The terrestrial CO2 exchange in the Arctic plays an important role in the global carbon (C) cycle. The Arctic ecosystems, containing a large amount of organic carbon (C), are experiencing ongoing warming in recent decades, which is affecting the C cycling and the feedback interactions between its different components. To improve our understanding of the atmosphere-ecosystem interactions, the Greenland Ecosystem Monitoring (GEM) program measures ecosystem CO2 exchange and links it to biogeochemical processes. However, this task remains challenging in northern latitudes due to an insufficient number of measurement sites, particularly covering full annual cycles, but also the frequent gaps in data affected by extreme conditions and remoteness. Combining ecosystem models and field observations we are able to study the underlying processes of Arctic CO2 exchange in changing environments. The overall aim of the research is to use data-model approaches to analyse the patterns of C exchange and their links to biological processes in Arctic ecosystems, studied in detail both from a measurement and a modelling perspective, but also from a local to a pan-arctic scale. In Paper I we found a compensatory response of photosynthesis (GPP) and ecosystem respiration (Reco), both highly sensitive to the meteorological drivers (i.e. temperatures and radiation) in Kobbefjord, West Greenland tundra. This tight relationship led to a relatively insensitive net ecosystem exchange (NEE) to the meteorology, despite the large variability in temperature and precipitations across growing seasons. This tundra ecosystem acted as a consistent sink of C (-30 g C m-2), except in 2011 (41 g C m-2), which was associated with a major pest outbreak. In Paper II we estimated this decrease of C sink strength of 118-144 g C m-2 in the anomalous year (2011), corresponding to 1210-1470 tonnes C at the Kobbefjord catchment scale. We concluded that the meteorological sensitivity of photosynthesis and respiration were similar, and hence compensatory, but we could not explain the causes. Therefore, in Paper III we used a calibrated and validated version of the Soil-Plant-Atmosphere model to explore full annual C cycles and detail the coupling between GPP and Reco. From this study we found two key results. First, similar metrological buffering to growing season reduced the full annual C sink strength by 60%. Second, plant traits control the compensatory effect observed (and estimated) between gross primary production and ecosystem respiration. Because a site-specific location is not representative of the entire Arctic, we further evaluated the pan-Arctic terrestrial C cycling using the CARDAMOM data assimilation system in Paper IV. Our estimates of C fluxes, pools and transit times are in good agreement with different sources of assimilated and independent data, both at pan-Arctic and local scale. Our benchmarking analysis with extensively used Global Vegetation Models (GVM) highlights that GVM modellers need to focus on the vegetation C dynamics, but also the respiratory losses, to improve our understanding of internal C cycle dynamics in the Arctic. Data-model approaches generate novel outputs, allowing us to explore C cycling mechanisms and controls that otherwise would not have been possible to address individually. Also, discrepancies between data and models can provide information about knowledge gaps and ecological indicators not previously detected from field observations, emphasizing the unique synergy that models and data are capable of bringing together.

abstract: The molecular modification of semiconductors has applications in energy conversion and storage, including artificial photosynthesis. In nature, the active sites of enzymes are typically earth-abundant metal centers and the protein provides a unique three-dimensional environment for effecting catalytic transformations. Inspired by this biological architecture, a synthetic methodology using surface-grafted polymers with discrete chemical recognition sites for assembling human-engineered catalysts in three-dimensional environments is presented. The use of polymeric coatings to interface cobalt-containing catalysts with semiconductors for solar fuel production is introduced in Chapter 1. The following three chapters demonstrate the versatility of this modular approach to interface cobalt-containing catalysts with semiconductors for solar fuel production. The catalyst-containing coatings are characterized through a suite of spectroscopic techniques, including ellipsometry, grazing angle attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (GATR-FTIR) and x-ray photoelectron (XP) spectroscopy. It is demonstrated that the polymeric interface can be varied to control the surface chemistry and photoelectrochemical response of gallium phosphide (GaP) (100) electrodes by using thin-film coatings comprising surface-immobilized pyridyl or imidazole ligands to coordinate cobaloximes, known catalysts for hydrogen evolution. The polymer grafting chemistry and subsequent cobaloxime attachment is applicable to both the (111)A and (111)B crystal face of the gallium phosphide (GaP) semiconductor, providing insights into the surface connectivity of the hard/soft matter interface and demonstrating the applicability of the UV-induced immobilization of vinyl monomers to a range of GaP crystal indices. Finally, thin-film polypyridine surface coatings provide a molecular interface to assemble cobalt porphyrin catalysts for hydrogen evolution onto GaP. In all constructs, photoelectrochemical measurements confirm the hybrid photocathode uses solar energy to power reductive fuel-forming transformations in aqueous solutions without the use of organic acids, sacrificial chemical reductants, or electrochemical forward biasing. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Biochemistry 2018

Em seu habitat natural as algas estão sujeitas a ação simultânea de vários fatores, como radiação (fotossinteticamente ativa e ultravioleta), temperatura, salinidade e disponibilidade de nutrientes, entre outros. A variação desses fatores no ambiente natural ocorre de forma coletiva e uma rápida resposta do organismo é determinante pra sua sobrevivência. Neste trabalho foram conduzidos experimentos relacionados aos efeitos da variação nos parâmetros ambientais sobre a macroalga Gracilaria domingensis. Três linhagens cromáticas dessa espécie foram cultivadas no mar, em diferentes épocas do ano (estações chuvosa e seca). Os dados fotossintéticos e bioquímicos foram acessados em uma escala de tempo referente às variações observadas durante o período de luz do dia e em uma escala referente às variações observadas em semanas. Os resultados obtidos a partir de análises dos parâmetros fotossintéticos, conteúdo pigmentar, concentração de glutationa, concentração de aminoácidos tipo micosporina, conteúdo tecidual de carbono, nitrogênio e fósforo, teor de lipídeos e ácidos graxos e rendimento do ágar mostraram alterações no perfil bioquímico e fisiológico da macroalga. Essas alterações foram correlacionadas com os fatores abióticos e sugerem alterações no metabolismo como uma das estratégias de aclimatação da espécie. / In their natural habitat algae are exposed to simultaneous action of various factors, as radiation (photosynthetically active radiation and ultraviolet), temperature, salinity, nutrient availability and others. The variation in these factors in the natural environment occurs collectively and the algae capability for quick response is determinant for survival. In this work, studies related to the effects of environmental variation on the macroalgae Gracilaria domingensis were performed. Three chromatic strains were cultivated in the sea, at different times of the year (dry and rainy seasons). Biochemical and photosynthetic responses were accessed on a daylight time scale and on a week time scale. The reached results for photosynthetic parameters, pigment content, glutathione concentrations, mycosporine-like amino acids concentrations, carbon, nitrogen and phosphorus tissue content, lipids and fatty acids levels and agar yield, revealed the altered biochemical and physiological profile of macroalgae. These changes were environment related and suggest metabolism changes as a strategy used by this organism to acclimate.

Un des plus importants challenges scientifique de notre époque, est de trouver des réponses et solutions pour les questions et problèmes différents concernant la consommation d'énergie d'humanité. Les études scientifiques sur l'utilisation des ressources renouvelables spécialement d'énergie solaire gagnent en importance. Dans la biosphère conversion d'énergie solaire est accompli par des organismes photosynthétiques. Photosynthèse, spécialement ses mécanismes différents de régulation sont loin d'être compris. Les membranes thylacoïdales possèdent un rôle central dans la photosynthèse. Dans cette thèse nous étudions les paramètres structuraux des membranes thylacoïdales isolé des plants ou dans les algues avec la diffusion de neutrons aux petits angles et la dynamique des fragments des membranes thylacoïdales (BBY) avec diffusion élastique incohérente des neutrons. Des résultats présentés ici, présentent évidence pour l'occurrence des réorganisations petites mais bien discernables des membranes thylacoïdales pendent la photosynthèse et pour une transition dans les membranes BBY à les températures physiologiques et aussi présentent des exemples pour l'utilisation possible de diffusion neutronique pour l'investigation des échantillons biologiques in vivo. / One of the most important scientific challenges of our time is to find answers and solutions for the various questions and problems about the energy consumption of humanity. Scientific studies on the utilization of renewable resources, especially of solar energy, gain more and more importance. In the Biosphere, solar energy conversion to chemical energy is performed by photosynthetic organisms. Photosynthesis, especially its different regulatory mechanisms is far from being understood. Thylakoid membranes possess a central role in photosynthesis. In the present thesis we investigate structural parameters of the thylakoid membranes, isolated from higher plants and in different algal cells, with small-angle neutron scattering, and the dynamics of isolated thylakoid membrane fragments with elastic incoherent neutron scattering. The presented results, in addition to providing clear evidence for the occurrence of small but well discernible membrane reorganizations in thylakoid membranes during photosynthesis, and for a transition in BBY membranes at physiological temperatures, also present example of possible application of neutron scattering for the investigation of in vivo biological samples.

Os ritmos circadianos coordenam grande parte dos mecanismos fisiológicos, principalmente no metabolismo do nitrogênio, inclusive a assimilação do nitrato, que é a forma de nitrogênio mais incorporada pelos organismos fotossintéticos marinhos. Sua assimilação é feita pela enzima nitrato redutase (NR) que é regulada de forma sistêmica e em vários níveis: transcricional, pós-transcricional e pós-traducional. Tal modulação é exercida por diversos fatores como nitrato, luz, glutamato, quinases e por fatores de transcrição centrais do ritmo circadiano. A fotossíntese fornece os esqueletos de carbono e poder redutor para a incorporação do nitrogênio na síntese de glutamato. Gracilaria birdiae é uma macroalga endêmica do litoral brasileiro e ainda precisa de mais estudos em fisiologia, apesar da sua grande importância econômica. Este estudo desenvolveu um novo protocolo para o ensaio em larga escala da atividade enzimática da NR e analisou a oscilação do desempenho fotossintético ao longo do dia em G. birdiae. A alga, proveniente do Rio Grande do Norte, foi isolada a nível unialgal e apresentou uma taxa de crescimento relativo diário de 6,5% em laboratório. O novo protocolo descrito propõe as seguintes adaptações: amostragem de 20 mg de biomassa algal em vez de 100 mg, extrato bruto com 100 µL em vez de 1 mL, ensaio enzimático de 50 µL e parada da reação com sulfanilamida em vez de EtOH/ZnSO4. Estas modificações permitem o ensaio enzimático da NR semi-purificada de 8 testes com réplicas experimentais e biológicas e controle negativo (96 ensaios no total) em 3 horas. A caracterização enzimática demonstrou os seguintes parâmetros ótimos para atividade máxima: tampão fosfato pH 8, temperatura 25°C, 60 minutos de incubação, 1,25 mMol de nitrato e 50 µMol de NADH. A atividade máxima de 5,4 ± 0,7 nMol.min-1.mg-1 de proteínas e o KM 6 ± 2,2 µMol.L-1 para NADH e de 109 ± 11 µMol.L-1 para o nitrato. A enzima não apresentou atividade na presença de NADPH e demonstrou atividade 48 vezes maior que no protocolo inicial. Descrevemos um método preciso e reprodutível para análise em larga escala da atividade da NR que pode ser utilizado em estudos comparativos de cinética enzimática da NR de diferentes espécies ou em estudos de ritmos biológicos. A análise do desempenho fotossintético, feita em coletas de 15 mg de alga, foi caracterizada pela fluorescência da clorofila, demonstrando os seguintes parâmetros máximos: taxa de transporte de elétrons relativa (rETR) de 15,29 µMol elétrons.m-2.s-1, eficiência fotossintética (alfa) de 0,37 fótons/elétrons, irradiância de saturação (IK) foi de 41,32 µE.m-2.s-1 e houve fotoinibição a partir de 300 µE.m-2.s-1. Apenas o parâmetro alfa apresentou oscilação significativa em claro constante e manteve o período de 24 horas, apesar de ter diminuído sua amplitude em 50%. Isso pode ser devido a um controle pelo mecanismo central dos ritmos circadianos sobre proteínas ou pigmentos ligados ao fotossistema II, influenciando na capacidade de transformação de fótons em elétrons. Paralelamente, a aclimatação da alga à luz constante pode ter levado a uma queda na produção de pigmentos e fotoxidação, justificando a queda nos valores médios de alfa. G. birdiae é uma alga com grande importância econômica e ecológica e este estudo, ligado a outros trabalhos de fisiologia, confirma seu grande potencial para estabelecimento como organismo modelo para estudos fisiologia e fotossíntese / Circadian rhythms control most of physiological processes, including nitrate assimilation. This nutrient is the most incorporated form of nitrogen by marine plants and its assimilation is made by the nitrate reductase enzyme (NR) that is highly regulated in all levels expression, since mRNA transcription until protein degradation. Many factors coordinate this regulation, including the nitrate itself, light glutamate, kinases and by transcription factors of the central oscillator of the circadian rhythms. Photosynthesis also plays an especial role in NR regulation through carbon skeleton and NADPH synthesis that allows the last step of nitrate assimilation: glutamate synthesis. Gracilaria birdiae is an endemic marine rhodophyte from Brazil that still lacks physiological and molecular studies despite its extensively exploitation for agar-agar extraction. This study aimed the development of a large scale enzymatic assay of NR (NRA) and the analysis of daily oscillation of photosynthesis performance for G. birdiae. The algae, collected ant Rio Grande do Norte state, was isolated to a unialgal level and presented an average of relative daily growth rate of 6.5% in laboratory. The new protocol here described proposes the following adaptations for NRA: sampling of 20 mg instead of 100 mg, 100 µL of crude extract rather than 1 mL, NRA in 50 µL in place of 1 mL and reaction stop with sulphanilamide instead of an EtOH/ZnSO4 system. These changes allow the assay of the semi-purified NR of 24 samples all with its experimental and biological triplicates and negative control in 3 hours. Phosphate buffer at pH 8, 25°C, 60 minutes of incubation, 1.25 mMol of nitrate and 50 µMol of NADH. The maximum activity was 5.4 ± 0.7 nMol.min-1.mg-1 of protein and a KM of 6 ± 2.2 µMol.L-1 for NADH and of 109 ± 11 µMol.L-1 for nitrate. NR didn\'t show any activity in the presence of only NADPH as the electron donor and showed and 48 times greater activity in the new protocol, compared to the old one. We describe here an accurate and reproducible method for large scale NRA that can be used in comparative studies of NR kinetics or in biological rhythms of NR. The analysis of photosynthetic performance, made in 15 mg sampling of algal biomass, was characterized through chlorophyll fluorescence, revealing the maximum values of these parameters: relative electrons transfer rate (rETR) of 15,29 µMol elétrons.m-2.s-1, photosynthetic efficiency (the alpha parameter) of 0,37 photons/electrons, the saturating irradiance (IK) was 41.32 µE.m-2.s-1 and there was photoinhibition below the irradiance of 300 µE.m-2.s-1. The only variable that oscillated during the continuous light experiment and maintained the 24-hour period was the Alfa parameter, besides its 50% lower amplitude. This oscillation can be due to an endogenous control of the central circadian oscillator into proteins or pigments bound to the photosystem II, influencing the capacity of photon-electron transformation. At the same time, the acclimation to constant light could have driven the algae to a damping of pigment production and photoxidation, what explains the fall of alpha average values. G. birdiae is an alga with great economic and ecological relevance and this study confirms the potential for its establishment as a model organism.

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

Resumo: O objetivo do trabalho foi avaliar o desenvolvimento, as trocas gasosas, o rendimento e a composição do óleo essencial de Mentha piperita L. cultivada em solução nutritiva no2 Hoagland & Arnon (1950) com variação dos níveis de N, P, K e Mg. Assim, os tratamentos com 50% de N, P, K e 25% de Mg continha 94,0/15,5/107,5/12,15, com 50% de N, P, K e Mg continha 94,0/15,5/107,5/24,3, com 65% de N, 50% de P, 25% de K e 100% de Mg, continha 124,0/15,5/53,6/48,6 e com solução completa continha 189,0/31,0/214,5/48,6 mg L-1 de N/P/K/Mg. As variáveis avaliadas foram comprimento de parte aérea, massas secas dos diferentes órgãos, área foliar, razão de área foliar (RAF), área foliar específica (AFE), taxa assimilatória líquida (TAL), taxa de crescimento relativo (TCR), razão de massa foliar (RMF), distribuição de massa seca para os diferentes órgãos, assimilação de CO2 (A), transpiração (E), concentração intercelular de CO2 (Ci), condutância estomática (gs), resistência estomática (S%), ponto de compensação (PtCe), eficiência de carboxilação da rubisco, rendimento e composição do óleo essencial e teores de macro e micronutrientes em lâminas foliares e caules e pecíolos. Os resultados obtidos foram avaliados estatisticamente por análise de variância do fatorial e análise de regressão polinomial, utilizando-se o programa computacional SAS, com o nível de 5% de significância. As variáveis, comprimento, área foliar, massa seca dos diversos órgãos e total apresentaram variância heterogênea entre tratamentos, o que levou a utilização de análise de regressão ponderada e transformação logarítmica dos resultados para a análise de variância. Os resultados dos 18 índices fisiológicos, foram estimados pelo programa ANACRES. As plantas cultivadas com a solução nutritiva completa apresentaram maior TAL até 35 dias após transplante ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: :The aim of this stundy was to evaluate the development, gas exchange, yield and composition of essential oil of Mentha piperita L. cultivated in no 2 Hoagland & Arnon nutritive solution with varying levels of nitrogen, phosphorus, potassion and magnesium. Treatment of 50% nitrogen, phosphorus, potassion and 25% of magnesium content 94,0/15,5/107,5/12,15, Treatment of 50% nitrogen, phosphorus, potassion and magnesium content 94,0/15,5/107,5/24,3, Treatment of 65% de nitrogen, 50% phosphorus, 25% potassion and 100% magnesium, content 124,0/15,5/53,6/48,6 and Treatment of 100% nitrogen, phosphorus, potassion and magnesium content 189,0/31,0/214,5/48,6 mg L-1. The parameters evaluate were Shoot length, leaf area, and dry matter of leaf blades, stems plus petioles, roots and total,relative growth rate (RGR), net assimilation rate (NAR), leaf area ratio (LAR) and specific leaf area (SLA), leaf mass ratio (LMR), dry matter distribution in several organs (DMD), CO2 assimilation (A), transpiration (E), Intracelular CO2 concentration, stomatal conductance (gs), stomatal resistence (S%), CO2 compensation point (PtCe), Rubisco carboxlation efficiency, yield and composition oil. The results were evaluated by factorial ANOVA and polynomial regression analisys, usen SAS softwear with 5% significance. The parameters, Shoot length, leaf area, and dry matter of leaf blades, stems plus petioles, roots and total showed heterocedastcity making necessary the use of ponderated regression analisys and logarithmic transformation. The physiological indexes were stimated using ANACRES softwear. Plants grown whit complete nutritive solution presented higher TAL until 35 days after transplantation (DAT) and deacreased AFE at the begining of the cicle. TCR evolution was similar in different levels. Plants grown 50% N, P, K and Mg showed higher RAF and lower TAL, what ...(Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Carmen Silvia Fernandes Boaro / Coorientador: Gustavo Habermann / Banca: João Domi ngos Rodrigues / Banca: Marcia Ortiz Mayo Marques / Banca: Vandeir Francisco Guimarães / Banca: José Abramo Marchese / Doutor

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

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

Orientador: Edivaldo Domingues Velini / Banca: João Domingos Rodrigues / Banca: Fernando Tadeu de Carvalho / Resumo: Para que ocorra o efetivo controle de plantas daninhas é preciso que o herbicida além de ser absorvido, translocado e redistribuído pelas plantas, chegue até o sítio de ação em quantidade suficiente para ser fitotóxico, ou seja, uma vez presente na célula, interfira nos processos vitais específicos da planta daninha. Como o amicarbazone é um herbicida inibidor da fotossíntese torna-se necessário que alcance os cloroplastos das células das folhas para atuar em seu sítio de ligação no fotossistema II. Como conseqüência da interrupção do transporte de elétrons no fotossistema II ocorre um incremento na fluorescência produzida, além da formação de radicais livres que levam a planta à morte. Ainda para o sucesso no controle químico de plantas daninhas na produção da cana-de-açúcar é importante a seletividade da cultura aos herbicidas. Há cultivares que apresentam respostas diferenciadas aos herbicidas, tendo como conseqüências freqüentes, problemas de fitotoxicidade, podendo ocasionar redução na produtividade do canavial para as cultivares mais sensíveis. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a absorção e intoxicação de plantas daninhas e diferentes cultivares de cana-de-açúcar submetidas ao amicarbazone. O trabalho foi desenvolvido em quatro experimentos, sendo que o primeiro foi a verificação do consumo de água através da pesagem diária para Digitaria horizonthalis, Panicum maximum Jacq., Ipomoea grandifolia (Dammer) O'Donell, Ipomoea hederifolia L. e Brachiaria decumbens Stapf. e para as cultivares de cana-de-açúcar PO8862, SP80 3280 e RB83 5486, caracterizadas como sensível, intermediária e tolerante ao amicarbazone respectivamente. No segundo experimento foi quantificada a concentração do amicarbazone, imazapic, tebuthiuron e hexazinone em seiva de xilema das três cultivares de cana-de-açúcar e da Ipomoea grandifolia... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: To allow for the effective control of weeds, it is necessary that the herbicide can be absorbed, translocated and redistributed to the plant reaches its site of action in sufficient quantity to be phytotoxic, i.e. once present in the cell, interfere with vital processes specific to the weed. How amicarbazone is a photosynthesis inhibitor herbicide is needed to reach the chloroplasts of leaf cells to act in its binding site in photosystem II. As a consequence of the interruption of electron transport in photosystem II is an increase in fluorescence produced, besides the formation of free radicals that lead to plant death. Even for success in the chemical control of weeds in the production of sugarcane is important to selectivity of culture to herbicides. There are cultivars that exhibit differential responses to herbicides, and, as a consequence frequent problems of phytotoxicity, getting to lead to reduced productivity of sugarcane cultivars to the most sensitive. Thus, the objective was to evaluate the absorption and toxicity of weeds and cultivars of sugarcane subject to amicarbazone. The study was conducted in four experiments, and the first was to check the consumption of water through the daily weights for Digitaria horizonthalis,Panicum maximum, Ipomoea grandifolia, Ipomoea hederifolia and Brachiaria decumbens and for the varieties of sugarcane PO8862, SP80 3280 and RB83 5486, characterized as sensitive, tolerant and intermediate amicarbazone respectively. The second experiment measured the concentration of amicarbazone, imazapic tebuthiuron and hexazinone in xylem sap of the three varieties of cane sugar and Ipomoea grandifolia through Schollander pump and the chromatography and mass spectrometry (LC-MS) to extraction and quantification of compounds respectively. The third experiment was compared to the electron transport rate (ETR) with the concentration of amicarbazone absorbed... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre