Cianobactérias são micro-organismos procarióticos fotoautotróficos que apresentam ampla variedade morfológica e metabólica, o que favorece sua colonização nos mais diversos tipos de ambientes. Essa versatilidade favorece a sua utilização em inúmeras aplicações biotecnológicas em áreas como agricultura, energia, nutrição e tratamento de efluentes. Com o aumento da demanda energética e de alimentos, as cianobactérias são consideradas alternativas mais sustentáveis para a biossíntese de produtos de interesse industrial. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar o crescimento de cianobactérias em meios suplementados com vinhaça e seus efeitos na produção de lipídios e na composição de ácidos graxos, visando a produção de biodiesel. Para tanto, onze linhagens de cianobactérias isoladas de amostras de água coletadas em rios da Amazônia foram identificadas morfologicamente e geneticamente como pertencentes à quatro ordens - Nostocales, Chroococciodipsidales, Synecoccocales e Oscillatoriales. Essas linhagens tiveram o seu crescimento avaliado em meios de cultivo suplementados com vinhaça (1, 2,5, 5 e 10% v/v) e em vinhaça diluída em água ultrapura (2,5, 5 e 10% v/v). Todas as linhagens foram capazes de crescer nas concentrações testadas, porém, nas concentrações mais elevadas de vinhaça, observou-se a inibição do crescimento e/ou o aumento da proliferação de contaminantes heterotróficos. Nas diluições de vinhaça em água ultrapura, nenhuma linhagem apresentou crescimento. Duas linhagens foram selecionadas para análises subsequentes devido ao rápido crescimento (Planktothrix mougeotii CMAA1564) e ao perfil de ácidos graxos favoráveis à produção de biodiesel (Amazoninema brasiliense CMAA1602, gênero inédito). Essas linhagens tiveram seu crescimento investigado nos meios BG11, BG11+1% e BG11+2,5% de vinhaça utilizando os métodos gravimétrico (biomassa seca) e espectrofométrico (densidade ótica - DO680nm e DO750nm), para a identificação das fases de crescimento. As maiores taxas de produtividade lipídica e de biomassa foram observadas nas biomassas coletadas na fase log em meio suplementado com vinhaça a 1%, com destaque para P. mougeotii CMAA1564 (3,18 e 35,87 mg L-1 dia-1, respectivamente). A análise do perfil de ácidos graxos das frações lipídicas mostrou a predominância dos ácidos graxos saturados e monoinsaturados nos óleos das biomassas cultivadas em meio com vinhaça, sendo majoritários os ácidos palmítico, palmitoleico, oleico e alfa-linolênico. A partir da composição de ácidos graxos das frações lipídicas foi possível estimar 11 parâmetros de qualidade do biodiesel derivado dessa matéria-prima lipídica. A maioria das propriedades avaliadas estavam de acordo com as especificações de qualidade do biodiesel estabelecidas na legislação nacional e internacional, com exceção para a viscosidade cinemática que apresentou valores inferiores. Esses resultados são promissores visto a oportunidade de exploração da biodiversidade de cianobactérias ainda pouco estudada para fins biotecnológicos. Essa pesquisa demonstra a viabilidade de utilização do conteúdo lipídico desses organismos como matéria-prima lipídica alternativa para a produção de biodiesel / Cyanobacteria are photoautotrophic prokaryotes that show a wide morphological and metabolic variety, which favors the colonization of the most diverse types of environments. This versatility reflects in its numerous biotechnological applications in areas such as agriculture, energy, nutrition and effluent treatment. With the increasing in energy and food demand, cyanobacteria are considered a more sustainable alternative for the biosynthesis of products of industrial interest. In this context, the aim of this study was to evaluate the cyanobacteria growth in media supplemented with vinasse and its effect on lipid production and fatty acid composition, with focus on biodiesel production. So, eleven cyanobacterial strains from water samples from Amazonian rivers were morphologically and genetically identified as belonging to four orders - Nostocales, Chroococciodipsidales, Synecoccocales e Oscillatoriales. These strains had their growth evaluated in culture media supplemented with vinasse (1, 2,5, 5 and 10% v/v) and in vinasse diluted in ultrapure water (2,5, 5 and 10% v/v). All strains were able to grow at the concentrations tested, however, at higher vinasse concentrations, growth inhibition and/or higher heterotrophic contaminants proliferation was observed. In vinasse diluted in ultrapure water, none of them were able to grow. Two cyanobacterial strains were selected for subsequent analysis due to rapid growth (Planktothrix mougeotii CMAA1564) and favorable fatty acid profile for biodiesel production (Amazoninema brasiliense CMAA1602, a new genus). Then, these strains had their gowth investigated in the media BG11, BG11+1% and BG11+2,5% of vinasse using the gravimetric (dry biomass) and spectrophotometric (optical density - OD680nm e OD750nm) methods, for growth phases identification. The highest lipid and biomass productivities were observed in the biomass collected in the log phase in medium supplemented with 1% of vinasse, wtith the highest values observed for the P. mougeotii CMAA1564 (3,18 e 35,87 mg L-1 dia-1, respectively). The fatty acid profile of the lipid fraction showed the predominance of saturated and monounsaturated fatty acids in the oils of biomass grown in vinasse medium, with palmitic, palmitoleic, oleic and alpha-linolenic acids being the majority. From the fatty acid composition of the oils, it was possible to estimate eleven quality parameters of the biodiesel derived from these lipid feedstocks. Most of the properties evaluated werein accordance with the biodiesel quality specification estabilished in the national and international legislation, except for the kinematic viscosity that presented lower values. These results are promising given the opportunity for exploiting the underestimated cyanobacteria diversity for biotechnological purposes. This research shows the feasibility of using the lipid content of these organisms as an alternative lipid feedstock for biodiesel production

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 450533 bytes, checksum: d14de51f177a16c047cb046fafb1e533 (MD5) Previous issue date: 2009-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Mutations in GUN (Genome UNcoupled) genes have helped to understand the pathways of the chloroplast signal transduction that control the expression of nuclear photosynthetic genes. In this context, the gun4 genotype has been characterized in biochemical and molecular aspects. However, little is known whether this mutant produces a phenotype physiological aspects. In order to complement the phenotypic characterization of gun4 genotype, the aim of this study was evaluate the photosynthetic responses of gun4 plants of Arabidopsis thaliana under different levels of light and under light stress. The gun4 plants, in the absence of light stress showed reduced levels of chlorophyll a and b, minimal (Fo) and maximal (Fm) fluorescence in dark-adapted leaves, and quantum yield of unregulated energy dissipation of photosystem II (ΦNO) in 20%, 26%, 18% e 32%, respectively. Also, the effective quantum yield of the FSII (ΦFSII) and photochemical quenching (qL) were 11% and 20% higher, respectively. Higher values of ETR (electrons transport rate), ΦFSII and qL were also found in gun4 under different light intensities, showing that gun4 can maximize the transfer of light energy absorbed in the light harvest complex of FSII for the photosynthetic process. The rate of net carbon assimilation (A) and stomatal conductance (gs) were 43% and 61% lower in gun4 respectively, despite no difference in the flow of absorption of 14CO2 was observed, suggesting that the lower magnitude of photosynthesis is due to resistance to influx of CO2. After 14 hours of light stress, there was no difference in A, and the values of the electron transport rate (ETR) and ΦFSII were reduced by 35% and 50% respectively, both in gun4 and wild type (WT) plants. However, the quantum yield potential of FSII (Fv/Fm) decreased significantly only in WT, suggesting that gun4 may have a greater ability to minimize photoinhibitory effects. These results provide additional evidences for the higher non-photochemical quenching (qN) and quantum yield of regulated energy dissipation of the gun4 FSII (ΦNPQ). Together, the photochemical phenotypes of gun4 may explain the increase (48%) in the photochemical global network connectance after 28 hours of stress, demonstrating the greater ability of this genotype to adjust its photosynthetic apparatus in response to light stress. Finally, the results found in this study demonstrated that gun4 transfers and dissipates more efficiently the excess of light energy absorbed under light stress condition, despite a strong reduction in chlorophyll content. The results suggest the existence of a mechanism for the adjustment of the photosystem in order to offset the reduction of light absorption, indicating the importance of this mutant to explore the mechanisms that control the plasticity of the photochemical protein complex. / Mutações em genes denominados GUN (Genome UNcoupled) têm auxiliado na compreensão das rotas de transdução de sinais do cloroplasto que controlam a expressão de genes fotossintéticos nucleares. Nesse sentido, o genótipo gun4 tem sido caracterizado em aspectos bioquímicos e moleculares, no entanto pouco se sabe sobre aspectos fisiológicos desse mutante. Diante disso, de forma a complementar essa caracterização fenotípica, o objetivo desse trabalho foi avaliar as respostas fotossintéticas do mutante gun4 de Arabidopsis thaliana sob diferentes níveis de luz. Plantas gun4, na ausência de estresse luminoso, apresentaram níveis de clorofila a e b, fluorescências mínima (Fo) e máxima (Fm) de folhas adaptadas ao escuro e rendimento quântico de dissipação não regulada de energia do fotossistema II (ΦNO) reduzidos em 20%, 26%, 18% e 32%, respectivamente, enquanto que o rendimento quântico efetivo do FSII (ΦFSII) e o coeficiente de extinção fotoquímico (qL) foram 11% e 20% maiores, respectivamente. Valores maiores de ETR (taxa de transporte de elétrons), ΦFSII e qL também foram observados em gun4 sob diferentes intensidades luminosas, demonstrando que este fenótipo transfere de forma mais eficiente a energia luminosa absorvida no complexo coletor de luz do FSII para o processo fotossintético. A taxa de assimilação líquida de carbono (A) e a condutância estomática (gs) foram 43% e 61% menores em gun4, respectivamente. Porém, não houve diferença no fluxo de absorção de 14CO2, sugerindo que a menor magnitude de A seja devido a uma restrição difusional ao influxo de CO2. Após 14 h de estresse, não houve diferença em A e os valores da taxa de transporte de elétrons (ETR) e ΦFSII foram reduzidos em 35% e 50%, respectivamente, tanto nas plantas gun4 como no tipo selvagem (WT). Entretanto, o rendimento quântico potencial do FSII (Fv/Fm) decresceu significativamente apenas em WT, sugerindo que gun4 possa minimizar, mais eficientemente, efeitos fotoinibitórios. Isto se evidencia, adicionalmente, nos maiores valores de coeficiente de extinção não fotoquímico (qN) e rendimento quântico de dissipação regulada de energia do FSII (ΦNPQ). Em conjunto, esses fenótipos fotoquímicos de gun4 podem explicar o maior aumento (48%) na conectância global da rede fotoquímica após 28 h de estresse, demonstrando a maior capacidade deste genótipo em ajustar seu aparato fotossintético em resposta ao estresse luminoso. Por fim, os resultados encontrados neste trabalho demonstraram a alta capacidade do genótipo gun4 em dissipar o excesso de energia luminosa absorvida sob estresse e, apesar da forte redução no teor de clorofila, transferir esta mais eficientemente. Isso sugere a existência de um mecanismo de adaptação dos fotossistemas de forma a compensar a redução na absorção de luz, indicando um valor importante deste mutante para explorar os mecanismos que controlam a plasticidade dos complexos protéicos fotoquímicos.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 937113 bytes, checksum: 1ebb4d9a4a9691011fdc11ff9e9519bd (MD5) Previous issue date: 2010-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The functional divergence associated with biomass partitioning, carbon gain and water use was studied in 10 clones of Coffea canephora. Seedlings, raised as rooted stem cuttings, with four leaf pairs were grown under full sunlight in 24 dm3 pots. When 8 months old, the plants were submitted to varying irrigation treatments: a group of plants was watered regularly as needed (control plants); a second group was maintained at 66% field capacity for 90 days (mild water deficit). Half of the plants of each clone were then analyzed, the other half were kept at 33% field condition for more 30 days (severe water deficit). Multivariate analysis was performed in order to evaluate the functional divergence among clones and possible strategies to cope with water deficit. In general, the total biomass was dramatically decreased in droughted plants; this was accompanied by increases in the root mass ratio and decreases in the leaf biomass ratio, whereas only minor, if any, changes in the stem biomass ratio was found, although the stem density having increased significantly in most clones under drought conditions. In control plants, higher photosynthetic rates were associated with higher stomatal conductance and increased internal-to-atmospheric CO2 concentration ratio; however, gas exchange parameters and carbon isotopic composition did not correlate significantly. Regardless of water deficit, nitrogen isotopic composition did not change consistently among the treatments. In general, clones displaying higher hydraulic efficiency (lower stem density, higher root biomass ratio, transpiration rates, apparent hydraulic conductance, and more negative water potentials) showed improved carbon gain. These clones were able to keep higher net photosynthetic rates under mild water deficit at the expense of higher water use. Under severe water deficit, partial maintenance of photosynthetic rates was, to a great extent, dependent on a more favorable leaf water status associated with more conservative traits linked to water use. It should be emphasized that decreases in photosynthesis rates were accompanied by reductions in stomatal conductance under severe drought, resulting in negative correlation between photosynthesis rates and internal-to-atmospheric CO2 concentration ratio; as a result, negative correlation between gas exchange parameters and carbon isotopic composition was observed. Traits associated with water use, such as stem density, midday water potential and transpiration rate, in addition to carbon isotopic composition (under water deficit), could be useful tools for screening promising clones in response to water availability, specially because these traits are easily obtained and showed substantial amplitude among the clones. / A divergência funcional associada à partição de biomassa, ganho de carbono e uso da água foi estudada em 10 clones de Coffea canephora. Mudas com quatro pares de folhas, provenientes do enraizamento de estacas de ramos ortotrópicos, foram cultivadas a pleno sol, em vasos de 24 dm3. Quando atingiram oito meses, as plantas foram submetidas a regimes hídricos diferenciais: um grupo de plantas foi irrigado continuamente (plantas-controle), enquanto o segundo grupo (10 plantas de cada clone) foi submetido à desidratação, imposta pela supressão da irrigação, até que a umidade do solo atingisse 66% da água disponível na capacidade de campo, permanecendo nessa condição durante 90 dias (déficit hídrico moderado). Metade das 10 plantas de cada clone foi então analisadas; à outra metade, permitiu-se que a água disponível decrescesse para 33% em relação à disponibilidade hídrica na capacidade de campo, mantendo-se as plantas nessa condição por mais 30 dias, quando foram, pois, avaliadas (déficit hídrico severo). Análises multivariadas com decomposição em componentes principais foram feitas, com o intuito de se avaliar a divergência funcional entre os clones e as possíveis estratégias desenvolvidas, em resposta à disponibilidade de água. De maneira geral, o déficit hídrico acarretou reduções significativas na biomassa acumulada, com incrementos na razão de massa radicular e redução na razão de massa foliar, enquanto a razão de massa caulinar pouco variou, a despeito do aumento expressivo de densidade de caule na grande maioria dos clones avaliados. Nas plantas-controle, maiores taxas fotossintéticas estiveram associadas com maior condutância estomática e maior razão entre as concentrações interna e externa de CO2, mas não se observou correlação significativa entre trocas gasosas com a composição isotópica do carbono. Independentemente do regime hídrico, a composição isotópica do nitrogênio não variou consistentemente, em resposta aos tratamentos aplicados. De modo geral, clones com maior eficiência hidráulica (menor densidade de caule, maior razão de massa radicular, maior taxa de transpiração, maior condutância hidráulica aparente e potenciais hídricos mais negativos) exibiram maior ganho de carbono. Esses mesmos clones tenderam a manter maiores taxas de fotossíntese líquida sob deficiência hídrica moderada, às expensas de maiores taxas do uso da água. Sob déficit hídrico severo, a manutenção parcial das trocas gasosas foi, em grande extensão, dependente de um status hídrico mais favorável associado a características mais conservativas em termos de uso da água. Ressalta-se que, sob seca severa, as reduções nas taxas fotossintéticas ocorreram em paralelo com reduções na condutância estomática, resultando numa correlação negativa entre taxas de fotossíntese e a razão entre as concentrações interna e externa de CO2; como conseqüência, houve uma correlação negativa entre trocas gasosas e a composição isotópica do carbono. Variáveis associadas ao uso da água, como densidade do caule, potencial hídrico ao meio-dia e taxa de transpiração, além da composição isotópica do carbono (sob déficit hídrico), podem ser ferramentas úteis na identificação de clones promissores, em resposta à disponibilidade hídrica, especialmente porque são de fácil medição e exibiram uma amplitude substancial entre os clones.