O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito do silício aplicado em diferentes cultivares de cana-de-açúcar sobre alguns aspectos biológicos e comportamentais da cigarrinha (Mahanarva fimbriolata) e sobre a produtividade e a qualidade da cana-de-açúcar, em condições de laboratório e campo. Em laboratório, as cultivares SP79-1011 e SP80-1816 (resistentes à cigarrinha) e SP81-3250 (suscetível) foram cultivadas em solo arenoso ou argiloso sem e com adubação silicatada (800 kg·ha-1 de silicato de potássio). Em outro experimento, as cultivares SP81-3250 e SP79-1011, mantidas em vasos com e sem adição de silício, foram expostas a adultos da cigarrinha e, após diferentes períodos (0, 12, 24 e 36h), foi determinada a concentração de compostos fenólicos solúveis totais (CFST) nas plantas. Nesses dois experimentos, os insetos foram provenientes de criação mantida em laboratório. O experimento de campo foi realizado na Usina Guaíra, em Guaíra, SP e os tratamentos foram constituídos de 16 cultivares com e sem aplicação de silício (800 kg·ha-1 de silicato de cálcio e magnésio). A avaliação da infestação de cigarrinhas (ninfas e adultos) foi realizada quinzenalmente. Na época da colheita da cana, plantas foram coletadas para a análise dos parâmetros tecnológicos. Em laboratório, o silício absorvido e acumulado na planta causou um acréscimo na mortalidade de ninfas e, dependendo da cultivar, este elemento também proporcionou aumento na duração da fase ninfal e decréscimo na longevidade de machos e fêmeas. A cultivar SP79-1011 foi a que teve o melhor desempenho na maioria dos parâmetros analisados, tendo apresentado maior teor de silício foliar e causado maior mortalidade de ninfas e menor longevidade de fêmeas. O período de pré-oviposição, a fecundidade e a viabilidade dos ovos não foram afetados pelo silício nas plantas ou pela cultivar utilizada. O valor de CFST não diferiu entre plantas tratadas e não tratadas com silício. Após as primeiras horas de exposição à cigarrinha, a cultivar resistente não só produziu maior concentração de compostos fenólicos, mas, quando tratada com silício, respondeu mais rapidamente ao ataque. A adubação silicatada, no campo, diminuiu o número de ninfas, não interferiu na população de adultos e aumentou os valores de Brix% e Pol do caldo, assim como o teor de Fibra% cana. Por outro lado, houve variação na produtividade em função das cultivares, constatando-se os maiores valores nas cultivares SP84-1431 e SP80-3280. / The present work aimed to study the effect of silicon applied in different cultivars of sugarcanes in biological and behavioral aspects of the spittlebug (Mahanarva fimbriolata) and in the yield and quality of the cane. Studies were conducted in the laboratory and on the field. In laboratory the cultivars SP79-1011 and SP80-1816 (resistant to spittlebug) and SP81-3250 (susceptible) were grown in sandy or clay soil with and without silicon fertilization (800 kg·ha-1 of potassium silicate). In another experiment, the cultivars SP81-3250 and SP79-1011 were kept in pots with and without silicon addition, and were exposed to spittlebug adults throughout different periods (0, 12, 24 and 36h), and the concentration of soluble phenolic compounds in plants were quantified. In both experiments the insects were obtained from a laboratory rearing. The field experiment was conducted at Guaíra Sugarcane Mill, in Guaíra, São Paulo. Treatments consisted of 16 cultivars with and without silicon application (800 kg·ha-1 of calcium and magnesium silicate). The evaluation of spittlebug infestation (nymphs and adults) was performed fortnightly. At the time of sugarcane harvest, plants were collected to carry out the analysis of technological parameters. In the laboratory experiment, the silicon absorbed and accumulated in the plant caused an increase in nymphs mortality and, depending on variety, this element also provided an increase in the duration of the nymphal stage and decreased longevity of males and females. The SP79-1011 cultivar showed the best performance in most parameters, presenting higher silicon content in leaves and causing increased mortality of nymphs and shorter female longevity. The pre-oviposition period, fecundity and egg viability were not affected by the silicon in plants or the cultivar used. The value of soluble phenolic compounds did not differ between plants treated and not treated with silicon. After the first hours of exposure to spittlebug, the resistant cultivar not only produced a higher concentration of phenolic compounds, but when treated with silicon responded more quickly to the attack. Silicon fertilization in the field reduced the number of nymphs but did not affect the adult population and increased values of Brix% and Pol% from cane juice, and the sugarcane fiber content. Moreover, there was change in yield among cultivars with the highest values for SP84-1431 and SP80-3280.

A matriz elétrica brasileira é baseada em energias renováveis e principalmente, na energia hidráulica. Frente a algumas crises que o país viveu, faz-se necessário encontrar fontes alternativas de produção de energia elétrica que possam auxiliar a principal fonte energética, principalmente no período de estiagem. A biomassa é uma alternativa viável de combustível para a produção de eletricidade através de centrais de geração e cogeração de energia. Dentre as alternativas para a produção de eletricidade, temos as usinas de açúcar e álcool, que possuem um grande potencial de produção energética, que pode ser otimizado através do melhor aproveitamento da queima de bagaço. Esta dissertação estuda todos os elementos de cogeração de energia em usinas sucroalcooleiras, com ênfase no bagaço e na caldeira, propondo uma alternativa para aperfeiçoar a eficiência da queima do bagaço. Esta proposição é por meio da utilização de medidores de vazão e umidade do bagaço, aliado a um controlador lógico que atue sobre as entradas da cogeração de energia, para aumentar a eficiência da malha e diminuir o desperdício das variáveis de entrada. Todas as proposições são simuladas com dados de uma usina de açúcar e álcool, para que seja possível validar o modelo, e comprovar os ganhos provenientes da utilização do controlador. Através deste controlador, verificou-se que a usina queima mais bagaço que o necessário, diminuindo o rendimento da caldeira e perturbando o restante do processo. / The Brazilian electrical energy matrix is based on renewable energies mainly on hydroelectric energy. As the country has experienced some energy crisis, it is necessary to find alternative sources of electric energy production that can help to keep the offer of the main energy source, especially during the dry season. Biomass is a viable alternative fuel for the production of electricity, through generation power plants and cogeneration power plants. Among electricity production alternatives, we have the sugar and alcohol plants, which have a great energy production potential that which can be optimized through the best use of bagasse burning. This dissertation will study all the elements of energy cogeneration in sugarcane plants, by emphasizing bagasse and boiler, proposing an alternative to improve bagasse burning efficiency. This proposition will be proven through the use of flow meters and bagasse moisture, together with a logic controller that acts on the inputs of the energy cogeneration, which increase the efficiency of the mesh and reduce the wastage of the input variables. All propositions will be simulated with data from a sugar and alcohol mill, so that it is possible to validate the model, and to prove the gains from using the controller. Through this controller, it was verified that the plant burns more bagasse than necessary, reducing the efficiency of the boiler and disturbing the rest of the process.

O presente trabalho avaliou a recalcitrância de diferentes regiões do entrenó de plantas de cana-de-açúcar que apresentavam teores contrastantes de lignina total. As amostras com baixo teor de lignina corresponderam aos híbridos experimentais denominados de H58 e H89, com 18,6% e 16,8% de lignina, respectivamente. As amostras com elevado teor de lignina corresponderam ao híbrido H140 e a um cultivar comercial (CR), com 21,5% e 24,5% de lignina, respectivamente. De cada cana foram obtidas quatro regiões distintas dos entrenós: medula, interface medula-córtex, córtex e fração externa (epiderme mais córtex periférico). Cada uma das amostras foi submetida à hidrólise enzimática com celulases comerciais. Os resultados mostraram uma maior conversão de celulose e hemicelulose na região da medula (celulose: 86%, 78%, 85% e 50%; xilanas: 50%, 36%, 31% e 30% após 72h, para CR, H58, H89 e H140, respectivamente). O córtex e a fração externa foram as regiões mais recalcitrantes, já que as conversões de celulose e xilanas atingiu somente 10% a 38% no córtex e 6% a 10% na fração externa. Embora seja pouco recalcitrante, a medula representou menos do que 10% do volume e da massa do entrenó. Em contraste, o córtex representou 49% do volume do entrenó e 48% a 63% da massa, dependendo do híbrido estudado. A região medular também mostrou a predominância de glucanas (41% - 55%) e menor teor de hemiceluloses (16,8% - 20,5%; exceto H140) e lignina total (12,6% - 18,5%) em relação às demais frações. A determinação de ácidos hidroxicinâmicos nas amostras indicou a predominância de ligações destes ácidos na forma de éster com a hemicelulose e simultaneamente éter com a lignina, independentemente da fração de cana avaliada. Dentre os híbridos, o H89 e o H140 se destacaram por sua baixa e alta recalcitrância, respectivamente. Nas análises microscópicas, o número de feixes vasculares por área foi maior na região do córtex (13 a 22 feixes por 16 mm2) quando comparada com outras regiões, enquanto a fração externa apresentou apenas fibras. A medula se mostrou preenchida, em sua maior parte, por células do parênquima, contendo menos feixes vasculares (5 a 8 feixes por 16 mm2). Dentre os híbridos, o H140 foi o que apresentou menos feixes por área, porém com os maiores diâmetros (entre 390 e 583 ?m, dependendo da região). A presença de feixes vasculares mostrou ser muito importante para explicar a recalcitrância das amostras. Dentre os estudos de correlação realizados, foi possível notar que a recalcitrância das canas estudadas pode ser relacionada não apenas com o teor de lignina total, mas também com a densidade do material, a disponibilidade de celulose e a extensão dos feixes vasculares por área. / This study evaluated the recalcitrance of different regions of the internodes of sugarcane plants which presented contrasting lignin contents. Samples with low lignin content corresponded to the experimental hybrids termed H58 and H89, each one with 18,6% and 16,8% of lignin, respectively. The samples with high lignin content corresponded to the hybrid H140 and a commercial variety of sugarcane (CR), with 21,5% and 24,5%, respectively. Different fractions of the internodes were obtained from each plant: pith, pith-rind interface, rind and outermost rind (epidermis plus peripheral rind). Each sample was submitted to enzymatic hydrolysis with commercial cellulases. Results showed a higher conversion of cellulose and hemicellulose in the pith (cellulose: 86%, 78%, 85% and 50%, xylan: 50%, 36%, 31% and 30% after 72 hours for CR, H58, H89 and H140, respectively). Rind and outermost rind were the most recalcitrant regions, since the cellulose and xylan conversions reached only 10% to 38% in rind and 6% to 10% in the outermost rind. Despite its low recalcitrance, the pith region represented less than 10% of the volume and the dry mass of the internode. In contrast, the rind represented 49% of the internode volume and 48% to 63% of the dry mass, depending on the evaluated hybrid. The pith region also showed the predominance of glucan (41% - 55%) and the lowest contents of hemicellulose (16.8% - 20.5%, except for H140) and total lignin (12.6% - 18.5%). From the hydroxycinnamic acids determination, it was found that these acids were mostly linked to hemicellulose as esters and, simultaneously, to lignin as ether, regardless which fraction was analyzed. Among the hybrids, H89 and H140 stood out for its low and high recalcitrance, respectively. In microscopic analysis, the number of vascular bundles per area was greater in the rind region (13 to 22 bundles per 16 mm2) when compared to other regions, meanwhile the outermost rind showed only fiber cells. The pith showed itself occupied mostly by parenchyma cells, containing less vascular bundles (5 to 8 bundles per 16 mm2). Among the hybrids, H140 showed the smallest number of vascular bundles per area, but with the largest diameters (between 390 and 583 ?m, depending on the region type). The presence of the vascular bundles was found to be very important in order to explain the recalcitrance of the samples. Among the correlation analysis performed, it was noticeable that the recalcitrance of the studied sugarcanes could be related, not only to the total lignin content, but also to the biomass density, the cellulose availability and the extent of vascular bundles per area.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar condições de imobilização da levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 pelo método do aprisionamento em gel de alginato de cálcio visando à produção de bioetanol em biorreator STR tipo cesta à partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Primeiramente, realizou-se as etapas de obtenção, destoxificação e caracterização do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar. Realizou-se em seguida um screening objetivando a seleção de um meio de cultivo adequado para a produção de etanol por esta levedura. O meio escolhido foi aquele onde se suplementou o hidrolisado com extrato de levedura (3,0 g/L), peptona (5,0 g/L), (NH4)2SO4 (2,0 g/L) e CaCl2 (0,1 g/L), onde verificou-se um fator de conversão de xilose à etanol (Yp/s) de 0,33 g/g. As condições de imobilização da levedura foram então avaliadas por planejamento fatorial 23 completo onde os fatores concentração de alginato de sódio, concentração do cloreto de cálcio e tempo de cura foram investigados. Após a análise estatística, as condições 2% de alginato de sódio, 0,1M de cloreto de cálcio e tempo de cura de 12 horas foram fixadas para as etapas seguintes. Nestas condições, avaliou-se então a influência da concentração de células à serem imobilizadas e agitação durante a fermentação a partir de um planejamento fatorial 22 completo, definindo-se assim 10 g/L de células e 100 rpm como condições ideais. Após a determinação das condições de imobilização do processo, verificou-se a estabilidade das células imobilizadas em repetidos ciclos fermentativos, para isso cinco bateladas repetidas em frascos Erlenmeyer foram realizadas. Observou-se que apesar da levedura assimilar xilose e produzir etanol em todos os ensaios, uma diminuição na eficiência da fermentação foi verificada, diminuindo em 24% da terceira para a quarta batelada, indicando assim que a levedura imobilizada era viável para o sistema de batelada repetida em até 3 ciclos nas condições estudadas. Iniciou-se então ensaios fermentativos em biorreator STR tipo cesta, realizando-se ensaios em meio sintético e em hidrolisado hemicelulósico. Observou-se reprodutibilidade nos ensaios utilizando os diferentes meios, com um valor de Yp/s de 0,21g/g e uma produtividade volumétrica de 0,15 g/L.h em ambos os ensaios. Fermentações em sistema de bateladas repetidas foram realizadas neste biorreator STR tipo cesta. Realizou-se cinco ciclos consecutivos, ao final dos quais observou-se comportamento semelhante às bateladas repetidas realizadas em frascos Erlenmeyer, na qual a partir de três ciclos a capacidade fermentativa da levedura S. stipitis diminuiu, apresentando uma produtividade volumétrica em torno de 0,16 g/L.h nas três primeiras bateladas. O gel de alginato de cálcio apresentou considerável estabilidade em sistema de bateladas repetidas indicando a possibilidade de sua utilização nesse processo. Embora os resultados obtidos neste trabalho sejam inferiores aos observados com células livres por outros autores, os mesmos demonstraram o potencial do emprego do gel de alginato de cálcio e da levedura Scheffersomyces stipitis imobilizada para a produção de bioetanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar e contribuíram para os conhecimentos sobre a fermentação de hidrolisado hemicelulósico à etanol. / This study aimed to evaluate immobilization conditions for the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 entrapped in calcium alginate gel in basket type of STR bioreactor for ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate. For this purpose, first the steps to obtain the hydrolysate by dilute acid pretreatment, detoxification and characterization of hydrolysate was performed. Then, a screening aiming the selection of a suitable culture medium suitable for ethanol production by this yeast was carried out. The medium which showed maximum ethanol production (Yp/s, 0.33 g/g) was selected to continue the further studies. It was composed by the hydrolyzate supplemented with yeast extract (3.0 g/L), peptone (5.0 g/L), (NH4)2SO4 (2.0 g/L), CaCl2 (0.1g/L). The immobilization conditions of the yeast were then evaluated through a 23 factorial design where the three process variables i.e. concentration of sodium alginate, concentration of calcium chloride and reaction time were investigated. After statistical analysis, the optimum set of conditions (2% of sodium alginate, 0.1 M of calcium chloride and a reaction time of 12 hrs) were set to perform the following steps of this study. Subsequently, the influence of the cell concentration for immobilization and agitation during fermentation were studied considering a factorial design 22. This study revealed that 10 g/L of cells and 100 rpm were the optimum conditions for ethanol production via immobilized systems. After determination of the conditions for immobilization procedure, the stability of the immobilized cells were evaluated by repeated fermentation cycles, for that five repeated batches were performed in Erlenmeyer flasks. It was observed that despite the yeast assimilates xylose and produces ethanol in all assays, a decrease in the efficiency of the fermentation was verified from the third batch, revealing the 65% efficiency in the second batch and 39% in the fourth batch. This behavior indicates that the immobilized yeast is viable for repeated batch system only up to 3 cycles under the employed conditions. Fermentation tests in basket type STR bioreactor were carried out using synthetic medium and hemicellulosic hydrolysate as carbon source. Reproducibility was observed in assays using the different medium with ethanol yield (Yp/s) of 0.21 g/g and a volumetric productivity of 0.15 g/L.h in both assays. Fermentation assay in repeated batch system were carried out in STR basket type bioreactor. Five consecutive fermentation cycles were performed which eventually showed the similar behavior with the repeated batches conducted in Erlenmeyer flasks. The fermentative efficiency of the yeast S. stipitis was considerably good up to three cycles with a volumetric productivity of 0.16 g/L.h followed by a concomitant down fall. The calcium alginate gel showed a considerable stability in the experiments, indicating the viability of its application in repeated batch system. Although the results of this work are inferior to that observed by other authors using free cells, the calcium alginate gel potential is evident and the yeast Scheffersomyces stipitis showed to be capable to produce ethanol in immobilized form, contributing with knowledge for second generation ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate adopting biochemical platform.

O aumento na utilização do sistema de gotejamento em grandes culturas como a cana-de-açúcar, visa minimizar perdas hídricas durante o processo de irrigação, principalmente em períodos de escassez hídrica ocorrida no país. Para atingir tal propósito, o dimensionamento correto desse sistema de irrigação é de fundamental importância, viabilizando o manejo adequado e uso de práticas para aplicação de fertilizantes (solutos), via água de irrigação (fertirrigação). Nesse sentido, são necessárias informações um pouco mais precisas sobre a dinâmica da água e dos solutos no solo, os quais estão relacionados com a distribuição desta solução em torno do emissor (gotejador). Assim sendo, o principal objetivo dessa pesquisa consistiu em avaliar o desempenho do modelo HYDRUS-2D nas simulações numéricas da formação do volume de solo molhado sob irrigação por gotejamento subsuperficial, em diferentes fases de desenvolvimento da cultura de cana-de-açúcar (perfilhamento, crescimento dos colmos e maturação), buscando-se comparar os resultados obtidos pelas simulações do modelo com aqueles obtidos em condições experimentais. Para tal, foram coletados dados de umidade volumétrica do solo e das concentrações de potássio no solo, pela Técnica da Reflectometria no Tempo (TDR), tornando possível a obtenção de dados em tempo real da distribuição da solução, como também, auxiliar na avaliação e performance do modelo matemático HYDRUS-2D. Assim sendo, a referida pesquisa foi dividida em duas etapas: Etapa 1) Coleta de dados das propriedades físico-hídricas do solo e da distribuição da água e do potássio mediante um arranjo experimental, distribuído em dois tratamentos, inteiramente casualizados, sendo três repetições e seis parcelas, dispostos da seguinte maneira, Tratamento 1 (T1): sem cultivo de cana-de-açúcar e com emissor de vazão de 4,0 L h-1, Tratamento 2 (T2): com cultivo de cana-de-açúcar, com emissor de vazão 4,0 L h-1 e na Etapa 2) Foi realizada a simulação numérica da distribuição da solução (água e potássio), pelo modelo HYDRUS-2D nos respectivos estágios de desenvolvimento do cultivo da cana-de-açúcar (citados anteriormente). O desempenho do modelo foi avaliado com base nos seguintes parâmetros estatísticos: Raiz do Erro Quadrático Médio (RMSE) e Erro Absoluto Médio (MAE). A partir dos resultados obtidos nos parâmetros estatísticos, os dados estimados pelo modelo HYDRUS-2D obtiveram uma boa concordância em relação aos dados observados do conteúdo de água e da concentração de potássio presente no perfil de solo. Diante disso, pôde-se concluir que o modelo HYDRUS-2D forneceu uma caracterização aceitável do volume de solo molhado nas diferentes fases de desenvolvimento da cana-de-açúcar e também sem a presença da cultura. / Drip irrigation systems are increasingly being used for such major crops as sugarcane to minimize water losses during irrigation. Saving water is becoming more and more important also in Brazil because of increasing water scarcity in the country. Proper design of a drip irrigation system is fundamental to implementation of optimal water and nutrient management practices, including possible application of fertilizers with the irrigation water (fertigation). This in turn requires reliable information about expected water and solute distributions in the soil profile around the emitters (drippers) during and after irrigation The main objective of this research was to use the HYDRUS-2D software package to estimate wetted soil volumes around the drippers during subsurface drip irrigation at different stages of sugarcane development (tillering, stalk growth, maturation), and to compare numerical results with experimental data. Field data collected for this purpose included soil moisture and potassium concentration distributions using Time Domain Reflectometry (TDR). Results made it possible to follow evolving solute concentration distributions around the drippers in real time, and to evaluate the performance of HYDRUS-2D. The research was divided into two steps: Step 1 involved collection of physical and hydraulic data of the soil, as well as of water and potassium distributions by means of a completely randomized experimental arrangement using two treatments, each with three replicates. Treatments 1 and 2 were for the scenarios without and with sugarcane cultivation, with both treatments having a flow emitter rate of 4.0 L h-1. Step 2 involved HYDRUS-2D simulations of the moisture and potassium concentration distributions around the drippers at different stages of sugarcane development. Model performance was evaluated using the following statistical parameters: Mean Squared Error Root (RMSE) and Mean Absolute Error (MAE). From the results obtained in the statistical parameters, HYDRUS-2D predictions obtained a good agreement with the observed data of water content and the potassium concentration in the soil profile. Therefore, it was concluded that HYDRUS-2D model provided an acceptable characterization of the wetted volume at different stages of development of sugarcane and also without the presence of culture.

A parede celular de plantas é formada basicamente por celulose, hemicelulose e lignina. A formação dos polímeros de hemicelulose depende do suprimento de precursores chamados de açúcares-nucleotídeos. A biossíntese das diferentes estruturas de hemicelulose da parede celular envolve a participação de enzimas pertencentes às famílias das glicosiltransferases (GTs). Estudos feitos em Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Oryza sativa (arroz) e Zea mays (milho) auxiliaram na descoberta de 11 enzimas da via de interconversão nucleotídeo-açúcar e de enzimas da família das glicosiltransferases (GTs), como as GT2, GT8, GT43, GT47, GT61 e GT75, envolvidas na biossíntese de hemicelulose. O presente trabalho visa a identificação de genes da via de biossíntese de hemicelulose da parede celular de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) e análise filogenética entre Arabidopsis thaliana (planta modelo de eudicotiledôneas), Oryza sativa, Brachypodium distachyon, Zea mays, Sorghum bicolor e Saccharum spp. Foram identificados os genes das famílias GT2, GT8, GT43, GT47, GT61, GT75, CSL, Epimerase e UDPG em cana-de-açúcar a partir da busca em sete bibliotecas de RNA-Seq utilizando as sequências de O. sativa, Z. mays e S. bicolor como referência. Os domínios específicos de cada família gênica foram confirmados através do programa PFAM e consequentemente anotados. A identificação e anotação das sequencias possibilitou a construção de bancos de sequências das famílias envolvidas na biossíntese de hemicelulose para as espécies A. thaliana, B. distachyon, O. sativa, Z. mays e S. bicolor. Foram identificadas para cada espécie, respectivamente, um total de 67, 49, 49, 60 e 56 genes bona fides. O presente trabalho, além da identificação de genes nas diferentes espécies, permitiu a identificação e seleção de 27 genes candidatos envolvidos na biossíntese de hemicelulose em cana-de-açúcar e possivelmente envolvidos na recalcitrância da parede celular nas diferentes bibliotecas de RNA-Seq de cana-de-açúcar. / The plant cell wall is mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin. The formation of hemicellulose polymers lies on the supply of the so-called sugar-nucleotide precursors. The diverse hemicellulose structures biosynthesis of cell wall involves the participation of enzymes belonging to the families of glycosyltransferases (GTs). Studies in Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Oryza sativa (rice) and Zea mays (corn) aid the discovery of 11 enzymes of the nucleotide sugar interconversion pathway and enzymes of the GT family, as GT2, GT8, GT43, GT47, GT61 e GT75, involved in the hemicelluloses biosynthesis. This study aims to the identification of hemicellulose biosynthesis pathway genes from the cell wall of sugarcane (Saccharum spp.) and phylogenetic analysis of Arabidopsis thaliana (eudicotyledonous plant model), Oryza sativa, Brachypodium distachyon, Zea mays, Sorghum bicolor and Saccharum spp. The genes of the GT2, GT8, GT 43, GT47, GT61, GT75, CSL, epimerase and UDPG families were identified in sugarcane from a search in seven RNA-Seq libraries using the sequences of O. sativa, Z. mays and S. bicolor as reference. The specific domains of each gene family have been confirmed through the PFAM program and consequently noted. The identification and annotation of the sequences enabled the construction of sequences banks of the families involved in hemicellulose biosynthesis in the species A. thaliana, B. distachyon, O. sativa, Z. mays and S. bicolor. It was identified for each species, respectively, a total of 67, 49, 49, 60 and 56 bona fides genes. This work, in addition to the identification of genes in different species, allowed the identification and selection of 27 candidate genes involved in the biosynthesis of hemicelluloses in sugarcane and possibly involved in cell wall recalcitrance in the different sugarcane RNA-Seq libraries.

Com o crescente aumento da demanda energética e a redução dos recursos fósseis, os biocombustíveis obtidos a partir de biomassa lignocelulósica emergem como uma importante fonte de energia alternativa e sustentável. A biomassa lignocelulósica é formada basicamente por celulose, hemicelulose e lignina, cujo agrupamento compõem a complexa matriz da parede vegetal. A celulose é o principal composto de interesse presente na biomassa, uma vez que pode ser quebrada em glicose e usada no metabolismo de microrganismos para a posterior produção de etanol combustível. No entanto, diversos fatores tornam a biomassa recalcitrante ao processo de conversão, o que eleva o custo de produção dos biocombustíveis. Nesse contexto, proteínas aditivas, como as Expansinas vegetais vêm ganhando grande destaque devido à sua capacidade de afrouxar a parede celular por meio do enfraquecimento da ligação entre os polissacarídeos de forma não covalente, o que diminuí o estresse da parede celular e facilita assim a quebra da celulose por enzimas específicas. Assim, o presente trabalho teve como objetivo identificar genes da superfamília das Expansinas em quatro espécies de gramíneas (Zea mays, Sorghum bicolor, Brachypodium distachyon e Saccharum spp.). As sequências nucleotídicas obtidas a partir de bancos transcriptômicos de cana-deaçúcar foram usados na construção de árvores filogenéticas, por meio das quais pode se inferir as relações de ortologia entre espécies e selecionar sequências com potencial aplicação biotecnológica na promoção da sacarificação enzimática, aumento de biomassa e resistência vegetal à estresse abiótico, sendo estes ShEXPA14, ShEXPA24, ShEXPB22, ShEXPL3, ShEXPA1- zm, ShEXPA33, ShEXPB28, ShEXPB3, ShEXPB21, ShEXPB25 e ShEXPB4. Adicionalmente, os genes de sorgo e cana-de-açúcar foram caracterizados quanto aos domínios e motivos conservados das Expansinas de plantas, identificando as diferenças estre as subfamílias que podem contribuir para a maior especificidade das ?-expansinas em parede celular de gramíneas. / With increasing energy demand and the reduction of fossil resources, biofuels obtained from lignocellulosic biomass emerge as an important source of alternative and sustainable energy. The lignocellulosic biomass is basically formed by cellulose, hemicellulose and lignin, whose grouping makes up the complex matrix of the vegetal cell wall. Cellulose is the main compound of interest present in biomass since it can be broken down into glucose and used in the metabolism of microorganisms for the subsequent production of fuel ethanol. However, several factors make the biomass recalcitrant to the conversion process, which raises the biofuel production cost. In this context, additive proteins, such as vegetable Expansins have been gaining prominence due to their ability to loosen the cell wall by weakening the bond between the polysaccharides in a non-covalent way, which decreases the stress of the cell wall and thus facilitates the break of cellulose by specific enzymes. Thus, the present work aimed to identify nucleotide sequences of the Expansinas superfamily in four species of grasses (Zea mays, Sorghum bicolor, Brachypodium distachyon and Saccharum spp.). Sugarcane transcripts were used in the construction of phylogenetic trees, through which one can infer the relations of orthology between species and obtain sequences with potential biotechnological application in the promotion of enzymatic saccharification, biomass increase and plant resistance to abiotic stress, these being ShEXPA14, ShEXPA24, ShEXPB22, ShEXPL3, ShEXPA1-zm, ShEXPA33, ShEXPB28, ShEXPB3, ShEXPB21, ShEXPB25 and ShEXPB4. In addition, sorghum and sugarcane genes were characterized by the conserved domains and motifs of plant Expansins, identifying the differences between the subfamilies that may contribute to the greater specificity of the EXPB in the cell wall of grasses.

Muitos fatores, como variações sazonais, tipos de tecido vegetal, cultivares e espécies de hospedeiro, tipo de solo, interação com microrganismos benéficos ou patógenos entre outros, afetam a estrutura e a composição da comunidade bacteriana das plantas. A introdução de plantas geneticamente modificadas (PGM) foi somada ao conjunto desses fatores, podendo acarretar efeitos diretos e indiretos sobre a comunidade bacteriana. Cana-de-açúcar é uma cultura de grande importância no Brasil; a área de cultivo está em expansão devido aos incentivos para a produção de álcool. Uma bactéria potencialmente importante para a cultura de cana-de-açúcar é a Methylobacterium, um importante endófito de diversas culturas de interesse econômico e que, em cana-de-açúcar, pode melhorar a germinação de sementes, promover um aumento do peso da planta e da área foliar, além do número de internódios. Dessa forma, o trabalho teve como objetivos: i) avaliar os efeitos da canade- açúcar transgênica resistente a insetos e a herbicida sobre a comunidade bacteriana associada; ii) avaliar se o suposto efeito causado pela cana-de-açúcar transgênica resistente a herbicida deriva diretamente do transgene ou dos tratos culturais diferenciados aos quais a planta transgênica é submetida; iii) avaliar a interação entre Methylobacterium spp. e cana-de-açúcar. Analisando a densidade bacteriana das plantas de cana-de-açúcar convencionais e transgênicas não foi possível constatar diferenças relacionadas à introdução dessas plantas. Analisando somente quanto ao manejo de ambos os experimentos, foi possível observar que diferenças em trato cultural ou manejo de plantas, decorrentes ou não da transgenia, podem influenciar a comunidade bacteriana. Por meio de ARDRA, foi possível observar distribuição diferenciada dos ribotipos com a introdução das PGMs. No experimento realizado somente com plantas transgênicas para resistência a Imazapyr, foi possível notar que, em 17 meses, a presença da planta transgênica e a aplicação do herbicida Imazapyr podem ter resultado na redução da densidade bacteriana associada à rizosfera de cana-de-açúcar. Por meio de DGGE, foi visto que o estado fisiológico da planta foi a maior fonte de variação. Novamente por meio de ARDRA, foram observados ribotipos cuja presença foi afetada pelo cultivo da planta transgênica. Esses ribotipos diferentemente distribuídos poderiam resultar em alterações na atividade bacteriana dessas plantas, uma vez que esses ribotipos podem representar grupos funcionais importantes. A colonização de Methylobacterium spp. em cana-de-açúcar foi analisada por meio de microscopia eletrônica de varredura, reisolamento e microscopia óptica de fluorescência. Foi visto que as linhagens utilizadas colonizam cana-de-açúcar, sendo que os pontos de maior colonização são os flanges cuticulares e as regiões pilosas da raiz. Outros estudos são necessários para o melhor aproveitamento dessa bactéria na cultura de cana-de-açúcar. / Many factors, such as seasonal variations, kinds of vegetal tissue, cultivares and host species, kind of soil, interaction with beneficial or pathogen microorganisms, among others, affect the structure and composition of plants bacterial community. The introduction of genetically modified plants (GMP) was added to the set of these factors, making it possible to cause direct and indirect effects on the bacterial community. Sugarcane is a very important crop in Brazil; the cultivation area is expanding due to incentives to alcohol production. A potentially important bacterium for sugar cane cultivation is the Methylobacterium, which is an important endophyte for several cultures of economic interest and which can improve seed germination in sugar cane, promote an increase of plant weight and foliar area, and also the internodes. Thus, the work had as objectives: i) to assess the effects of transgenic sugarcane resistant to insects and herbicide on the associated bacterial community; ii) to assess if the presumed effect caused by transgenic sugarcane resistant to herbicides derives directly from the transgene or differentiated cultural handlings to which the genetically modified plant is undertaken; iii) to assess the interaction between Methylobacterium ssp. and sugarcane. Analyzing the bacterial density of conventional and transgenic sugarcane plants it was not possible to see differences related to the introduction of these plants. Analyzing only in relation to the handling of both experiments, it was possible to see that differences in cultural wielding or handling of plants derived or not from transgenia can influence the bacterial community. By means of ARDRA, it was possible to see a differentiated distribution of ribotypes with the introduction of GMPs. In the experiment made only with transgenic plants for Imazapyr resistance, it was possible to see that in 17 months, the presence of the transgenic plant and the application of Imazapyr herbicide can bring result regarding the bacterial density reduction associated to sugarcane rizosphere. By means of DGGE, it was seen that the physiological status of the plant was the greatest variation source. Again, by means of ARDRA, ribotypes whose presence was affected by transgenic plant cultivation were observed. If distributed differently, these ribotypes can represent important functional groups. The Methylobacterium ssp. Colonization in sugarcane was analyzed and by means of scanning electronic microscopy, re-isolation, and fluorescence optical microscopy. It was observed that the utilized lineages colonize sugarcane being cuticle flange and perilous regions of root the highest colonization points. Other studies are needed to a better good use of this bacterium in sugarcane culture.

A cana-de-açúcar (Saccharum spp.), por acumular sacarose em altas concentrações tem sido o foco de diversas pesquisas bioquímicas e fisiológicas. A relação entre a atividade fotossintética do tecido fonte da folha e o acúmulo de sacarose no órgão dreno, o colmo, ainda não é bem compreendida. Em estudos prévios observou-se que a atividade fotossintética declina durante a maturação do colmo em cultivares comerciais. As folhas de cana-de-açúcar aparentam possuir a capacidade de aumentar o fornecimento de açúcares para o colmo sob condições de aumento da demanda. E ainda, em plantas superiores, o açúcar tem um importante papel no controle do crescimento e desenvolvimento, no entanto, as vias de sinalização e seus correspondentes mecanismos moleculares e metabólicos, ainda estão sendo decifrados. Porém, as informações a respeito da regulação por açúcares são escassas em cana-de-açúcar. Assim, para compreender os mecanismos relacionados ao acúmulo de sacarose e os mecanismos metabólicos de sinalização de açúcares e análogos, realizou-se ensaios de sinalização exógena de açúcares, acompanhando as alterações do transcriptôma e metabolôma, de modo a relacionar essas informações para obtermos uma visão de biologia sistêmica. A partir deste estudo foi possível identificar relações entre a sinalização de açúcares e seus homólogos, o desenvolvimento da cana-de-açúcar e as diversas vias em que estes podem atuar, tais como; glicólise, transportadores de açúcares, genes sinalizadores, metabolismo de sacarose e trealose. No que se refere ao desenvolvimento da planta, notou-se diferenças temporais na maneira pela qual os açúcares são reconhecidos, podendo estar relacionado às alterações de papel da folha (dreno-fonte) ao longo do desenvolvimento. Observou-se uma sensibilidade maior aos 12 meses, do que aos 4 meses, tanto para a ação dos açúcares quanto para o efeito osmótico, em que houveram maiores alterações no perfil de expressão gênica e na quantidade de metabólitos diferenciais. No entanto, as respostas de alterações de expressão e concentração de metabólitos aparentam ser opostas. E ainda, a concentração ótima de açúcar para desencadear uma sinalização positiva, deve ser posteriormente investigada. / Sugarcane (Saccharum spp.), due the capacity of sucrose accumulation in high concentrations has been the focus in diverse biochemical and physiological studies. The relationship between leaf photosynthesis and sugar accumulation in the sink organ, the culm, is still not fully understood. In previous studies it has been observed that photosynthesis declines during culm maturation in commercial cultivars. Sugarcane leaves appears to posess the capacity to increase the sugars supply at the culm under increased conditions demand. In higher plants, sugar has an important role controlling growth and development, however, the signaling networks and their molecular and metabolic components are still not fully understood. To understand the mechanisms related to sugar accumulation and the metabolic mechanisms of sugar signaling, exogenous sugar signaling assays were performed. Followed by transcriptomics and metabolomics analyzes using a systems biology approach. Through this study it was possible to identify the relationship between the sugars and homologues signaling, the sugarcane development and the diverse pathways where they can act, such as glicolysis, sugar transporters, signaling genes, sucrose and trehalose metabolism. At the plant development, it was possible to notice time differences on the way the sugars were recognized, what can be related to the changing leaf roles, (sink-source) through the development. Also a higher sensitivity at 12 months than 4 months, as for the sugar signaling action or as the osmotic effect was observed, which presented higher expression profile and metabolic amount alteration. However the gene expression and metabolic responses seems to be opposite. Still, an optimal sugar concentration to develop a positive signaling should be forward investigated.

As emissões anuais de dióxido de Carbono (CO2), considerado o gás efeito estufa mais importante (GEE), aumentaram em torno de 80% entre 1970 e 2004. Esse aumento ocorre, principalmente, devido ao uso de combustíveis de origem fóssil e as atividades agrícolas tal como mudança no uso da terra. Dentre os sistemas agrícolas as práticas de manejo adotadas constituem importantes ferramentas na mitigação da emissão dos GEE para atmosfera. Os solos agrícolas podem funcionar como fonte ou reservatório de GEE. A emissão de CO2 do solo é considerada a segunda maior componente do ciclo global do carbono sendo por tanto relevante nas variações climáticas. O cultivo do solo por métodos tradicionais que englobam aração e gradagem assim como outros métodos de preparo podem influenciar sobre as emissões de CO2, acelerando a mineralizacão do carbono orgânico do solo. O presente trabalho teve como objetivo quantificar as emissões de CO2 derivadas de diferentes sistemas de preparo do solo utilizados na cana-de-açúcar, assim como avaliar a contribuição da incorporação da palhada na emissão de CO2. A pesquisa foi desenvolvida em área de plantio pertencente à Usina Iracema (Município de Iracemápolis-SP). O solo é um Latossolo vermelho escuro, a colheita da cana-de-açúcar é realizada sem queima da palhada. Os sistemas de preparo avaliados foram: Preparo convencional (PC); preparo mínimo (PM); preparo Usina Iracema (PU). Adicionalmente, avaliou-se uma parcela sem qualquer alteração a qual foi utilizada como tratamento controle (TC). Os resultados indicaram interação significativa (p<0,001) entre preparo, palha e tempo após o preparo, sugerindo que o tempo após preparo é importante quando é avaliado o efeito do preparo sobre a emissão de CO2. Incrementos no fluxo de CO2 foram observados nos dias em que ocorreram operações de preparo e em que se apresentaram eventos chuvosos na área. A emissão acumulada ao longo do período de avaliação nos sistemas de preparo com palha foram maiores no PC, na ordem de 881,6 g m-2 de CO2, valor 34% superior ao encontrado no PU (583,2 g m-2 ) e 39% acima do PM (537 g m-2). Entretanto, quando a palha foi retirada observou-se que a emissão em PC foi superior (p<0,05) da encontrada no sistema PM e TC, mas não diferiu da observada no PU. Ao comparar a emissão acumulada encontrada no PC com o valor do TC encontrou-se que 238 g m-2 de CO2 foram emitidas a atmosfera devido às operações de preparo executadas; quantidade equivalente a 649 kg ha-1 de C-CO2 ou 0,68% do C do solo estocado em uma profundidade de 30 cm. O sistema PU emitiu 133,7 g m-2 de CO2 (364,6 kg ha-1 de C-CO2 ou 0,38% do estoque de C na camada 0- 30 cm). A incorporação da palha no PC gerou incremento na emissão de CO2 de 162 g m2, valor equivalente a 441,8 kg ha-1 de C-CO2 o 7,8% do total de C associado a resíduos da cana-de-açúcar. / The annual emissions of carbon dioxide (CO2), considered the greenhouse gas (GHG) more important, increased around 80% between 1970 and 2004. This increment mainly due to the use of fossil fuels, and agriculture as emissions from land use change. Land use management is an important tool to GHG emissions decrease. Agricultural soils can be a source or reservoir of greenhouse gases balance. The CO2 emission from the soil is considered the second largest component of the global carbon cycle by being relevant in climate variations. Traditional soil tillage and other land use management may influence on CO2 emissions, since it accelerates the mineralization of soil organic carbon. This study aimed to quantify the CO2 from different tillage systems used in cane sugar and, to evaluate the influence of the trash soil incorporation in the CO2 emission processes. The study was conducted at Iracema sugarcane mill area (Municipality of Iracemápolis-SP). The soil was an Oxisol; and the harvesting was mechanized, sugarcane unburned field. The tillage systems evaluated were: conventional tillage (CT), minimum tillage (MT); Iracema tillage (IT.) Additionally, it was evaluated a area without disturbance in which was left as control (NT). The results indicate significant interaction (p <0.001) between tillage, trash and time after tillage, it is suggesting that the time after preparation is important when we evaluate the effect of tillage on CO2 emissions. Increases in the CO2 flux were observed when it was done tillage operations and rainfall events. The accumulated CO2 emission across the study period in the tillage system with trash on soil were higher in CT, in order of 881.6 g m2 of CO2, 34% higher than the value found in the IT (583.2 g m-2) and 39% higher than found in PM (537 g m-2). However, when the trash were removed it was observed that the issuance of CT was higher (p <0.05) found in the MT system and NT, but differed from that observed in the IT. By comparing the accumulated emission found in the CT with the value of NT it was found that 238 g m-2 were issued to the atmosphere from the tillage operations performed; amount equivalent to 649 kg ha-1 C-CO2 or 0,68% C stock in soil to a depth of 30 cm. The IT system caused CO2 emission of 133.7 g m-2 (364.6 kg ha-1 C-CO2 or 0.38% of C stock in the layer 0-30 cm). The incorporation of trash in the CT generated increase in CO2 emissions of 162 g m-2, equivalent to 441.8 kg ha-1 C-CO2 or 7.8% of the total C associated with trash from sugar cane.