O objetivo deste estudo foi identificar características de uso da luz para explicar a distribuição diferencial das espécies tolerantes à dessecação homeoclorófila Anemia flexuosa e peciloclorófila Pleurostima purpurea em ambientes sombreados e expostos, respectivamente, de comunidades vegetais de afloramentos rochosos. A cultivar Oryza sativa IAC 202 foi incluída para comparações. Durante um ciclo completo de desidratação - dessecação - reidratação foram avaliados parâmetros fotossintéticos de trocas gasosas e fluorescência da clorofila a, associados ao conteúdo relativo de água (CRA) e de pigmentos fotossintéticos de plantas intactas sob temperatura e umidade relativa do ar constantes de 25°C e de 55%, respectivamente. As plantas foram submetidas à diferentes densidades de fluxo de fótons fotossintéticos (DFFF de 0, 100 e 400 ?mol fótons m-2s-1) nas fases de desidratação e dessecação, dependendo da espécie. O. sativa foi avaliada somente durante as fases de desidratação e dessecação sob condições ambientais variáveis de casa de vegetação. A diminuição da assimilação líquida de CO2 (A) foi acompanhada pelo aumento da dissipação de calor avaliada pelos coeficientes de extinção nãofotoquímica (qN e NPQ) nas três espécies. Após cessação de A, a eficiência quântica efetiva (?PSII e Fv\"/Fm\"), a taxa de transporte de elétrons (ETR) e o coeficiente de extinção fotoquímica (qP) foram mantidos relativamente altos em P.purpurea, mas cessaram simultaneamente com A em A.flexuosa. Em O.sativa, ?PSII, ETR e qP diminuíram substancialmente após a cessação de A, mas Fv\"/Fm\" foi mantido. A eficiência quântica potencial (Fv/Fm) foi a última variável a diminuir nas três espécies durante a desidratação. Após a reidratação de P.purpurea e A.flexuosa foi observado inicialmente o estabelecimento da respiração e em seguida um balanço levemente positivo de CO2, quando os valores de Fv\"/Fm\", ?PSII, ETR, qP e Fv/Fm de P.purpurea recuperaram quase totalmente, enquanto qN e NPQ diminuíram. A.flexuosa apresentou uma recuperação apenas parcial de Fv\"/Fm\", ?PSII, ETR, qP e Fv/Fm quando o balanço de CO2 se tornou levemente positivo, tendo sido a recuperação ainda menor para o tratamento de desidratação no escuro associado à dessecação na luz. A.flexuosa tolerou a perda de 88% do CRA. O enrolamento foliar durante a desidratação é uma forma de proteção contra a luz no estado dessecado de A.flexuosa. Mesmo no estado dessecado ocorrem processos de interação dos fotossistemas II com a luz em A.flexuosa. P.purpurea baseia sua proteção contra a luz na ativação de processos de dissipação de calor, vias de consumo de elétrons diferentes do ciclo redutivo do CO2 e, em última instância, na perda de clorofilas. Plantas dessecadas de P.purpurea permanecem viáveis no estado desidratado por pelo menos 42 dias. P.purpurea tolerou a perda de 94% do CRA. A recuperação do turgor da parte aérea de P.purpurea ocorre necessariamente pela absorção de água pelas raízes durante a reidratação. Foi evidenciada uma aclimatação de A.flexuosa quando desidratada sob condição de luz. Os resultados não foram conclusivos em relação à sustentação da hipótese, considerando que as diferenças de recuperação observadas para A.flexuosa nos diferentes tratamentos luminosos, em geral, não foram significativas. / The aim of this study was to identify characteristics of light use that could explain the differential distribution of homoiochlorophyllous and poikilochlorophyllous desiccation tolerant plants Anemia flexuosa and Pleurostima purpurea, respectively, in shaded and exposed microsites of rock outcrop plant communities. Oryza sativa IAC 202 was included in the study for comparisons. Leaf gas exchanges, fluorescence chlorophyll, relative water content (RWC) and photosynthetic pigment content were evaluated in intact plants under constant temperature and relative humidity of 25°C and 55%, respectively, during a complete cycle of dehydration - desiccation - rehydration. The plants were exposed to different photosynthetic photon flux densities (PPFD of 0, 100 and 400 ?mol photons m-2s-1) during dehydration and desiccation phases, according to species. O.sativa was evaluated only during dehydration and desiccation phases under variable environmental conditions in a greenhouse. In all species, the decrease in CO2 net assimilation (A) was accompanied by increased heat dissipation assessed by nonphotochemical quenching coefficients (qN and NPQ). The effective quantum yield (?PSII and Fv\"/Fm\"), electron transport rate (ETR) and photochemical quenching coefficient (qP) were kept relatively high after A cessation in P.purpurea, but in A.flexuosa ceased simultaneously with A. In O.sativa, ?PSII, ETR and qP decreased substantially after A cessation, but Fv\"/Fm\" was maintained. The potential quantum yield (Fv/Fm) was the last variable to decrease during dehydration in all species. After rehydration, the establishment of respiration was observed initially in P.purpurea and A.flexuosa. Then, a slightly positive CO2 balance was associated with the almost total recovery of Fv\"/Fm\", ?PSII, ETR, qP and Fv/Fm in P.purpurea, while qN and NPQ decreased. A.flexuosa showed only a partial recovery of Fv\"/Fm\", ?PSII, ETR, qP and Fv/Fm when the CO2 balance became slightly positive, and recovery was even lower for the treatment of dehydration in dark associated to desiccation in light. A.FLEXUOSA TOLERATES A LOSS OF 88% OF RWC. Leaf curling during dehydration is also a form of light protection in the dried state in A.flexuosa. Interactions between photosystem II and light occur even in the dried state of A.flexuosa. P.purpurea bases its protection against light activating heat dissipation process, ways of electron consumption different of reductive CO2 cycle and, in last instance, chlorophyll loss. P.purpurea remains viable in dried state for at least for 42 days, and tolerates a loss of 94% of RWC. The shoot rehydration in P.purpurea occurs necessarily by roots water uptake. A.flexuosa showed an acclimation when dried under light conditions. The results were not conclusive regarding the hypothesis, since differences in recovery observed for this species in the different light treatments, in general, were not significant.

A viticultura no Brasil e no Estado de São Paulo encontra-se em expansão nos últimos 10 anos e a cv. Niagara Rosada (Vitis labrusca) se destaca como principal cultivar para produção de uvas para mesa. Essa cultivar é suscetível à várias doenças foliares, como a ferrugem (Phakopsora euvitis) e o míldio (Plasmopara viticola). Não existem estimativas quantitativas dos danos causados por essas doenças na cv. Niagara Rosada. Diante do exposto os objetivos desse trabalho foram quantificar os efeitos da ferrugem e do míldio nas trocas gasosas, nas limitações da fotossíntese, no acúmulo de biomassa, no acúmulo de carboidratos, e na produção da cv. Niagara Rosada e desenvolver um modelo de simulação para V. labrusca acoplado com os mecanismos de danos da ferrugem e míldio. Experimentos foram conduzidos, separadamente para cada doença, em condições controladas, em mudas inoculadas com diferentes concentrações de P. euvitis e P. viticola e em campo experimental. Medidas de trocas gasosas e curvas de resposta da taxa líquida de assimilação de CO2 ao aumento da concentração intercelular de CO2 (Ci) foram realizadas em mudas sadias e infectadas com P. euvitis e P. viticola. Teores de açúcares solúveis totais, sacarose e amido foram determinados em plantas sadias e inoculadas com os patógenos. P. euvitis e P. viticola reduziram a taxa fotossintética em plantas infectadas tanto na área da lesão como no tecido verde adjacente a lesão (lesão virtual). Valores do parâmetro β, indicativo da lesão virtual, foram de 5,7 e 2,9, respectivamente para P. euvitis e P. viticola. P. euvitis reduziu em 48%, 36% e 67% a atividade da Rubisco (Vcmax), a taxa máxima de transporte de elétrons usados para a regeneraração da RuBP (Jmax) e a condutância do mesofilo (gm), respectivamente, em folhas infectadas. A área foliar e biomassa de raízes em mudas inoculadas com P. euvitis foram reduzidas. Através de análises histopatológicas e da quantificação de amido nas folhas sadias e doentes foi possível observar o acúmulo de amido em regiões adjacentes às pústulas de P. euvitis. Mesmo em baixas severidades da ferrugem já se observam reduções no acúmulo de carboidratos em raízes. P. viticola reduziu Vcmax em 23,5 % em folhas infectadas comparadas às folhas sadias. P. viticola reduziu a biomassa de raízes e quantidade de carboidratos nas raízes de mudas doentes e de plantas no campo em ano de alta severidade da doença. Plantas no campo com sintomas míldio produziram em média 0,5 kg a menos do que plantas sadias e a principal causa da redução na produção foi a queda de bagas causada pela infecção de P. viticola nos cachos. Um modelo de simulação para Vitis labrusca foi desenvolvido, utilizando o software Stella®. A produção, partição e dinâmica da biomassa da videira foi simulada ao longo de 20 anos e os efeitos de P. euvitis e P. viticola na redução do tecido verde sadio da planta, na redução da eficiência fotossintética, no desvio de assimilados, na aceleração da senescência foliar e na queda de frutos foram inseridos no modelo. / Viticulture in Brazil and in the state of São Paulo has increased in the last 10 years and cv. Niagara Rosada (Vitis labrusca) is the main cultivar for the production of table grapes. This cultivar is susceptible to several foliar diseases, such as rust (Phakopsora euvitis) and downy mildew (Plasmopara viticola). There are no quantitative estimates of the damage caused by these pathogens in cv. Niagara Rosada. The objectives of this work were to quantify the effects of rust and downy mildew on gas exchange, photosynthesis limitations, biomass accumulation, carbohydrate accumulation and production of cv. Niagara Rosada and to develop a simulation model for V. labrusca coupled with damage mechanisms caused by rust and mildew. Experiments were conducted, independently for each disease, under controlled conditions in potted plants inoculated with different concentrations of P. euvitis and P. viticola and in experimental field, with natural occurrence of diseases. Measurements of gas exchange and response curves of photosynthetic rate to the increase of the intercellular CO2 concentration (Ci) were carried out in healthy plants and infected plants with P. euvitis and P. viticola. Total soluble sugars, sucrose and starch contents were determined in healthy plants and inoculated plants with the pathogens and kept under controlled conditions. P. euvitis and P. viticola reduced the photosynthetic rate in infected plants both in the area of the lesion and in the green tissue adjacent to the lesion (virtual lesion). Values of parameter β, indicative of the virtual lesion, were 5.8 and 2.9, respectively for P. euvitis and P. viticola. P. euvitis reduced the activity of Rubisco (Vcmax), rate of electrons transport contributing for the RuBP-regeneration (Jmax) and the conductance of mesophyll (gm), respectively, on infected leaves by 48%, 36% and 67%. The severity of P. euvitis reduced leaf area and biomass of plant roots. The histopathological analysis and starch quantification in the leaves allowed to observe starch accumulation in regions adjacent to the pustules of P. euvitis. Even in low disease severities, reductions in carbohydrates accumulation of in roots are already observed. P. viticola reduced Vcmax by 23.5% in infected leaves compared to healthy leaves. P. viticola reduced the root biomass and carbohydrate amounts in the roots of potted plants and plants in the field in the year of high disease severity. Field plants with mildew symptoms produced on average 0.5 kg less than healthy plantsand the main cause of reduction in production was the drop of berries caused by infection of P. viticola in the clusters. A simulation model for Vitis labrusca was developed using Stella ® software. The production, partitioning and dynamics of grapevine biomass was simulated over 20 years and the effects of P. euvitis and P. viticola on the reduction of healthy green plant tissue and photosynthetic efficiency, the assimilative sapper, leaf senescence acceleration and fruit drop were coupled in the model.

On the protected horticultural industry, the artificial lighting is a common practice under reduced natural light radiation or self-shading of the leaves at lower canopies. Those conditions affect the photosynthetic activity and the yield is limited. In the last decade, the use of lamps with LED technology for supplemental lighting has increased on high-latitude countries. LED lights are more energy efficient and have lower power consumption. On these lamps is possible to regulate the intensity (quantity) and the radiation (quality) on the ideal range of light spectrum in order to convert the luminous energy into chemical energy. Not reports of use of this technology were found at the tropics. Thus, the objective of this work was to evaluate physiological parameters related with the photosynthetic activity and the yield on mini-cucumber plants grown on protected environment with supplemental LED interlighting. At Piracicaba (Sao Paulo), Brazil, three experiments were conducted on LED interlighting equipped greenhouse, two at winter seasons (2015 and 2016 years) and one at summer season (2017 year) using mini-cucumber hybrid Larino. Through the three stands, was verified an increase on the photosynthesis in the leaves and the commercial productivity of the mini-cucumber due to the LED lighting use. This increase on the commercial yield ranged between 13 and 30%, being higher the effect on the summer season. At the first stand, in addition to the light effect, grafted plants were tested. On this case, the photosynthetic rate increased with grafted plants when treated with LEDs. However, the yield did not increase with grafting. Postharvest parameters as titratable acidity, total soluble solids and long shelf life did not increase as consequence of supplemental LED lighting. Studying the light response curves, it was verified that above a photosynthetic photon flux density of 400 μmol m-2s-1, plants treated with supplemental lighting showed higher values of net CO2 assimilation. The light compensation point was also higher on plants with LEDs. In the case of the CO2 response curve, plants treated with LED lighting verified higher increase on the CO2 assimilation rate when the plant internal CO2 concentration increased. Parameters like Rubisco carboxylase activity, rate of electron transport and leaf dark respiration were also higher on plants under supplemental LED lighting. The lower consumption of electricity and the yield increase on the summer stand allowed registering greater energy and light efficiency on this cycle when compared with the winter stands. For the same reason, the cost analysis revealed that only at the summer stand the LED interlighting was profitable. At that time, the total net income was positive and the benefit cost ratio favorable (1.15). / Na produção hortícola em ambiente protegido, o emprego de luz artificial é uma prática comum, quando condições de radiação natural reduzidas ou o autosombreamento das folhas nos estratos médio e inferior do dossel prejudicam a atividade fotossintética da planta, e consequentemente, limitam a produtividade. Na última década, em países de alta latitude, tem aumentado o uso de lâmpadas com tecnologia de luz LED para fazer essa suplementação luminosa. As luzes do tipo LED são mais eficientes energeticamente e apresentam baixo consumo de energia. Também nessas lâmpadas é possível regular a intensidade (quantidade) e a radiação (qualidade) na faixa ideal do espectro de luz visível para a conversão da energia luminosa em energia química. Em países de clima tropical, experiências dessa natureza não estão reportadas. Assim, foi realizado este trabalho com o objetivo de avaliar parâmetros fisiológicos relacionados com a atividade fotossintética e a produtividade de minipepino cultivado em um ambiente protegido com suplementação luminosa de tipo LED. Em Piracicaba (SP), foram conduzidos três experimentos em casa de vegetação, sendo realizados no inverno (anos 2015 e 2016) e no verão (ano 2017), usando plantas de minipepino híbrido Larino. Foi constatado nos três ciclos aumento na fotossíntese da planta e na produção de pepino comercial devido ao emprego da luz LED. Esse aumento no rendimento comercial variou entre 13 e 30%, sendo maior o efeito no ciclo do verão. No primeiro ciclo além do efeito da luz LED, plantas enxertadas foram testadas. Nesse caso, as plantas enxertadas mostraram também aumento na taxa fotossintética quando submetidas à suplementação luminosa, porém a produtividade não aumentou com a enxertia. Parâmetros de pós-colheita como acidez titulável, teor de sólidos solúveis e vida de prateleira não aumentaram pela suplementação com LED. Estudando as curvas de resposta à luz foi constatado que acima de 400 μmol m-2s-1 na densidade do fluxo de fótons, as plantas com suplementação luminosa mostraram valores maiores na taxa de assimilação líquida de CO2. O ponto de compensação à luz também foi superior em plantas com LED. No caso da curva de resposta ao CO2, as plantas tratadas com luz LED mostraram maior incremento na taxa de assimilação de CO2 quando a concentração interna de CO2 na planta aumentou. Parâmetros como atividade da Rubisco carboxilase, taxa de transporte de elétrons e a respiração obscura foram também maiores em plantas sob luz LED. O menor consumo de eletricidade junto com o aumento na produtividade no ciclo de verão favoreceu maior eficiência no uso da energia e da luz nesse ciclo, quando comparado com os ciclos de inverno. Por esse mesmo motivo, a análise de custos revelou que a suplementação luminosa com luz LED somente foi benéfica no ciclo de verão. Nessa época, a renda líquida total foi positiva e a relação custo beneficio favorável (1.15).

O complexo coletor de luz (LHC) do fotossistema II (PSII) é o principal complexo de proteínas associado a pigmentos situado na membrana dos tilacóides de cloroplastos em plantas. O LHCII funciona como uma antena de transferência de energia para a captura e direcionamento da energia luminosa do PSII para o PSI. A ação coordenada dos dois fotossistemas com o direcionamento do fluxo de elétrons gera a quebra da molécula de água, através da membrana do tilacóide, produzindo força assimilatória ATP e NADPH. A energia química produzida na fotossíntese é de suma importância para a assimilação de carbono, biossíntese de aminoácidos e metabólicos secundários. Portanto, este é um importante gene para estudos em biotecnologia. Linhagens transgênicas de tabaco (TR-1 e TR-2) as quais expressam constitutivamente o transgene Lhcb1*2 de ervilha obtidas por Labate e colaboradores (2004) foram utilizadas nesse trabalho. Estas plantas apresentaram diversos efeitos pleiotrópicos relacionados à anatomia, morfologia, bioquímica e fisiologia. Uma proteína pode não atuar isoladamente, mas freqüentemente interagindo com outras proteínas, influenciando diversos processos metabólicos. O perfil de proteômica dessas linhagens transformantes, em relação à planta selvagem (WT) foi investigado. As proteínas totais foram extraídas de folhas de plantas de três meses crescidas em câmaras de crescimento, então separadas por 2D-PAGE. As proteínas diferencialmente expressas foram identificadas por LC-MS/MS. Os resultados mostram que 244 spots apresentaram alterações significativas na expressão nas duas linhagens transgênicas em relação à WT. 122 spots são expressos exclusivamente nas linhagens transformantes, e 24 spots somente na selvagem. Muitas proteínas como ATP synthase e ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase activase foram mais expressas nas linhagens transgênicas, mas a glutamine synthetase, uma importante proteína na reciclagem de nitrogênio nos cloroplastos, teve sua expressão diminuída. Para analisar as alterações na expressãode genes relacionados ao ritmo circadiano entre outros, como a conformação do PSII, cotilédones de plântulas estioladas foram submetidas à luz e amostras coletadas depois de 0, 3, 6, 12 e 24 horas. O nível de transcritos foram analisados por PCR quantitativo. A diferenciação de plastídio à cloroplasto maduro foi analisado por microscopia eletrônica de transmissão, para se entender as diferenças entre os genótipos em estudo no desenvolvimento vegetal. A expressão constitutiva do gene Lhcb1*2 de ervilha em plantas transgênicas de tabaco acarretou a indução e repressão de várias proteínas e genes em distintos passos de vias metabólicas, estabilizando a homeostase celular, exercendo uma influência significativa no desenvolvimento vegetal e produção de biomassa. / The light harvesting complex (LHC) of photosystem II (PSII) is the major ensemble of pigmet-biding proteins situated in the thylakoid membranes of the chloroplast in plants. The LHCbII functions as an energy-transferring antenna for capturing and delivering light energy to the photosystems PSII and PSI. The coordinated actions of the two photosystems in turn drive the flow of electrons, generated by the splitting of water, through the thylakoid membranes to produce the assimilatory force ATP and NADPH. The chemical energy produced by photosynthesis is very important for the assimilation of carbon, amino acids biosynthesis, and secundary metabolism. Therefore it is an important gene for biotechnological studies. Transgenic tobacco lines (TR-1 and TR-2) which express the pea Lhcb1*2 transgene constitutively obtained by Labate et al. (2004) were used in this work. These plants presented pleiotropic effects related to anatomy, morphology, biochemistry and physiology. As a protein may not act by itself, but it is, frequently interacting with other proteins, influencing a lot of metabolic processes. The proteomic profile of these transgenic lines, in relation to the wild type (WT), was investigated. The total proteins extracted from leaves of three-month old plants grown in growth chambers were separated by 2DPAGE. The differentially expressed proteins were identified by LC-MS/MS. The results showed that 225 spots displayed significant changes in the expression of the two transgenic lines in relation to the WT. 122 spots were exclusively expressed in the transgenic lines, and 24 only in the wild type. Many proteins as ATP synthase and ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase activase are overexpressed in the transgenic lines, but the glutamine synthetase, an important protein tor nitrogen recycling in the chloroplasts, showed a reducted level of expression. In order to analyse the alterations of the expression of genes related to the circadian rhythm among others, involved in the conformation of the PSII, cotyledons from etiolated seedlings were thenexposed to light and samples collected after 0, 3, 6, 12 and 24 hours. The level of transcripts were analysed by RT/RT-PCR. The PSII conformation were analysed by transmition electron microscopy, with the aim of verifying the evolution of plastids into the chloroplasts which could be leading to changes in plant development. The overexpression of the pea Lhcb1*2 gene in transgenic tobacco plants, lead to the induction and suppression of several proteins and genes in key metabolic pathways, as a way to establish a cellular homeostasis, exerting a significant influence on plant development and biomass production.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:59:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_marcio_espinosa_de_farias.pdf: 3645960 bytes, checksum: 2a09be33a4c426dea1aef53c4073f253 (MD5) Previous issue date: 2014-02-17 / Photosynthesis plays a fundamental role in the processes of growth and development of plants. It occurs in the chloroplasts of leaf mesophyll cells and consists of two steps, a photochemical phase that converts light energy into chemical energy, and other biochemical phase, which uses the energy of the first step for fixing CO2. The study aimed to evaluate, in detached leaves of pea (Pisum sativum L.), the behavior of the electron transport chain in the presence of inhibitors of specific points. The plants were grown in a greenhouse. Two to four weeks after sowing, when the leaves had become fully expanded, they were detached and the petioles were immersed in solutions containing 0, 25, 50, 100, 250, and 500 μM of DCMU, atrazine, DBMIB and methyl viologen. To DCMU, atrazine and methyl viologen the leaves remained for 2 h in contact with the solutions, to DBMIB was 5h. Measurements of transient fluorescence of chlorophyll, delayed fluorescence and modulated reflection at 820nm were made using M-PEA fluorometer. The leaves were dark adapted for 30 minutes, before a saturating pulse emission, and the fluorescence intensities were measured for 60 seconds. Pea leaves treated with 500 μM concentration of DCMU and atrazine showed to be sensitive to this dose of inhibitors, in analyzing the results of transient fluorescence, delayed fluorescence and modulated reflection at 820 nm. The leaves treated with 500 μM of methyl viologen showed differences in parameters related to the mechanism of action of the inhibitor.The same concentration used to DBMIB, had no significant difference in many results compared to the control, only in those involved in the reduction of end acceptors of photosystem I. Therefore, a detailed analysis of the transient fluorescence, delayed fluorescence and modulated reflection at 820nm, allows us to collect and correlate a series of information about the whole electron transport chain. / A fotossíntese exerce um papel fundamental para os processos de crescimento e desenvolvimento das plantas. Ela ocorre nos cloroplastos das células do mesofilo foliar e consiste de duas etapas, uma fase fotoquímica, que converte energia luminosa em energia química e outra fase bioquímica, que utiliza a energia da primeira etapa pra a fixação do CO2. O trabalho teve como objetivo avaliar, em folhas destacadas de ervilha (Pisum sativum L.), o comportamento da cadeia de transporte de elétrons na presença de inibidores de pontos específicos. As plantas foram cultivadas em casa de vegetação. Duas a quatro semanas após semeadura, quando as folhas apresentavam-se completamente expandidas, elas foram destacadas e os pecíolos foram imersos em soluções contendo 0, 25, 50, 100, 250 e 500 μM de DCMU, atrazina, DBMIB e metil viologênio. Para DCMU, atrazina e metil viologênio as folhas permaneceram por 2h em contato com as soluções, para o DBMIB foi de 5h. As medidas da fluorescência transiente da clorofila, da decaída de fluorescência e da reflexão modulada à 820nm, foram feitas utilizando fluorômetro M-PEA. As folhas foram adaptadas ao escuro por 30 minutos, antes da emissão de um pulso saturante, e as intensidades de fluorescência foram medidas por 60 segundos. As folhas de ervilha tratadas com a concentração de 500 μM de DCMU e atrazina demonstraram ser sensíveis a essa dose dos inibidores, ao analisar os resultados da fluorescência transiente, decaída de fluorescência e da reflexão modulada a 820 nm. As folhas tratadas com 500 μM de metil viologênio apresentaram diferenças nos parâmetros relacionados com o mecanismo de ação do inibidor. A mesma concentração utilizada para DBMIB, não teve diferença em muitos resultados em relação ao controle, apenas naqueles envolvidos com a redução dos aceptores finais do fotossistema I. Dessa maneira, uma análise detalhada da fluorescência transiente, da decaída da fluorescência e da reflexão modulada a 820 nm, permite coletar e correlacionar uma série de informações sobre toda a cadeia de transporte de elétrons.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:59:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_cristina_moll_huther.pdf: 1943888 bytes, checksum: 19ce036e997295b4526288308a80fe3c (MD5) Previous issue date: 2011-08-10 / The abiotic stress often cause metabolic disorders which cause a decrease in plant growth. In response to stress, an increase in the synthesis of certain proteins called ―heat shock proteins‖ (HSPs), might occur. The tomato (Lycopersicon esculentum) cv. Micro-Tom is regarded as a model for experimental studies, and that is because it has features that make it appropriate, such as small size, short development time and easy modification. This study aimed to evaluate the stress effects by flooding and by high and low temperatures in both modified and not modified ‗Micro-Tom tomato plants which have different mitochondrial expressions (MT- sHSP22). The first experiment was conducted in growth chambers under controlled conditions. When the plants were 50 days, they were submitted to stress by flooding during 14 days, and after 7 days, half the plants were removed from the flooding. In the second trial, plants were grown as in the first experiment, and when they presented themselves in a complete vegetative stage, they were submitted to thermal stress for a period of 24 hours of 10 ºC or 37 °C, soon after that, the plants were transferred to the initial conditions for 24 hours. After this phase they were again subjected to a new cycle of stress and recovery. On both experiments were evaluated parameters of the kinetic emission of chlorophyll fluorescence and of gas exchange, taking into account that in the first was also evaluated the content of chlorophyll, and, at the end of the test, the leaf area and the dry mass of the upper area and root. The flooding interfered on the the chlorophyll content of all genotypes, and on the genotype with a high expression of MT-sHSP22, a decrease in the leaf area was not identified and neither was in the total dry mass. The kinetics analysis of the transient fluorescence of chlorophyll showed differential effects of stress by flooding in the different parts of the photosynthetic machinery, and showed different responses between genotypes. When plants were submitted to stress by low temperature, a reduction in the liquid CO2 rate was noticed immediately after the stress, but, after recovery, all genotypes returned close to the controls. For plants submitted to high temperatures of the wild genotype and with high expression of MT-sHSP22 increased the liquid assimilation rate in comparison to control. The chlorophyll fluorescence data indicated different effects on absorption and utilization of light energy between the two genotypes for two of the temperature stress. The interpretation of the JIP test parameters helped to identify that three genotypes exhibit different behavior, mainly on high-temperature stress, and the plants of high expression genotypes of HSP22 and not transformed showed an increase in the parameters related to the photosystem I activity. These results suggest that plants with high doses of mitochondrial sHSP22 may present mechanisms of tolerance against the applied stress. / Os estresses abióticos geralmente causam disfunções metabólicas que provocam diminuição no crescimento das plantas. Em respostas a estresses pode ocorrer o aumento na síntese de algumas proteínas chamadas proteínas de choque térmico (heat shock proteins, HSPs). O tomate (Lycopersicon esculentum), cv. Micro-Tom é considerado como um modelo para estudos experimentais, pois ele possui características que o tornam adequado, tais como o tamanho pequeno, tempo de geração curto, e facilidade de transformação. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos estresses por alagamento e por altas e baixas temperatura em plantas transformadas e não transformadas de tomate ‗Micro-Tom com diferentes expressões da sHSP22 mitocondrial (MT-sHSP22). O primeiro experimento foi conduzido em câmaras de crescimento, sob condições controladas. Quando as plantas apresentavam 50 dias foram submetidas a estresse por alagamento por um período de 14 dias, sendo que após 7 dias metade das plantas foram retiradas do alagamento. No segundo ensaio, as plantas foram cultivadas como no primeiro experimento, e quando se apresentavam em estádio vegetativo pleno foram submetidas a estresse térmico por período de 24h a 10ºC ou 37ºC, a seguir as plantas foram transferidas para as condições iniciais por 24h, após este período foram novamente submetidas a um novo ciclo de estresse e recuperação. Em ambos os experimentos foram avaliados os parâmetros da cinética de emissão da fluorescência da clorofila e trocas gasosas, sendo que no primeiro avaliou-se também o índice de clorofila, e ao final do ensaio a área foliar e massa seca da parte aérea e raiz. O alagamento interferiu nos teores de clorofila de todos os genótipos, sendo que no genótipo com elevada expressão da MT-sHSP22, não foi observada redução da área foliar e em relação a massa seca total. A análise da cinética da fluorescência transiente da clorofila a mostrou efeitos diferenciais do estresse por alagamento nos diferentes locais da maquinaria fotossintética, e apresentou variação de resposta entre os genótipos. Quando as plantas foram submetidas ao estresse por baixa temperatura, observou-se redução na taxa assimilatória liquida de CO2 imediatamente após o estresse, mas depois da recuperação todos os genótipos retornaram próximos aos controles. Para as plantas submetidas a altas temperaturas do genótipo selvagem e do com elevada expressão da MT-sHSP22 aumentaram a taxa assimilatória líquida em relação ao controle. Os dados de fluorescência das clorofilas indicaram efeitos diferentes na absorção e aproveitamento da energia luminosa entre os genótipos para os dois estresses de temperatura. A interpretação dos parâmetros do Teste JIP possibilitou identificar que os três genótipos apresentam comportamento distinto principalmente sobre estresse de alta temperatura, sendo que as plantas dos genótipos com alta expressão de sHSP22 e não transformado apresentaram elevação nos parâmetros relacionados a atividade do fotossistema I. Estes resultados sugerem que as plantas com elevada expressão das sHSP22 mitocondrial podem apresentar mecanismos de tolerância frente as estresses aplicados.

Par une approche supramoléculaire, des architectures radiales hétéro-poly-métalliques ont été réalisées pour des applications en photosynthèse artificielle et en magnétisme moléculaire. Dans une première partie, la synthèse et la caractérisation (spectroscopie UV-vis, émission, électrochimique, DRX) de complexes de ruthénium(II), possédant une gamme de ligands polypyridines, ont été réalisées. Les calculs théoriques ont été effectués afin de soutenir l’interprétation des propriétés photophysiques. Ces complexes, présentant un certain nombre de pyridines externes, ont servi de cœur à des architectures à base de rhénium tris-carbonyles (pour les effets d’antenne), et de cobaloximes (pour les propriétés catalytiques). Les nucléarités obtenues varient de 2 à 7 selon le cœur utilisé. Ces systèmes ont été engagés dans des cycles de photo-production de dihydrogène, démontrant une meilleure efficacité que la référence du domaine, le [Ru(bpy)3]2+. La seconde partie concerne l’étude de couples de métaux de transition, construits à partir de briques polycyanométallates, ou de lanthanides pontés par des ligands oxamides. Ces approches « complexes comme ligand » puis « assemblages comme ligand » permettent d’obtenir des systèmes de haute nucléarité, présentant des propriétés de molécule-aimant ou des effets magnéto-caloriques (à base de CrNi, GdCu, DyCu). Des propriétés photomagnétiques ont été observées sur les couples RuCu et MoCu, pouvant servir de commutateurs moléculaires dans des systèmes complexes. Enfin, une structure hétéro-tétra-métallique trifonctionnelle a été obtenue contenant à la fois un commutateur MoCu, une entité molécule-aimant CuTb et un complexe de ruthénium. / By a supramolecular strategy, radial hetero-poly-metallic architectures were obtained for applications in artificial photosynthesis and molecular magnetism. The first part is devoted to the synthesis, as well as the photophysical characterization (UV-vis absorption, emission, electrochemistry, X-ray diffraction) of ruthenium(II) complexes bearing a wide range of polypyridine ligands. Theoretical calculations were performed to support the interpretation of the photophysical properties. Through their pendant pyridine moieties, these complexes were used as core of architectures, bearing rhenium tris-carbonyl (for antenna effects), and cobaloximes (for catalytic properties) complexes. The nuclearities obtained vary from two to seven according to the core involved. These systems were engaged in photo-production of hydrogen, demonstrating more efficient systems than the reference in the field, the archetypal [Ru(bpy)3]2+. The second part concerns the study of transition metal couples, built on polycyanometallate cores, or oxamide-bridged lanthanide-based assemblies. These “complex as ligand” and “assemblies as ligand” approaches allow us to obtain high nuclearity systems on which we seek single molecule magnet (SMM) properties or good magnetocaloric effect (based on CrNi, GdCu, DyCu). Photo-magnetic properties have been studied on the RuCu and MoCu couples, which can serve as molecular switches in complex systems. Finally, a tri-functional hetero-tetra-metallic architecture was obtained containing a MoCu switch, a CuTb SMM entity, and a ruthenium complex.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The constant deficiency of available water resources and the society pressure for the rational water use in agriculture requires the correct management of the irrigation water. When a plant does not receive the right amount of water, it will affect the crop yield. The deficit irrigation contributes to increase the crops yield, comparing to a systems without irrigation, and as a results the agriculture will be more efficient preserving the quality ant quantity of natural recourses increasing or maintaining the crop yield. Therefore, this study is justified insofar as it seeks to identify deficit irrigation management in order to maintain satisfactory productivity, coupled with the water savings. The objective of this research was to evaluate water relations and gas exchange through the assessment of physiological variables that indicate changes in the crop yield of dry bean submitted to deficit irrigation. The experiment was conducted at the Federal University of Santa Maria, Brazil, under a mobile greenhouse, which was only closed during the occurrence of rain. In this way, there was no rainfall interference affecting the treatments. A completely randomized design was used with three replications. Treatments were consisted of four irrigation managements: 100% of accumulated crop evapotranspiration (ETc ac), and deficit irrigation of 75%, 50% and 25% of the ETc ac. Dry beans was sowed under a no tillage system, and the irrigation need was determined based on crop evapotranspiration values estimated using Penman-Monteith method, and the crop coefficients (Kc) used were those proposed by Allen et al. (1998). Irrigations were applied when the ETc accumulated a height of 20mm. The following leaf water relations and leaf gas exchanges were evaluated: Transpiration rate, stomatal conductance, leaf steam pressure deficit, internal concentration of CO2 and photosynthesis rate, using a LI-6400 (LI-Cor). With the values of photosynthesis rate, transpiration rate, stomatal conductance and internal concentration of CO2 were determined: transpiration instantaneous efficiency (photosynthesis rate/transpiration rate); intrinsic water use efficiency and (photosynthesis rate/stomatal conductance); carboxylation efficiency of the plants (photosynthesis rate/internal concentration of CO2). The following morphological features were evaluated: leaf area index, plant height and yield compounds (one hundred mass grains, number of seed plant and crop yield). The water use efficiency (EUA) was found by the ratio between grain yield (kg ha-1) and total depth applied (mm). During crop development accumulated ETc was 379,7 mm and was applied 122, 206, 290 and 376 mm of irrigation depth for the deficit irrigation treatment of 25%, 50%, 75% and 100% of ETc ac, respectively. The application of deficit irrigation reduced the leaf area index, plant height and reduction of 47,41% in the number of seed plant, 39,26%, in one hundred mass grain and 53,41% in crop yield. The reduction in water depth from 100% to 25% of ETc ac reduced by up to 91% of the stomatal concuctance and these plants had lower photosynthesis rate. The plants that received irrigation depth of 100% of ETc ac had higher E and carboxylation efficiency. The intrinsic water use efficiency and water use efficiency increased with the use of deficit irrigation. / A escassez dos recursos hídricos e a pressão social para o uso racional da água na agricultura exigem o correto uso e manejo da água de irrigação, pois, a falta ou excesso, comprometem o rendimento das culturas. O uso da irrigação, deficitária ou estratégica, contribui para o aumento da produtividade de grãos, comparando-se às condições de sequeiro, e resulta em uma agricultura economicamente mais eficiente, preservando os recursos naturais em termos de quantidade e qualidade, mantendo níveis satisfatórios de produtividade. Portanto, o presente estudo se justifica na medida em que se busca identificar manejos de irrigação deficitária que permitam manter níveis satisfatórios de produtividade, aliados à economia de água e energia. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar as relações hídricas e as trocas gasosas, através da avaliação de variáveis fisiológicas que indiquem alterações na produção das plantas de feijão, quando submetidas a diferentes manejos de irrigação deficitária. O experimento foi desenvolvido na Universidade Federal de Santa Maria, Brasil, no interior de uma cobertura móvel, estruturada sobre trilhos metálicos, com movimentação mecânica, a qual somente foi fechada durante a ocorrência de chuvas. Dessa forma, não houve a interferência das chuvas durante a execução dos tratamentos. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, com três repetições. Os tratamentos foram constituídos de quatro manejos de irrigação: reposição de 100% da evapotranspiração da cultura acumulada (ETc ac), e irrigação deficitária de 75%, 50% e 25% da ETc ac. A cultura do feijão foi semeada sob sistema de plantio direto e a necessidade de irrigação foi determinada com base na evapotranspiração da cultura, estimada pelo método de Penman-Monteith e os coeficientes de cultura (Kc) foram os propostos por Allen et al. (1998). Irrigações eram realizadas quando a ETc acumulava um valor de 20 mm. As seguintes relações hídricas e trocas gasosas das plantas foram avaliadas: taxa de transpiração, condutância estomática, déficit de pressão de vapor na folha, concentração interna de CO2 e taxa fotossintética, com o aparelho LI-6400 da Licor. Com os valores de taxa fotossintética, taxa de transpiração, condutância estomática e concentração interna de CO2 foram determinados: a eficiência instantânea da transpiração (razão taxa fotossintética/taxa de transpiração); a eficiência intrínseca do uso da água (razão taxa fotossintética/condutância estomática) e; a eficiência de carboxilação das plantas (razão taxa fotossintética/concentração interna de CO2). Foram avaliadas as seguintes características morfológicas nas plantas: índice de área foliar e altura de plantas e, os componentes de rendimento: massa de cem grãos, número de vagens por planta e rendimento de grãos. A eficiência de uso da água foi encontrada por meio da razão entre a produtividade de grãos (kg ha-1) e total de lâmina aplicada (mm). Durante o ciclo de desenvolvimento da cultura do feijão a ETc ac foi de 379,7 mm e foram aplicados 122, 206, 290 e 376 mm de lâmina de irrigação para os tratamentos de 25, 50, 75 e 100% da ETc ac, respectivamente. A aplicação da irrigação deficitária reduziu o índice de área foliar, a altura das plantas e causou reduções de até 47,41% no número de vagens por planta, 39,26%, na massa de cem grãos de feijão e 53,41% no rendimento de grãos. A redução da lâmina de irrigação de 100% para 25% da ETc ac reduziu em até 87% a condutância estomática das plantas e estas apresentaram menor taxa fotossintética. As plantas que receberam lâmina de irrigação de 100% da ETc ac apresentaram maiores taxa de transpiração e eficiência de carboxilação. A eficiência instrínseca do uso da água e a eficiência do uso da água aumentaram com a utilização da irrigação deficitária.

La chlororespiration a été initialement décrite chez Chlamydomonas reinhardtii. Cette voie alternative du transfert d’électrons, présente dans toutes des lignées photosynthétiques, est constituée par l’activité d’une NAD(P)H:plastoquinone oxidoreductase, et d’une plastoquinol oxydase (PTOX). Parce qu’elle utilise les plastoquinones comme transporteur d’électrons, la chlororespiration représente une voie potentiellement antagoniste au transfert photosynthétique de l’eau au CO2. Néanmoins, le faible flux autorisé par ces enzymes suggère que, au moins sous éclairement continu et en conditions stationnaires, leur contribution est limité. Je me suis donc concentré sur la rôle du PTOX pendant les transitions lumière-obscurité et vice-versa. J’ai observé qu’après une brève illumination, la relaxation redox du chloroplaste est entravée quand PTOX2, l’oxydase majeure chez Chlamydomonas, est absente. J’ai démontré la pertinence physiologique de cette observation par une étude des courbes de croissance de souches mutantes pour PTOX et de la souche sauvage: la croissance du mutant de PTOX2 est retardée en condition de la lumière intermittente – ce qui peux être expliqué par une diminution du flux d’électrons à partir du photosystème II. Je me suis également intéressé à l’impact de la chlororespiration sur le flux d’électrons cyclique en utilisant une nouvelle approche spectroscopique combinée à de la modélisation. Enfin, j’ai exploré, en collaboration avec Stefano Santabarbara, le mécanisme de redistribution de l’énergie lumineuse entre les deux photosystèmes, mécanisme gouverné par des changements d’état redox des plastoquinones. J’ai démontré que, contrairement à des récentes suggestions, un véritable transfert d’antennes se produit entre les deux photosystèmes. / Chlororespiration was initially described in Chlamydomonas reinhardtii. This electron transfer pathway, found in all photosynthetic lineages, consists of the action of a NAD(P)H:plastoquinone oxidoreductase and a plastoquinol oxidase (PTOX). Hence, because it uses plastoquinones for electron transport, chlororespiration constitutes an electron pathway potentially antagonistic to the linear photosynthetic electron flow from H2O to CO2 However, the limited flow these enzymes can sustain suggests that their relative contribution, at least in the light and in steady-state conditions, is limited. I thus focused on the involvement of PTOX in Chlamydomonas during transitions from dark to light and vice versa. I found that, following a brief illumination, the redox relaxation of the chloroplast in the dark was much affected when PTOX2, the major plastoquinol oxidase in Chlamydomonas, is lacking. Importantly, I show that this has a significant physiological relevance as the growth of a PTOX2- lacking mutant is markedly slower in intermittent light, which can be rationalized in terms of a decreased flux sustained by photosystem II. I also investigated the influence of chlororespiration on cyclic electron flow using novel experimental techniques combined with theoretical modelling. Last, I explored, in collaboration with Stefano Santabarbara, the mechanism for redistribution of light excitation energy between the two photosystems, a process triggered by changes in the redox state of plastoquinone pool. I showed that, contrarily to what has been suggested recently, this regulation mechanism corresponds to an actual transfer of light harvesting antenna between the two photosystems.

Motivé par leur implication dans le centre réactionnel de l’appareil photosynthétique, puis plus tard, par les défis de la catalyse par transfert multi–électronique, des exemples d'édifices composés de deux porphyrines maintenues face–à–face apparaissent dans les années 70. Les premiers exemples font appel à l’utilisation d’espaceurs rigides qui maintiennent les porphyrines selon une géométrie bien définie permettant d’établir des relations précises entre la structure et les propriétés de ces dérivés. Ce projet de recherche a consisté à synthétiser une « nouvelle génération » de systèmes Pacman, plus flexibles et présentant deux types de conformations : une ouverte et une fermée. En ce sens, ces dérivés peuvent être décrits comme des pinces moléculaires. Le passage d’une conformation à l’autre serait contrôlé par la coordination d’un cation métallique au sein d’un espaceur–ligand. La conformation du système ne dépendrait alors plus de l’espaceur mais serait imposée par la géométrie de coordination du métal. Outre le contrôle conformationnel en fonction de la nature du cation métallique, l’avantage de cette approche est de pouvoir moduler, ou réguler dans le cas d’une coordination réversible, les propriétés physico–chimiques du système par simples interactions de type hôte/invité. Alors que les porphyrines sont supposées se comporter indépendamment dans la forme ouverte, la fermeture de la pince devrait se traduire par un rapprochement des macrocycles selon une disposition cofaciale impliquant des interactions entre les porphyrines. Ainsi, une modification des propriétés physico–chimiques de l’espèce et de son activité est attendue de par la communication électronique et/ou la coopérativité intermétallique établie. Nous nous sommes attachés également à présenter les études physico–chimiques entreprises sur certains systèmes bi– et trimétalliques afin de valider ces différents concepts. / Motivated by their involvement in the reaction center of the photosynthetic apparatus, and later, by the challenges of the multi–electron transfer catalysis, some examples of porphyrin dimer maintained in a face–to–face arrangement, appeared in the seventies. The first examples consisted in rigid spacers, which maintain the porphyrins in a well–defined geometry in order to establish a precise relationship between the structure and the properties of these derivatives. This research project consists in the synthesis of a “new generation” of Pacman systems, more flexible and presenting two types of conformations: one open, the other closed. In this way, these derivatives can be described as molecular tweezers. The way to go from one conformation to the other would be controlled by the coordination of a metal cation within a spacer–ligand. Thus, the conformation of the system will not depend on the spacer (like in the previous Pacman systems) but would be determined by the metal coordination geometry. In addition to the conformational control as a function of the nature of the metal cation, the advantage of this appraoch is to modulate, or regulate in the case of a reversible coordination, the physico–chemical properties of the system by simple host/guest interactions. Although the porphyrins are supposed to act independantly in the open form, the closure of the tweezer would bring the macrocycles closer according to a cofacial arrangement involving interporphyrinic interactions. Thus, a modification of the physico–chemical properties and the activity of the species is expected by the electronic communication between both macrocycles and/or the established bimetallic cooperativity. In order to validate these concepts, physico–chemical studies performed on some bis– and tris–metal systems are described.