A NSECT figura como uma nova técnica espectrográfica capaz de avaliar in vivo a concentração de elementos utilizando a reação de espalhamento inelástico (n,n). Desde sua introdução, várias melhorias vem sendo propostas com o objetivo de investigar aplicações para o diagnóstico clínico e redução da dose absorvida associada à aquisição tomográfica. Neste contexto, são apresentadas duas novas aplicações de diagnóstico utilizando as abordagens espectroscópica e tomográfica da NSECT. Uma nova metodologia também foi proposta para otimizar a amostragem do sinograma que está diretamente relacionado com a qualidade de reconstrução através do protocolo de irradiação. Os estudos realizados foram desenvolvidos com base em simulações com o código MCNP5. O diagnóstico de Carcinoma de Célula Renal (CCR) e a detecção de microcalcificações mamárias foram avaliadas nos estudos conduzidos utilizando um objeto simulador humano. Os resultados obtidos demonstram a habilidade da técnica NSECT em detectar a alteração da composição dos tecidos modelados em função do desenvolvimento das patologias avaliadas. O método proposto para a otimização dos sinogramas foi capaz de simular analiticamente a composição do meio irradiado permitindo que a qualidade de reconstrução e a dose efetiva fossem avaliados em função da taxa de amostragem. Entretanto, futuras pesquisas devem ser conduzidas para quantificar o limiar de detecção de acordo com os elementos selecionados. / The NSECT figures as a new spectrographic technique able to evaluate in vivo the concentration of elements using the inelastic scattering reaction (n,n). Since its introduction, several improvements have been proposed with the aim of investigating applications for clinical diagnosis and reduction of absorbed dose associated with CT acquisition. In this context, two new diagnostic applications are presented using spectroscopic and tomographic approaches from NSECT. A new methodology has also been proposed to optimize the sinogram sampling that is directly related to the quality of the reconstruction by the irradiation protocol. The studies were developed based on simulations with MCNP5 code. Diagnosis of Renal Cell Carcinoma (RCC) and the detection of breast microcalcifications were evaluated in studies conducted using a human phantom. The obtained results demonstrate the ability of the NSECT technique to detect changes in the composition of the modeled tissues as a function of the development of evaluated pathologies. The proposed method for optimizing sinograms was able to analytically simulate the composition of the irradiated medium allowing the assessment of quality of reconstruction and effective dose in terms of the sampling rate. However, future research must be conducted to quantify the sensitivity of detection according to the selected elements.

A variabilidade é um problema presente na maioria das malhas de controle de processos industriais, trazendo prejuízo ao causar perda de produtividade e utilização excessiva de matéria prima e energia. Muitas vezes ela é causada pela presença do atrito em válvulas de controle, os atuadores mais usados em processos industriais. Há uma série de métodos propostos para diagnosticar as perturbações causadas pelo atrito nas válvulas, classificados em intrusivos e não-intrusivos. Neste trabalho, foram estudados dois métodos intrusivos. Eles foram aplicados de maneira automática em simulações computacionais, que foram realizadas em um sistema híbrido de teste (HIL) de uma planta de vazão, com dois níveis de atrito da válvula, e também em um ambiente inteiramente simulado, visando analisar o desempenho dos dois métodos. Os resultados obtidos com ambos os métodos foram satisfatórios, muito embora um dos métodos tenha confundido os efeitos gerados pelo atrito com os produzidos por má sintonia do controlador da malha. / The variability is a problem present on the most of control loops in industrial processes. It causes losses in plant productivity and in material and energy usage. Many times it is caused by the presence of friction in control valves, the most used actuator in industrial processes. There are many methods proposed to diagnose the disturbances caused by control valve friction, which are classified in intrusive and non-intrusive. In this work, two intrusive methods are studied. They were applied automatically by computer simulations that were performed in a hybrid test system (HIL) of a flow plant, with two valve friction levels. Additionally they were applied in a completely simulated environment, aiming at analyzing the performance of both methods. The results with the two methods were satisfactory, although one of the methods has not separated the effects generated by the friction from the ones produced by a bad tuning of the loop controller.

Fitoplasmas são procariotos sem parede celular, pertencentes à classe dos Mollicutes, que habitam os vasos de floema e causam doenças de relevância econômica em uma ampla gama de espécies vegetais. A videira (Vitis sp) é a terceira fruteira mais cultivada no mundo e apresenta elevada importância econômica no Brasil. Aspectos fitossanitários se constituem em fatores limitantes da produção, com destaque para as doenças causadas por fitoplasmas, denominadas de amarelos. Essas doenças estão amplamente disseminadas nos continentes europeu e americano, ocorrendo em tradicionais países produtores. Plantas exibindo sintomas característicos da doença têm sido também observadas em cultivos comerciais localizados em algumas áreas do território brasileiro. Visando investigar este tipo de doença, plantas sintomáticas foram amostradas em parreirais comerciais dos Estados de São Paulo e Paraná e mantidas em casa de vegetação. O presente estudo visou demonstrar a associação entre fitoplasmas e os amarelos, identificar e analisar filogeneticamente os fitoplasmas detectados, demonstrar sua transmissão para plantas sadias e determinar o melhor estádio fenológico da planta para amostragem de tecidos, para confirmação da diagnose. Para isto, durante 45 meses, amostras foram coletadas de plantas doentes envasadas sendo usado o método de PCR, análise de RFLP, sequenciamento das bases nucleotídicas e enxertia de tecidos entre plantas de videira. Os produtos amplificados em PCR evidenciaram a presença de fitoplasmas em todas as plantas portadoras de amarelos. Estes fitoplasmas foram identificados como representantes dos grupos 16SrI-B e 16SrIII, os quais ocorreram em infecções simples ou mistas. Os fitoplasmas apareceram em todas as fases de desenvolvimento da planta, porém com maior freqüência nas amostras coletadas no estádio fenológico correspondente à brotação de ramos e aparecimento de folhas novas. Esta fase se mostrou a mais indicada para as amostragens, visando à detecção de fitoplasmas para fins de diagnose. A transmissão dos fitoplasmas por enxertia foi alta, demonstrando que estes são os agentes causais da doença e que inspeções devem ser adotadas como medida de controle para evitar sua disseminação via material de propagação vegetativa. / Phytoplasmas are wall-less prokaryotes, phloem-limited plant pathogens, belonging to Mollicute class. They are agents of diseases that cause serious damage to a diversity of cultivated especies. Grapevine (Vitis sp) is the third most cultivated fruit crop in the world and it has high economical impact in Brazil. Phytossanitary aspects are important production constraint factors, especially regarding diseases caused by phytoplasmas, which are generally known as grapevine yellows. These diseases are widely spread throughout main producer countries, located in Europe and North America. Plants exhibiting typical symptoms of the disease have also been observed in crops located in some areas of Brazilian territory. In order to investigate this kind of malady, symptomatic plants were sampled from commercial vineyards located in the States of São Paulo and Paraná, Brazil and kept in greenhouse conditions. The present study aimed to: demonstrate the association between phytoplasmas and yellows; identify and analyse phylogenetically the detected phytoplasmas; demonstrate their transmission to healthy plants and determinate optimal phenologycal stage for phytoplasma detection to diagnosis confirmation. Samples were collected from diseased plotted plants grown during 45 months. PCR method, RFLP analyses, sequencing of nucleotide bases from 16S rRNA, and grafting technique were used in this study. Amplified genomic fragments revealed the presence of phytoplasmas in all plants with symptoms of yellows. Those phytoplasmas were identified as representatives of the groups 16SrI-B and 16SrIII, occurring in simple and mixed infections. Phytoplasmas were detected in all phenological stages evaluated, but they occurred with high frequences in material collected during budburst. These stage may be considered as the most indicated for sampling to confirm diagnosis based on symptomatology. Phytoplasmas transmission by grafting of healthy scion grafts onto infected rootstocks was high, demonstrating that they are the disease agents and inspection is a control practice that must be adopted to prevent their dissemination through propagative material.

Devido a existência de 2 alphavírus artritogênicos no Brasil, os vírus Mayaro (MAYV) e Chikungunya (CHIKV) tornou-se importante desenvolver testes diagnósticos eficazes para discriminar suas infecções. No presente trabalho, desenvolvemos ELISAs indiretos para diagnóstico de CHIKV e MAYV utilizando proteínas de envelope viral E2 recombinantes, produzidas em Escherichia coli, as rE2-CHIKV e rE2-MAYV ELISAs. As proteínas E2 recombinantes tiveram suas antigenicidades verificadas nos ensaios utilizando anticorpos policlonais oriundos de camundongos hiperimunizados com CHIKV, MAYV e outros alphavírus. O rE2-CHIKV ELISA detectou anticorpos murinos de forma homotípica e não produziu reações cruzadas evidenciáveis utilizando anticorpos murinos específicos contra outros Alphavírus. O rE2-MAYV ELISA detectou anticorpos murinos homotípicos e também, reagiu cruzadamente com anticorpos murinos anti-CHIKV, mas não para outros Alphavírus. Esses ELISAs, também, foram usados na detecção de anticorpos em soros de pacientes com suspeita de infecção arboviral. Pelo o rE2-CHIKV ELISA, testaram-se 59 soros, resultando em 26 amostras IgG positivas. Resultados desse ELISA, quando comparados aos obtidos por teste de neutralização, demonstraram sensibilidade de 89,66% e especificidade de 100%. Soros humanos IgG positivos foram detectados em altas diluições pelo rE2-CHIKV ELISA. Quanto a detecção de IgM, o rE2- CHIKV ELISA apresentou moderada concordância com outros ensaios sorológicos. Com rE2- MAYV ELISA, testaram-se 68 soros resultando em 23 amostras IgG positivas, das quais 11 também mostraram-se positivas em teste de neutralização, demonstrando sensibilidade de 100% e especificidade de 78,95%. Portanto, os rE2-CHIKV e rE2 MAYV ELISAs, particularmente para detecção de IgG, mostraram-se adequadamente sensíveis e específicos para serem validados em estudos com maiores números de amostras e serem aplicados ao diagnóstico de pacientes infectados com CHIKV e MAYV. / Due the existence of 2 arthritogenic alphaviruses in Brasil, the viruses Mayaro (MAYV) and Chikungunya (CHIKV), it became important the development of efficient diagnose tests to discriminate their infections. In the present work, we developed indirect ELISAs for CHIKV and MAYV diagnosis using viral recombinant envelope proteins E2, produced in Escherichia coli, the rE2-CHIKV and rE2-MAYV. The recombinant E2 proteins had their antigenicity confirmed in the assay by using polyclonal antibodies produced in hyperimmunized mice with CHIKV, MAYV and other alphaviruses. The rE2-CHIKV ELISA detected homotypic murine antibodies and did not produced detectable cross-reactivity signal when using murine antibodies from other alphaviruses. The rE2-MAYV ELISA detected homotypic antibodies and also cross-reacted with murine anti-CHIKV antibodies, but not to other alphaviruses. These ELISAs were also tested for the detection of human antibodies, using patient sera suspected of arboviral infection. For rE2- CHIKV ELISA, it were tested 59 sera, resulting in 26 positive IgG samples. These ELISA results, when compared to those of a neutralizing assay, demonstrated a sensibility of 89.66% and specificity of 100%. The IgG positive human sera were detected in high dilutions by rE2-CHIKV ELISA. Regarding the detection of IgM, the rE2-CHIKV ELISA showed a moderate samples detection agreement when compared to other serologic assays. For rE2-MAYV ELISA, it were tested 68 sera, resulting in 23 positive IgG samples, of which 11 demonstrated to be positive by the neutralization assay, demonstrating a sensibility of 100% and specificity of 78.95%. Therefore, the rE2-CHIKV and rE2-MAYV ELISAs, especially for IgG detection, demonstrated to be properly sensitive and specific to be validated in studies using a greater number of samples, and also to be applied in the diagnosis of infected CHIKV and MAYV patients.

No Brasil, vários trabalhos com pinhão-manso (Jatropha curcas L.) têm estudado a avaliação do estado nutricional, porém são poucas as investigações objetivando caracterizar a marcha de absorção, bem como as respostas bioquímicas e fisiológicas desta espécie ao manejo nutricional. antecipadamente o estado nutricional das plantas. Desse modo, o objetivou-se com este estudo avaliar a marcha de absorção no desenvolvimento inicial do pinhão-manso (Jatropha curcas L.), bem como as omissões de N, P, K, Ca, Mg e de S no crescimento inicial e no comportamento bioquímico e fisiológico dessa espécie e, por fim, prever os quadros sintomatológicos das deficiências. Para alcançar os objetivos propostos foram realizados dois experimentos simultâneos, conduzidos em casa de vegetação, sendo que as plantas foram cultivadas individualmente em vasos contendo solução nutritiva. No primeiro experimento - referente à marcha de absorção - a plantas foram cultivadas em solução nutritiva completa, sendo que as plantas eram retiradas a cada 14 dias para a determinação do acúmulo de massa seca e macronutrientes. No segundo experimento as plantas foram cultivadas em solução completa (controle) e omissão individual de N, P, K, Ca, Mg e de S. Neste experimento foram realizados testes bioquímicos e fisiológicas para a previsão de desordens nutricionais aos 20, 30, 40 e 120 dias após o inicio dos tratamentos. As primeiras manifestações de deficiência foram observadas para o Ca e N, seguidas das de Mg e K, contudo não foram observados sintomas de carência de P e S. As atividades das enzimas redutase do nitrato, da fosfatase ácida e da peroxidase, bem como a avaliação das concentrações de poliaminas, efetuadas no início do desenvolvimento das plantas, demonstraram ser indicadores para previsão das desordens nutricionais de N, P e K, respectivamente. As omissões individuais dos macronutrientes limitaram o desenvolvimento inicial do pinhão-manso, reduziram os teores de clorofila e a taxa fotossintética de forma distinta. Porém, a omissão de Ca foi a que mais limitou o desenvolvimento dessa espécie para todas as variáveis avaliadas / In Brazil, several studies with physic nut (Jatropha curcas L.) have studied the assessment of nutritional status, but there are few investigations aiming to characterize the uptake and the biochemical and physiological responses to nutritional management of this species, for the purpose of prediction the nutritional status of plants. Thus, the objective with this study was to evaluate the uptake in the initial development of physic nut (Jatropha curcas L.), as well as the omission of N, P, K, Ca, Mg and S, to physiological and biochemical assessments, and finally, predicting symptomatology frames deficiencies. To achieve the proposed objectives two experiments were conducted in a greenhouse. The plants were grown individually in pots containing nutrient solution. In the first experiment - uptake of macronutrients - the plants were grown in complete nutrient solution, whereas plants were taken every 14 days for the determination of dry matter and macronutrients accumulation. In the second experiment, the plants were grown in complete solution (control) and the omission of N, P , K , Ca , Mg and S. In this experiment biochemical and physiological tests were performed for predicting nutritional disorders at 20, 30, 40 and 120 days after initiation of treatment. The first manifestations of deficiency were observed for Ca and N, followed by Mg and K, but don\'t were observed symptoms of P and S deficiency. The activities of nitrate reductase, acid phosphatase and peroxidase, as well as the assessment of concentrations of polyamines, made in the early development of the plant, proved to forecast indicators of nutritional disorders of N, P and K, respectively. The individual macronutrients omissions limited the initial development of physic nut, in addition, reduced chlorophyll content and photosynthetic rate differently. However, the omission of Ca was the most limited growth of this species for all variables

A quantificação da clorofila pode ser feita por métodos diretos, destrutivos, ou indiretos, não destrutivos. Estes últimos vêm sendo mais utilizados por serem mais rápidos e terem menor custo, exemplos são os medidores portáteis SPAD. Dados coletados com câmeras digitais também podem ser utilizados para detectar níveis de estresse nutricional, permitindo ajustes no programa de adubação nitrogenada, ainda durante o ciclo da cultura. Objetivou-se avaliar a resposta espectral de plantas de alface submetidas a diferentes doses de nitrogênio e correlacionar valores de refletância espectral com os teores de clorofila obtidos a partir de métodos convencionais. Foi instalado um experimento de alface (Lactuca sativa L.) com 6 tratamentos (0; 50; 100; 150; 200 e 250 kg/ha) de N aplicado na forma de uréia e 4 repetições, onde foi avaliado a correlação entre os teores relativos de clorofila foliar e os níveis digitais de 3 bandas espectrais (Vermelho-R, Verde-G e Azul-B). Os teores relativos de clorofila foram coletados por aparelho portátil SPAD e os níveis digitais foram extraídos da análise de imagens fotográficas digitais através do software Spring. Concluiu-se que a banda Green apresenta boas perspectivas para classificações de reflectância e que o uso de câmeras digitais na agricultura constitui um importante avanço em tecnologia em termos de auxílio à tomada de decisões. / The quantification of chlorophyll can be done by direct, destructive, or indirect, non-destructive methods. The latter are being used more often because they are faster and cost less, examples are SPAD portable meters. Data collected with digital cameras can also be used to detect levels of nutritional stress, allowing adjustments in the nitrogen fertilization program, even during the crop cycle. In this sense, the objective was to evaluate the spectral response of lettuce plants submitted to different doses of nitrogen and to correlate values of spectral reflectance with the chlorophyll content obtained from conventional methods. A lettuce ((Lactuca sativa L.) experiment was carried out with 6 treatments (0; 50; 100; 150; 200 e 250 kg/ha) and 4 replicates, where the correlation between the relative levels of leaf chlorophyll and the digital levels of 3 spectral bands was evaluated (Red, Green e Blue). The relative contents of chlorophyll were collected by SPAD portable apparatus and the digital levels were extracted from the analysis of digital photographic images through the Spring software. It was concluded that the Green band presents good prospects for reflectance ratings and that the use of digital cameras in agriculture constitutes an important advance in technology in terms of decision support.

A NSECT figura como uma nova técnica espectrográfica capaz de avaliar in vivo a concentração de elementos utilizando a reação de espalhamento inelástico (n,n). Desde sua introdução, várias melhorias vem sendo propostas com o objetivo de investigar aplicações para o diagnóstico clínico e redução da dose absorvida associada à aquisição tomográfica. Neste contexto, são apresentadas duas novas aplicações de diagnóstico utilizando as abordagens espectroscópica e tomográfica da NSECT. Uma nova metodologia também foi proposta para otimizar a amostragem do sinograma que está diretamente relacionado com a qualidade de reconstrução através do protocolo de irradiação. Os estudos realizados foram desenvolvidos com base em simulações com o código MCNP5. O diagnóstico de Carcinoma de Célula Renal (CCR) e a detecção de microcalcificações mamárias foram avaliadas nos estudos conduzidos utilizando um objeto simulador humano. Os resultados obtidos demonstram a habilidade da técnica NSECT em detectar a alteração da composição dos tecidos modelados em função do desenvolvimento das patologias avaliadas. O método proposto para a otimização dos sinogramas foi capaz de simular analiticamente a composição do meio irradiado permitindo que a qualidade de reconstrução e a dose efetiva fossem avaliados em função da taxa de amostragem. Entretanto, futuras pesquisas devem ser conduzidas para quantificar o limiar de detecção de acordo com os elementos selecionados. / The NSECT figures as a new spectrographic technique able to evaluate in vivo the concentration of elements using the inelastic scattering reaction (n,n). Since its introduction, several improvements have been proposed with the aim of investigating applications for clinical diagnosis and reduction of absorbed dose associated with CT acquisition. In this context, two new diagnostic applications are presented using spectroscopic and tomographic approaches from NSECT. A new methodology has also been proposed to optimize the sinogram sampling that is directly related to the quality of the reconstruction by the irradiation protocol. The studies were developed based on simulations with MCNP5 code. Diagnosis of Renal Cell Carcinoma (RCC) and the detection of breast microcalcifications were evaluated in studies conducted using a human phantom. The obtained results demonstrate the ability of the NSECT technique to detect changes in the composition of the modeled tissues as a function of the development of evaluated pathologies. The proposed method for optimizing sinograms was able to analytically simulate the composition of the irradiated medium allowing the assessment of quality of reconstruction and effective dose in terms of the sampling rate. However, future research must be conducted to quantify the sensitivity of detection according to the selected elements.

A determinação de macro- (N, P, K, Ca, Mg e S) e micronutrientes (Fe, Cu, Mn, Zn, B, Mo, Cl e Ni) em folhas de plantas é recomendada para avaliar o estado nutricional das culturas de interesse econômico. A análise convencional envolve a decomposição ácida do material vegetal, geralmente assistida por radiação micro-ondas, seguida da determinação dos elementos por ICP OES. Nesta tese, duas técnicas multielementares foram avaliadas para acessar o status nutricional da cultura da soja rapidamente: a espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) e a espectrometria de fluorescência de raios X dispersiva em energia (EXDRF). Mapas microquímicos foram construídos empregando-se um sistema LIBS constituído por um laser de Nd:YAG (1064 nm, 5 ns, 360 mJ, 10 Hz) e um espectrômetro com óptica Echelle e detector ICCD, e um equipamento de bancada de micro-fluorescência de raios X dispersiva em energia (µ-EDXRF Orbis PC, EDAX) com tubo de Rh (50 kV, 50 W) e SDD. As distribuições elementares de Mg, Ca, P, S e K foram avaliadas, a fim de orientar e definir uma estratégia de amostragem para análise foliar direta da soja. Os mapas indicaram que a micro-heterogeneidade intrínseca dos elementos avaliados na amostra é significativa e há variações da composição foliar, tanto entre plantas de um mesmo tratamento, quanto entre folíolos de uma mesma planta. Esses fatores foram considerados críticos na definição de uma estratégia de amostragem única que pudesse abarcar e contornar os possíveis efeitos causados por esses fatores. Assim, definiu-se amostrar a maior área possível, sem privilegiar qualquer região específica da folha. Uma prova de conceito foi realizada, empregando-se LIBS para diagnose foliar de soja. Como as folhas secas de soja apresentaram baixa resistência mecânica, 30 folhas frescas de soja foram analisadas por LIBS, sendo acumulados 25 pulsos de laser por linha no modo de varredura, 12 linhas por folíolo e 3 folíolos por planta. Os resultados obtidos foram promissores em termos de comprovar a viabilidade técnica e prática do emprego de LIBS para análise direta de folhas frescas de soja. Análises de folhas frescas de soja também foram realizadas empregando-se um espectrômetro portátil de fluorescência de raios X dispersiva em energia (Tracer III-SD, Bruker) equipado com tubo de Rh (4W, 50 kV, 4,5 mm de diâmetro de feixe de raios X) e SDD. O status nutricional de plantas cultivadas sob condições controladas, com fornecimento adequado de nutrientes (tratamento controle) e com deficiência induzida de fósforo foi avaliado. Boas correlações foram obtidas para P (r = 0,838) e Zn (r = 0,888), que permitem inferir que a EDXRF pode ser recomendada para a quantificação desses nutrientes no campo. Os sinais detectados de Ca, Cu, Fe, K, Mn, P, S, Si, Zn e Rh (espalhamento Compton) permitiram a classificação das amostras em grupos utilizando análise de componentes principais (PCA). Os gráficos de scores e loadings da PCA mostraram: i) a separação entre os dois grupos de amostras (controle e deficientes em P), e ii) quais elementos foram responsáveis por esta separação. Dessa forma, a PCA constitui uma alternativa à análise quantitativa e pode ser utilizada em conjunto com EDXRF para identificar e classificar as amostras de soja como saudáveis ou deficientes em P. Assim, a partir dos resultados obtidos nesta tese, pode-se concluir que ambas as técnicas, LIBS e EDXRF, têm potencial para avaliar o estado nutricional da soja em tempo real, in situ e com mínimo tratamento de amostras. No entanto, para alcançar resultados quantitativos, diferentes estratégias de amostragem e calibração devem ser avaliadas criteriosamente a fim de superar os desafios aqui apresentados e criar condições de contorno para os inconvenientes que as folhas de soja apresentam como, por exemplo, a distribuição não-homogênea dos elementos e a baixa resistência mecânica quando secas / The determination of macro- (N, P, K, Ca, Mg and S) and micronutrients (Fe, Cu, Mn, Zn, B, Mo, Cl and Ni) in plant leaves is recommended to evaluate the nutritional status of crops of economic interest. Traditional analysis involves microwave-assisted acidic digestion the plant material, followed by determination of the elements by ICP OES. In this thesis, two multielemental techniques were evaluated to access the nutritional status of the soybean crop quickly: laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EXDRF). Microchemical maps were built using a LIBS system constituted by a Q-switched Nd:YAG laser (1064 nm, 5 ns, 360 mJ, 10 Hz) and a spectrometer with Echelle optics and ICCD detector, and a benchtop micro-energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (?-EDXRF Orbis PC, EDAX) with Rh X-ray tube (50 kV, 50 W) and SDD. The elemental distributions of Mg, Ca, P, S and K were evaluated in order to guide and define a sampling strategy for direct analysis of soybean leaves. Maps indicated that intrinsic micro-heterogeneity of the elements evaluated in the sample is significant and there are variations in the leaf composition, between plants of the same treatment and between leaflets of the same plant. These factors were considered critical in defining a single sampling strategy that could encompass and circumvent the possible effects caused by them. Thus, it was decided to sample the largest possible area, without privileging any specific region of the leaf. A proof of concept was carried out using LIBS for foliar diagnosis of soybean. As the dry leaves of soybean presented low mechanical resistance, 30 fresh leaves of soybean were analyzed by LIBS, employing 25 laser pulses per line in the rastering mode, 12 lines per leaflet and 3 leaflets per plant. The obtained results were promising in order to prove technical and practical feasibility in using LIBS for direct analysis of fresh leaves of soybean. Analyzes of fresh leaves were also performed using a portable energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (Tracer III-SD, Bruker) equipped with Rh X-ray tube (4W, 50 kV, 4.5 mm diameter of X-ray beam) and SDD. The nutritional status of plants grown under controlled conditions, with good supply of nutrients (control treatment) and with phosphorus-induced deficiency were evaluated. Good correlations were obtained for P (r = 0.838) and Zn (r = 0.888), which allow to infer that EDXRF can be recommended for the quantification of these nutrients in the field. The detected signals of Ca, Cu, Fe, K, Mn, P, S, Si, Zn and Rh (Compton scattering) allowed the classification of samples into groups using Principal Component Analysis (PCA). The PCA scores and loadings graphs showed: i) the separation into two sample groups (control and P deficient), and ii) which elements were responsible for this separation. So, PCA constitutes an alternative method to quantitative analysis and it can be used with EDXRF in order to identify and classify soybean samples as healthy or P deficient. Thus, from the results obtained in this thesis, it can be concluded that both techniques, LIBS and EDXRF, have the potential to evaluate the nutritional status of soybean in real time, in situ and with minimal sample treatment. However, in order to achieve quantitative results, different sampling and calibration strategies should be carefully evaluated aiming to overcome the challenges presented here and circumvent the drawbacks of soybean leaves, such as the nonhomogeneous distribution of the elements and the low mechanical resistance when leaves are dried

A determinação de macro- (N, P, K, Ca, Mg e S) e micronutrientes (Fe, Cu, Mn, Zn, B, Mo, Cl e Ni) em folhas de plantas é recomendada para avaliar o estado nutricional das culturas de interesse econômico. A análise convencional envolve a decomposição ácida do material vegetal, geralmente assistida por radiação micro-ondas, seguida da determinação dos elementos por ICP OES. Nesta tese, duas técnicas multielementares foram avaliadas para acessar o status nutricional da cultura da soja rapidamente: a espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) e a espectrometria de fluorescência de raios X dispersiva em energia (EXDRF). Mapas microquímicos foram construídos empregando-se um sistema LIBS constituído por um laser de Nd:YAG (1064 nm, 5 ns, 360 mJ, 10 Hz) e um espectrômetro com óptica Echelle e detector ICCD, e um equipamento de bancada de micro-fluorescência de raios X dispersiva em energia (µ-EDXRF Orbis PC, EDAX) com tubo de Rh (50 kV, 50 W) e SDD. As distribuições elementares de Mg, Ca, P, S e K foram avaliadas, a fim de orientar e definir uma estratégia de amostragem para análise foliar direta da soja. Os mapas indicaram que a micro-heterogeneidade intrínseca dos elementos avaliados na amostra é significativa e há variações da composição foliar, tanto entre plantas de um mesmo tratamento, quanto entre folíolos de uma mesma planta. Esses fatores foram considerados críticos na definição de uma estratégia de amostragem única que pudesse abarcar e contornar os possíveis efeitos causados por esses fatores. Assim, definiu-se amostrar a maior área possível, sem privilegiar qualquer região específica da folha. Uma prova de conceito foi realizada, empregando-se LIBS para diagnose foliar de soja. Como as folhas secas de soja apresentaram baixa resistência mecânica, 30 folhas frescas de soja foram analisadas por LIBS, sendo acumulados 25 pulsos de laser por linha no modo de varredura, 12 linhas por folíolo e 3 folíolos por planta. Os resultados obtidos foram promissores em termos de comprovar a viabilidade técnica e prática do emprego de LIBS para análise direta de folhas frescas de soja. Análises de folhas frescas de soja também foram realizadas empregando-se um espectrômetro portátil de fluorescência de raios X dispersiva em energia (Tracer III-SD, Bruker) equipado com tubo de Rh (4W, 50 kV, 4,5 mm de diâmetro de feixe de raios X) e SDD. O status nutricional de plantas cultivadas sob condições controladas, com fornecimento adequado de nutrientes (tratamento controle) e com deficiência induzida de fósforo foi avaliado. Boas correlações foram obtidas para P (r = 0,838) e Zn (r = 0,888), que permitem inferir que a EDXRF pode ser recomendada para a quantificação desses nutrientes no campo. Os sinais detectados de Ca, Cu, Fe, K, Mn, P, S, Si, Zn e Rh (espalhamento Compton) permitiram a classificação das amostras em grupos utilizando análise de componentes principais (PCA). Os gráficos de scores e loadings da PCA mostraram: i) a separação entre os dois grupos de amostras (controle e deficientes em P), e ii) quais elementos foram responsáveis por esta separação. Dessa forma, a PCA constitui uma alternativa à análise quantitativa e pode ser utilizada em conjunto com EDXRF para identificar e classificar as amostras de soja como saudáveis ou deficientes em P. Assim, a partir dos resultados obtidos nesta tese, pode-se concluir que ambas as técnicas, LIBS e EDXRF, têm potencial para avaliar o estado nutricional da soja em tempo real, in situ e com mínimo tratamento de amostras. No entanto, para alcançar resultados quantitativos, diferentes estratégias de amostragem e calibração devem ser avaliadas criteriosamente a fim de superar os desafios aqui apresentados e criar condições de contorno para os inconvenientes que as folhas de soja apresentam como, por exemplo, a distribuição não-homogênea dos elementos e a baixa resistência mecânica quando secas / The determination of macro- (N, P, K, Ca, Mg and S) and micronutrients (Fe, Cu, Mn, Zn, B, Mo, Cl and Ni) in plant leaves is recommended to evaluate the nutritional status of crops of economic interest. Traditional analysis involves microwave-assisted acidic digestion the plant material, followed by determination of the elements by ICP OES. In this thesis, two multielemental techniques were evaluated to access the nutritional status of the soybean crop quickly: laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EXDRF). Microchemical maps were built using a LIBS system constituted by a Q-switched Nd:YAG laser (1064 nm, 5 ns, 360 mJ, 10 Hz) and a spectrometer with Echelle optics and ICCD detector, and a benchtop micro-energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (?-EDXRF Orbis PC, EDAX) with Rh X-ray tube (50 kV, 50 W) and SDD. The elemental distributions of Mg, Ca, P, S and K were evaluated in order to guide and define a sampling strategy for direct analysis of soybean leaves. Maps indicated that intrinsic micro-heterogeneity of the elements evaluated in the sample is significant and there are variations in the leaf composition, between plants of the same treatment and between leaflets of the same plant. These factors were considered critical in defining a single sampling strategy that could encompass and circumvent the possible effects caused by them. Thus, it was decided to sample the largest possible area, without privileging any specific region of the leaf. A proof of concept was carried out using LIBS for foliar diagnosis of soybean. As the dry leaves of soybean presented low mechanical resistance, 30 fresh leaves of soybean were analyzed by LIBS, employing 25 laser pulses per line in the rastering mode, 12 lines per leaflet and 3 leaflets per plant. The obtained results were promising in order to prove technical and practical feasibility in using LIBS for direct analysis of fresh leaves of soybean. Analyzes of fresh leaves were also performed using a portable energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (Tracer III-SD, Bruker) equipped with Rh X-ray tube (4W, 50 kV, 4.5 mm diameter of X-ray beam) and SDD. The nutritional status of plants grown under controlled conditions, with good supply of nutrients (control treatment) and with phosphorus-induced deficiency were evaluated. Good correlations were obtained for P (r = 0.838) and Zn (r = 0.888), which allow to infer that EDXRF can be recommended for the quantification of these nutrients in the field. The detected signals of Ca, Cu, Fe, K, Mn, P, S, Si, Zn and Rh (Compton scattering) allowed the classification of samples into groups using Principal Component Analysis (PCA). The PCA scores and loadings graphs showed: i) the separation into two sample groups (control and P deficient), and ii) which elements were responsible for this separation. So, PCA constitutes an alternative method to quantitative analysis and it can be used with EDXRF in order to identify and classify soybean samples as healthy or P deficient. Thus, from the results obtained in this thesis, it can be concluded that both techniques, LIBS and EDXRF, have the potential to evaluate the nutritional status of soybean in real time, in situ and with minimal sample treatment. However, in order to achieve quantitative results, different sampling and calibration strategies should be carefully evaluated aiming to overcome the challenges presented here and circumvent the drawbacks of soybean leaves, such as the nonhomogeneous distribution of the elements and the low mechanical resistance when leaves are dried

Made available in DSpace on 2017-07-25T19:29:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Fernando Basso.pdf: 3822084 bytes, checksum: d2aa276083a740974a36a726bdce8dad (MD5) Previous issue date: 2010-07-06 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / The grapevine (Vitis spp.) being vegetatively propagated facilitates the spread of viruses. In general, viruses are able to induce disorders in plant cells including photosynthesis and metabolic changes, causing alterations in grape quality. The purpose of Chapter I was to identify and molecularly characterize the viruses present in vector mealybugs in two establised vineyards (Rio Grande do Sul, Brazil), one of cv. Cabernet Sauvignon (Vitis vinifera), cultivated since 1995, and the of cv. Isabel (V. labrusca), cultivated since 1971. Plants were checked serologically for six viruses detected. Fragments that comprise complete or partial viral genes were amplified by RT-PCR using 17 pairs of specific primers for detection of the following viruses: Grapevine virus A (GVA), Grapevine virus B (GVB), Grapevine virus D (GVD), Grapevine fleck virus (GFkV), Grapevine fanleaf virus (GFLV), Arabis mosaic virus (ArMV), Grapevine chrome mosaic virus (GCMV), Rupestris stem pitting-associated virus (RSPaV) and Grapevine leafroll-associated virus 1-4 (GLRaV-1 to - 4). Degenerate primers were used for detection of Closterovirus, Trichovirus and Vitivirus genera and Betaflexiviridae family. For each primer pair at least one amplicon was cloned and sequenced, identifying seven isolates of RSPaV, three isolates of GLRaV-2 and two isolates of GLRaV-3. The obtained sequences (submitted to GenBank) showed identities higher than 90% with the homologous viral isolates from the GenBank. GVA, GVB and GLRaV-3 were detected in three of five samples of mealybugs collected in Caxias do Sul (RS) and Petrolina (PE) vineyards. High genetic variability of RSPaV and unavailability of commercial antiserum have impaired the detection of this virus in grapevines. In Chapter II the objective was to produce polyclonal antiserum against the recombinant coat protein (CP) of RSPaV. The complete CP gene of this virus was amplified, cloned, sequenced and subcloned into expression vector pRSET-B, and the recombinant plasmid was used for expression in Escherichia coli cells (strain BL21:DE3). The yield of RSPaV CP, expressed per ml of culture, was 17.35 μg for rabbit immunization 2.55 mg were used. The antiserum showed a concentration of 1939 mg IgG/ml which was able to recognize the recombinant protein in Western blot and detect RSPaV in grapevine infected tissues using the indirect ELISA technique. In Chapter III physiological alterations of plant and enological quality changes of the grapes from infected grapevines GLRaV-2 and RSPaV infected were studied. For these evaluations the photosynthetic potential, total chlorophyll (a and b), total soluble sugars and starch were determined in leaves. Healthy or asymptomatic leaves showed favourable values for almost all characteristics. The saturation photosynthesis was 2.9 (C. Franc) and 2.25 (C. Sauvignon) times higher in healthy than in infected grapevines. Considering the grape quality significant differences between grapes from infected and non-infected grapevine were also observed in five from six characteristics studied. Healthy grapes showed 17.88 (cv. C. Franc) and 16.10 (cv. C. Sauvignon) oBrix values while infected showed 15.35 and 13.38, respectively. Therefore, these viruses can damage the productivity and quality production of these grape cultivars. / A videira (Vitis spp.), por ser propagada vegetativamente, facilita a disseminação dos vírus. O objetivo do Capítulo I foi identificar e caracterizar molecularmente os vírus presentes em dois vinhedos antigos: um da cv. Cabernet Sauvignon (CS) (Vitis vinifera) de 1995 e outro da cv. Isabel (V. labrusca) de 1971 além de detectar sorologicamente tais isolados. Foram amplificados, por RT-PCR, fragmentos que compreendem genes virais completos ou parciais, utilizando-se 17 pares de oligonucleotídeos específicos para a detecção dos seguintes vírus: rapevine virus A (GVA), Grapevine virus B (GVB), Grapevine virus D (GVD), Grapevine leck virus (GFkV), Grapevine fanleaf virus (GFLV), Arabis mosaic virus (ArMV), Grapevine chrome mosaic virus (GCMV), Rupestris stem pitting-associated virus (RSPaV), Grapevine leafroll-associated virus 1 a 4 (GLRaV-1 a -4), além de oligonucleotídeos degenerados para a família Betaflexiviridae e os gêneros Closterovirus, Trichovirus e Vitivirus. Pelo menos um fragmento amplificado, para cada par de oligonucleotídeos, foi clonado e sequenciado, identificando-se sete isolados de RSPaV, três de GLRaV-2 e dois de GLRaV-3. As sequências obtidas e depositadas no GenBank apresentaram identidades superiores a 90% com os respectivos isolados virais do GenBank. Também GVA, GVB e GLRaV-3 foram detectados via RT-PCR, em três de cinco amostras de cochonilhas coletadas em vinhedos de Caxias do Sul (RS) e Petrolina (PE). A variabilidade genética do RSPaV e a indisponibilidade de antisoro comercial têm dificultado a detecção deste vírus em videiras. No Capítulo II o objetivo foi produzir anti-soro policlonal utilizando a proteína capsidial (CP) recombinante do RSPaV. O gene completo da CP deste vírus foi previamente amplificado, clonado e sequenciado e, posteriormente subclonado em vetor de expressão pRSET-B, sendo o plasmídeo recombinante utilizado para a expressão em Escherichia coli BL21:DE3. O rendimento foi de 17,35 μg de CP do RSPaV expressa por ml de cultura, sendo utilizados 2,55 mg para a imunização do coelho. O anti-soro produzido apresentou uma concentração de 1939 mg de IgG/ml, foi capaz de reconhecer a proteína recombinante em Western blot e detectar o RSPaV em tecidos infectados de videira em ELISA indireto. De forma geral, os vírus são capazes de induzir desordens na célula vegetal que incluem alterações fotossintéticas e metabólicas, refletindo na qualidade da uva. No Capítulo III estudaram-se as alterações fisiológicas e da qualidade enológica da uva produzida em videiras infectadas com os vírus GLRaV-2 e RSPaV. Foram determinados nas folhas: potencial fotossintético, clorofilas total (a e b), açúcares solúveis totais e amido. Quanto às variáveis de qualidade da uva, foram observadas diferenças significativas, em favor das uvas de plantas sadias, em 5 das 6 variáveis. Uvas sadias apresentaram 2,53 (C. Franc, CF) e 2,72 (CS) °Brix a mais do que as infectadas. Para as variáveis relacionadas às alterações fisiológicas foram observadas diferenças significativas, em favor das folhas sadias ou assintomáticas, para quase todas variáveis analisadas, sendo a fotossíntese de saturação 2,9 (CF) e 2,25 (CS) vezes superior em plantas sadias. Estes vírus podem comprometer a produtividade e a qualidade da produção destas cultivares.