional vinasse was 1.6 d-1 and 1.5 d-1 in the 80% filtered biodigested vinasse, representing increases of up to 84 x in cell density compared to the initial. In the LC Oligo control the growth rate was ~ 0.9 d-1 and in the BG11 it was 1,1 d-1. Although the better C. vulgaris growth in the treated vinasses, photosynthetic efficiency and its related parameters were better in the control than in the vinasses. These results together with those of chlorophyll a concentration suggest that the microalgae have possibly used a mixotrophic metabolism while in the vinasses. We observed higher biomass accumulation in the vinasses than in the controls. A reduction of total dissolved organic carbon and dissolved mineral elements up to 50%, as well as bacteria and fungi, were detected in the vinasse after microalgae growth. This study is a contribution to the knowledge of microalgae physiology in a residue and to the development of cleaner ethanol production system. / A vinhaça é um resíduo da indústria sucroalcooleira que, devido à presença de matéria orgânica e nutrientes minerais, tem sido utilizada para fertirrigação das próprias culturas de cana-deaçúcar. Porém, a composição desse resíduo limita sua aplicação no solo, pois pode levá-lo à salinização. A fermentação anaeróbia da vinhaça gera biogás que é usado como fonte de energia para a própria usina. Essa fermentação resulta na vinhaça biodigerida. Técnicas que permitam utilizar as vinhaças, convencionais ou biodigeridas, contribuem para um sistema de produção mais limpo e rentável. Propusemos nesta pesquisa, avaliar o uso de vinhaça tratada. Para tanto usamos vinhaça convencional e biodigerida, filtradas em argila esmectita e carvão ativado, ou centrifugadas. Nelas cultivamos Chlorella vulgaris (BEYERINCK, 1890). As vinhaças tratadas foram testadas em concentrações de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100%. Avaliamos diariamente a densidade celular, absorbância em 570 nm, pH e condutividade eletrolítica ao longo de seis dias. Com os resultados de densidade celular, calculamos as taxas de crescimento para cada tratamento. Os melhores crescimentos se deram em vinhaça convencional filtrada 60% e centrifugada 10% e, em vinhaça biodigerida filtrada 80% e centrifugada 20%. Em geral, as vinhaças filtradas suportaram o crescimento das microalgas em concentrações superiores em relação às centrifugadas. A produção de biomassa foi maior nos filtrados em comparação com centrifugados. Após aclimatação da microalga em vinhaça avaliaram-se os parâmetros fotossintéticos e bioquímicos da biomassa produzida em vinhaça biodigerida filtrada 80% e em vinhaça convencional centrifugada 60%. Taxas de crescimento específicas de C. vulgaris de 1,6 d-1 foram obtidas na vinhaça filtrada convencional 60% e 1,5 d-1 na biodigerida filtrada 80%, representando aumentos de até 84 x nas densidades celulares em relação às iniciais. No controle LC Oligo esse valor foi de 0,9 d-1 e no BG11 foi de 1,1 d-1. Apesar do melhor crescimento algal nas vinhaças, a eficiência fotossintética e os parâmetros relacionados foram melhores no controle do que nas vinhaças. Esses resultados sugerem que a microalga na vinhaça possa ter utilizado a via mixotrófica como fonte de carbono. Observou-se que houve maior acúmulo de biomassa nos cultivos em vinhaça do que nos controles. Houve redução do conteúdo de carbono orgânico total dissolvido e de elementos minerais na vinhaça em até 50%, bem como da contaminação por fungos e bactérias ao final dos cultivos. Este estudo é uma contribuição para o conhecimento da fisiologia de microalgas em resíduos e para o desenvolvimento de uma produção de etanol mais sustentável.

Submitted by Flávia Constantino Meirelles null (flavia_meirelles1905@hotmail.com) on 2018-03-13T16:44:57Z No. of bitstreams: 1 Flávia Constantino Meirelles.pdf: 1967081 bytes, checksum: ce4209e942c83fc722dc2da70f509246 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-03-13T20:20:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 meirelles_fc_me_ilha.pdf: 1967081 bytes, checksum: ce4209e942c83fc722dc2da70f509246 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-13T20:20:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 meirelles_fc_me_ilha.pdf: 1967081 bytes, checksum: ce4209e942c83fc722dc2da70f509246 (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Com a crescente adoção da prática de rotação de culturas, o arroz de terras altas tem se tornado uma opção viável na região do Cerrado, e para que haja um maior investimento e retorno na cultura do arroz de terras altas, é fundamental o ajuste das melhores épocas de semeadura e a escolha de cultivares adequados. Assim, o objetivo do trabalho foi identificar a melhor época de semeadura e o cultivar que expresse seu potencial produtivo, sendo adaptável e estável, além de possuir boa qualidade industrial, em região de Cerrado de baixa altitude. O experimento foi desenvolvido no município de Selvíria (MS), durante o ano agrícola 2016/17. O delineamento experimental foi em blocos casualizados com quatro épocas de semeadura (outubro, novembro, dezembro e fevereiro), cada uma com oito cultivares de arroz (BRS Esmeralda, ANa 5015, ANa 6005, IPR 117, IAC 500, IAC 203, BRSGO Serra Dourada e ANa 7211) e quatro repetições. As semeaduras realizadas em outubro e novembro proporcionaram maiores valores de nitrogênio foliar, massa de matéria seca da parte aérea, espiguetas totais e cheias por panícula, fertilidade de espiguetas e eficiência produtiva de grãos. A semeadura em outubro proporcionou as maiores massas de cem grãos. Houve acamamento na semeadura em novembro e incidência de escaldadura na semeadura em dezembro. Os cultivares BRS Esmeralda, ANa 5015, ANa 6005 e IPR 117 destacaram-se no teor de nitrogênio foliar, espiguetas cheias por panícula e apresentaram adaptabilidade geral às diferentes épocas de semeadura. As maiores produtividades foram observadas na semeadura em outubro destacando-se o cultivar BRS Esmeralda, seguida da semeadura em novembro, destacando-se os cultivares BRS Esmeralda, ANa 5015, ANa 6005 e IPR 117, porém houve acamamento do cultivar IPR 117 em todas as épocas de semeadura. A qualidade industrial de grãos polidos foi superior nos cultivares IAC 500 e BRSGO Serra Dourada. Já, para a qualidade de grãos integrais, houve destaque para o cultivar IAC 500. / With the increasing adoption of crop rotation practice, upland rice has become a viable option in the Cerrado region, and for there to be a greater investment and return on upland rice cultivation, it is fundamental to adjust the best sowing times and the choice of suitable cultivars. Thus, the objective of this work was to identify the best sowing season and the cultivar that expressed its productive potential, being adaptable and stable, besides having good industrial quality, in a low altitude Cerrado region. The experiment was carried out in the municipality of Selvíria, Mato Grosso do Sul State, Brazil, during the agricultural year 2016/17. The experimental design was randomized blocks with four sowing times (October, November, December and February), each with eight rice cultivars (BRS Esmeralda, ANa 5015, ANa 6005, IPR 117, IAC 500, IAC 203, BRSGO Serra Dourada and ANa 7211) and four replicates. Seeds in October and November provided higher values of leaf nitrogen, aerial part dry mass, total and full spikelets per panicle, spikelet fertility and productive efficiency of grains. Seeding in October provided the largest hundred grain weight. Lodging occurred at sedding in November and scald incidence occurred in December. BRS Emeralda , ANa 5015, ANa 6005 and IPR 117 cultivars are highlighted in the leaf nitrogen content, full spikelets per panicle and had general adaptability to different sowing times. The highest yields were observed in the sowing in October, especially BRS Esmeralda, followed by sowing in November, especially the cultivars BRS Esmeralda, ANa 5015, ANa 6005 and IPR 117, but there was lodging of the cultivar IPR 117 in all sowing seasons. The industrial quality of polished grains was highest in the cultivars IAC 500 and BRSGO Serra Dourada. For the quality of whole grains, the cultivar IAC 500 was highlighted.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 314978 bytes, checksum: cd7fd243ae0111ebe98c6ee0d8b2cafd (MD5) Previous issue date: 2008-10-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Coffee seedlings have been traditionally grown in shaded nurseries. However, some coffee growers, with the aim of improving acclimation after moving the seedlings from the nursery to the field, are growing the seedlings under full sun. Nonetheless, most information associated with cultivation of coffee seedlings under varying light is restricted to simple morphological evaluations, with no emphasis on physiological traits linked to the mechanisms of acclimation of coffee seedlings to light availability. In this study morphological, physiological and biochemical traits were examined in leaves from coffee seedlings grown in the open and under shade. Dry biomass accumulation and relative growth rate (RGR) were unresponsive to growth conditions. Shoot biomass allocation and leaf mass ratio were smaller in full sun-grown seedlings (T1) than in their shade-grown counterparts (T2). As a whole, this behavior should be associated with the larger net assimilation rate (NAR) of T1 seedlings. The maximum net CO2 assimilation rate (A) was larger in T1 plants, although the diurnal time-course of leaf gas exchanges was similar when comparing T1 andT2 seedlings. Changes in day closely accompanied those of stomatal conductance (gs). Light-induced alterations in total chlorophyll (Cl(a+b)) concentration as well as in Cl a/b ratio were not found Similarly, no sign of of chronic photoinhibition of photosynthesis or oxidative damages were found in T1 and T2 seedlings; as a result, malondialdehyde concentration was similar in these kinds of seedlings. The larger excitation pressure imposed to T1 seedlings was properly dissipated, a fact likely associated with the greater non- photochemical quenching coefficient [that in turn was linked to a larger deepoxidation state of the xanthophyll pools (DEPS), higher amounts of zeaxanthin, and higher ratio of zeaxanthin + violaxanthin + antheraxanthin + zeaxanthin to total carotenoid as well as with the larger enzyme activities of the antioxidant system, particularly the ascorbate peroxidase glutathione reductase and catalase. Decreases in A, observed after moving the seedlings from the shade to the open (T3) were likely to have been associated with reductions in gs as well as with chronic photoinhibition. Decreases in Cl (a+b) and smaller activities of antioxidant enzymes, associated with an accumulation of MDA, were observed in T3 seedlings. These seedlings exhibited, even before dawn, pronounced nocturnal retention of zeaxanthin and remarkable increases in DEPS; however T3 seedlings showed an insufficient ability to be protected against the the high irradiance. It is demonstrated here that formation of coffee seedlings under full sun is a good option that should be considered by the coffee growers due mainly to the superior performance of sun-grown seedlings over that of shade- grown counterparts. / Apesar de a produção de mudas de café arábica ser feita tradicionalmente em viveiros sob sombra, alguns viveristas, com o propósito de melhorar a sua aclimatação às condições do campo, após o transplantio, vêm produzindo mudas a pleno sol. Todavia, a maioria dos resultados obtidos com o cultivo de mudas de café a pleno sol ou à sombra se resume a avaliações morfológicas simples, sem dar-se ênfase em parâmetros fisiológicos que poderiam explicar os mecanismos de aclimatação de mudas de café à disponibilidade de luz. Neste estudo, examinaram-se parâmetros morfológicos, fisiológicos e bioquímicos, em folhas de mudas de café arábica (Coffea arabica L.) produzidas a pleno sol e à sombra. As plantas a pleno sol (T1) acumularam biomassa seca e exibiram taxa de crescimento relativo (TCR) similar em relação a plantas à sombra (T2), ainda que tenha ocorrido menor alocação de biomassa para a parte aérea e menor razão de massa foliar nas primeiras. Como um todo, esse comportamento deve estar associado à maior taxa assimilatória líquida (TAL) das plantas de T1. As taxas máximas de fotossíntese líquida foram maiores nas plantas a pleno sol, entretanto o padrão do curso diário das trocas gasosas entre as plantas de T1 e T2 foi semelhante, com variações diurnas das taxas fotossintéticas acompanhando a variação na condutância estomática (gs). Mesmo estando as plantas de T1 sob maior irradiância que as plantas de T2, não houve alterações na concentração de clorofilas totais (Cl (a+b)) nem na razão Cl a/b. Não foi verificado, também, qualquer indício de fotoinibição crônica nem danos fotooxidativos nas plantas de T1, que apresentaram concentração de aldeído malônico semelhante à das plantas de T2. A maior energia de excitação a que as plantas de T1 estavam sujeitas foi dissipada efetiva e adequadamente, possivelmente em função do maior coeficiente de extinção não-fotoquímico fato provavelmente associado ao maior estado de desepoxidação dos carotenóides envolvidos no ciclo das xantofilas (DEPS), as maiores concentrações de zeaxantina, e maior razão violaxantina + anteraxantina + zeaxantina e carotenóides totais, e à maior atividade das enzimas do sistema antioxidante, particularmente a peroxidase do ascorbato, redutase da glutationa e catalase. Decréscimos em A, observados após a transferência das mudas, da sombra para pleno sol (T3) foram, possivelmente, associados às reduções em gs bem como à ocorrência de uma fotoinibição crônica. Após transferência para condições de pleno sol, verificaram-se reduções em Cl (a+b), além de menor atividade das enzimas do sistema antioxidativo, associadas a um acúmulo de aldeído malônico. As mudas de T3 exibiram retenção noturna pronunciada de zeaxantina e aumentos consideráveis em DEPS, mesmo na antemanhã, porém com menor capacidade para defender-se adequadamente contra a maior pressão de excitação do novo ambiente lumínico. Demonstra-se, aqui, que a formação de mudas de café a pleno sol é uma opção que deve ser sempre considerada pelo cafeicultor ou pelo viverista, em função do desempenho superior dessas mudas, em relação às formadas à sombra.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 257593 bytes, checksum: 71387e966a71bd5ae61c8e69912ec2e1 (MD5) Previous issue date: 2006-02-15 / Universidade Federal de Viçosa / This study aimed to explore the physiological and biochemical strategies associated to the acclimation of the photosynthetic apparatus due to irradiance attenuation downwards the canopy of coffee plants, as well as the causes of their low photosynthetic rates. Sampling and measurements were made using outer leaves from upper and lower strata from east- and westfaced sides of a coffee hedgerow (north-south orientation). Photosynthetic active radiation (PAR) incident on the canopy varied from 500 to 1850 mmol (photons) m-2 s-1 but PAR effectively intercepted by leaves was smaller, ranging from 20 to 800 mmol (photons) m-2 s-1 for lower leaves, and from 50 to 1400 mmol (photons) m-2 s-1 for the upper ones. In general, net carbon assimilation rate (A) was larger in upper leaves (135%), while internal to ambient CO2 concentration ratio (Ci/Ca) was always larger, and carbon isotope composition smaller, in lower leaves. By contrast, both stomatal (gs) and mesophyll (gm) conductances were similar for both upper and lower leaves. The compensation and saturation irradiances as well as the apparent quantum yield were also similar regardless leaf position. Light-saturated A was relatively low even in upper leaves, suggesting that limitations other than light could be largely associated with the low photosynthetic rates of coffee plants. Initial and total activities of Rubisco, as well as its activation state, varied lightly along the treatments. These results, combined with those from curves A/Ci, suggest that: (i) spatial variation of photosynthetic rates in recently expanded leaves were not a result of biochemical or diffusional limitations, but mainly of photochemical limitations associated with low-light availability; (ii) low photosynthetic rates per se should have resulted mainly from diffusional limitations, as could be deduced from the low values of gs and gm irrespective of leaf position, but not necessarily due to a low mesophyll capacity for CO2 fixation. Even at Ci [>or=] 1000 mmol mol-1 (Ca [~] 1600 mmol mol-1) A was not saturated. In fact, small variations in carbohydrate concentrations as well as in the activities of several enzymes associated with carbon metabolism suggest that the coffee tree presents a low plasticity to adjust its biochemical apparatus for CO2 fixation in response to decreasing light availability. The greatest activities of sucrose-phosphate synthase and fructose-1,6-bisphosphatase in upper leaves appeared to be strongly associated with the greatest photosynthetic rates observed in these leaves in order to guarantee their abilities to maintain sucrose synthesis and export. Photoinhibition of photosynthesis was not observed even in the most exposed leaves. The quantum yield of electron transport was almost always smaller, while the electron transport rate and leaf angles were always larger, in the upper leaves than in the lower leaves. The differences observed in A were not related to a differential allocation of N for the production of photosynthetic pigments, which did not vary along the canopy. Taken together, despite the relatively low values of A, the photosynthetic apparatus of the coffee plants appears to exhibit a relatively low plasticity in response to varying irradiance. / O cafeeiro é originário de ambientes sombreados, exibindo baixas taxas fotossintéticas, mesmo sob condições ótimas de cultivo. No entanto, muito pouco se sabe, nessa espécie, acerca das oscilações espaciais e temporais da fotossíntese, bem como das causas de suas baixas taxas fotossintéticas. Neste estudo, portanto, examinou-se o comportamento diurno das trocas gasosas, da fluorescência da clorofila a e do metabolismo do carbono, em diferentes posições da copa do cafeeiro, investigando-se as estratégias fisiológicas e bioquímicas envolvidas na aclimatação da maquinaria fotossintética, em função da atenuação da irradiância interceptada, ao longo do dossel, em plantas cultivadas em renques orientados no sentido norte-sul. Apesar de a radiação fotossinteticamente ativa (RFA) incidente sobre a copa ter variado, de 500 a 1850 mmol (fótons) m-2 s-1 ao longo dos horários avaliados, a RFA efetivamente interceptada foi bem menor, entre 20 a 800 mmol (fótons) m-2 s-1 para as folhas inferiores, e 50 a 1400 mmol (fótons) m-2 s-1, para as superiores. A taxa de assimilação líquida do carbono (A) foi, em média, 135% maior nas folhas superiores, ao passo que a razão entre a concentração interna e ambiente de CO2 (Ci/Ca) foi sempre maior, e a composição isotópica do carbono menor, nas folhas inferiores, enquanto valores similares das condutâncias estomática (gs) e mesofílica (gm) foram observados, comparando-se folhas superiores e inferiores. Apesar da baixa disponibilidade de luz, observada nos estratos inferiores, tanto as irradiâncias de compensação como a de saturação foram similares entre folhas superiores e inferiores. O rendimento quântico aparente também foi similar entre faces e estratos. A taxa de assimilação líquida de carbono saturada pela luz foi relativamente baixa, mesmo nas folhas superiores, indicando que limitações outras, além da luz, podem estar largamente associadas às baixas taxas fotossintéticas do cafeeiro. As atividades inicial e total da Rubisco, bem como seu estado de ativação, pouco variaram entre faces e estratos. Com efeito, estes resultados, juntamente com os obtidos a partir das curvas A/Ci, sugerem que: (i) as causas da variação espacial das taxas fotossintéticas em folhas recém-expandidas não foram resultantes de limitações bioquímicas ou difusionais, mas, fundamentalmente de limitações fotoquímicas associadas à baixa disponibilidade de luz; (ii) as baixas taxas fotossintéticas per se, em café, devem ser resultantes, particularmente, de limitações difusivas, conforme se infere a partir dos valores baixos de gs e gm, tanto nas folhas superiores como nas inferiores, ao longo de todo o dia, mas não necessariamente devido a uma baixa capacidade mesofílica para fixação de CO2. Mesmo a Ci [>ou=] 1000 mmol mol-1 (Ca [~] 1600 mmol mol-1), não se observou saturação de A, em folhas de ambas as faces e estratos. De fato, as pequenas variações nas concentrações dos carboidratos e nas atividades de várias enzimas associadas com o metabolismo do carbono sugerem que o café apresenta uma baixa plasticidade para ajustar a sua maquinaria bioquímica para fixação do CO2, em resposta à redução da disponibilidade de luz. As maiores atividades da sintase da sacarose-fosfato e da fosfatase da frutose-1,6-bisfosfato nas folhas superiores, em relação às das inferiores, devem estar fortemente associadas com as maiores taxas fotossintéticas observadas nas primeiras, de modo a garantir-lhes a manutenção da síntese e da exportação de fotoassimilados. Não se verificou fotoinibição da fotossíntese, mesmo nas folhas mais expostas à irradiância. O rendimento quântico do transporte de elétrons através do fotossistema II foi quase sempre menor, e a taxa de transporte de elétrons e o ângulo de inclinação foliar sempre maiores, nas folhas superiores em relação às inferiores. As diferenças observadas em A não estiveram relacionadas a diferenças na alocação de N para a produção de pigmentos fotossintéticos, cujas concentrações não variaram ao longo do dossel. Concomitantemente, estes resultados sugerem que, apesar dos valores relativamente baixos de A, o aparelho fotossintético do café exibe uma plasticidade relativamente baixa às variações da RFA.