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mplications of the ATP-Mg/Pi Transporter (APC1) for growth and responses to aluminum in Arabidopsis
No full textO transportador de adenilatos APC1 faz parte da família de transportadores mitocondriais MCF e, diferente de outros transportadores de adenilatos, realiza a exportação de ATP em troca de fosfato inorgânico. Este transportador recebe destaque por realizar essa troca de forma eletricamente neutra ao associar o ATP a um magnésio. Sendo assim, buscou-se realizar a caracterização fisiológica deste carreador de modo a compreender suas funções no crescimento e desenvolvimento de Arabidopsis thaliana em condições ótimas. Para esta finalidade análises biométricas, morfométricas e metabólicas foram realizadas. Os resultados obtidos sugerem que o transportador APC1 possui papel relevante porém não essencial no crescimento da parte área das plantas e no desenvolvimento de plântulas. Verificou- se também, maiores níveis de malato em folhas de plantas mutantes em relação ao genótipo selvagem. Esse resultado sugere que a função do APC1 pode estar associada com o funcionamento do complexo succinato desidrogenase e outras enzimas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos (ciclo TCA). Ainda, por se tratar de um transportador de adenilatos, APC1 pode influenciar no funcionamento do complexo ATP sintetase e no fluxo de elétrons pela cadeia transportadora de elétrons e com isso influenciando indiretamente no funcionamento do ciclo TCA e na produção de ácidos orgânicos. Tendo isso em vista buscou-se, adicionalmente, investigar o papel do APC1 frente o estresse por alumínio. Experimentos em meio de cultivo foram realizados para avaliar o impacto do alumínio no crescimento radicular. Observou-se que o transportador APC1 é relevante em condições de pH ácido sem a presença de alumínio. Adicionalmente, as linhas mutantes demonstraram ser menos sensíveis a presença de alumínio do que o tipo selvagem. Este fenótipo pode estar relacionado com níveis elevados de malato observados nos mutantes e sua possível exsudação frente a esse tipo de estresse. Não obstante, estudos adicionais ainda precisam ser feitos para que se dê maior suporte a estas hipóteses. Palavras-chave: Mitocôndria; Respostas á estresse; Transportador de adenilatos.The adenylate transporter APC1 is part of the MCF family of mitochondrial transporters and, unlike other adenylate transporters, it exports ATP in exchange for inorganic phosphate. This transporter stands out for carrying out this exchange in an electrically neutral way by associating ATP with magnesium. Therefore, we carried out physiological characterization of CRISPR-CAS9 mutants for this carrier in order to understand its specific contributions and functions in growth and development of Arabidopsis thaliana. For this purpose biometric, morphometric and metabolic analyzes were carried out. The results obtained suggest that the APC1 transporter has a relevant role in the growth of the aerial part of plants and in the development of seedlings. It was also found higher levels of malate in leaves of mutant plants in relation to the wild type genotype. This result suggests that the function of APC1 may be associated with the functioning of the succinate dehydrogenase complex and other enzymes of the tricarboxylic acid cycle (TCA cycle). Furthermore, as it is an adenylate transporter, APC1 can influence the flow of electrons through the electron transport chain and thus the functioning of the TCA cycle and the production of organic acids. With this in mind, we additionally investigated the role of APC1 in the face of aluminum stress. Experiments in medium culture were carried out to evaluate the impact of aluminum on root growth. It was observed that the APC1 transporter is quite relevant in acidic pH conditions without the presence of aluminum. Additionally, the mutant lines demonstrated to be less sensitive to the presence of aluminum than the wild type. This phenotype may be related to the high levels of malate observed in the mutants and its possible exudation in the face of this type of stress. However, additional studies still need to be carried out to provide greater support for these hypotheses. Keywords: Adenylate transporter; Mitochondria; Stress responses.CNPQ-Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic
Model-driven evaluation of microbial physiology: insights from protein allocation
Get PDFThe optimal allocation of proteins to cellular functions is crucial for cell survival and growth. However, the strategies employed by the cell are still elusive, as there are many supposedly conflicting objectives to be considered, such as minimizing the expenditure of resources, while at the same time affording to produce certain enzymes in excess, despite the lower demand for enzyme resources to maintain a certain amount of metabolic flux. Further, certain phenotypes, such as the overflow metabolism, are triggered by changes in resource distribution. In order to tackle these problems, the thesis focuses on the usage of protein-constrained metabolic models in combination with machine learning and integration with multi-omics data. Based on these approaches, here it is predicted the occurrence of overflow metabolism in the form of respiro-fermentative metabolism in the yeast Kluyveromyces marxianus. By integrating the metabolic model of K. marxianus with transcriptomics data, new insights on the genes, enzymes and metabolites involved in ethanol stress were obtained. Next, it is presented a new approach for studying enzyme usage redistribution, PARROT, which minimizes the distance between enzyme usage of an initial growth condition and a changing growth condition, based on the principle of minimal adjustment. The PARROT approach was able to predict enzyme usage in alternative growth conditions with higher accuracy than previous methods. While this approach is useful for studying resource redistribution, it is still not able to predict in vivo protein concentrations, given that the predicted usage is limited to a given metabolic flux and catalytic efficiency. To solve this problem, an approach that combines machine learning with metabolic modelling was developed, termed CAMEL. This approach could accurately predict in vivo concentrations, including for strains that were metabolically engineered. Finally, resource redistribution was evaluated on the context of enzyme promiscuity, from which a network of reactions termed “underground metabolism” can arise. To this end, the approach named CORAL was developed to integrate enzyme promiscuity constraints into metabolic models. It was found that these promiscuous enzymes are important for maintaining growth and providing robustness to disturbances in metabolism. The results obtained in this thesis are relevant to systems metabolic engineering endeavours, providing tools and knowledge to design microbial strains more suitable for industrial applications. Keywords: Systems biology; Metabolic engineering; Microbial physiology; Machine learning.A alocação ótima de proteínas para as funções celulares é essencial para a sobrevivência e crescimento da célula. No entanto, as estratégias empregadas pela célula ainda são pouco compreendidas, já que há objetivos conflitantes a serem considerados, como minimizar o gasto de recursos e, ao mesmo tempo, permitir a produção de determinadas enzimas em excesso, apesar da menor demanda por recursos enzimáticos para manter uma determinada quantidade de fluxo metabólico. Além disso, determinados fenótipos, como o metabolismo overflow, são desencadeados por mudanças na distribuição de proteínas. Para resolver esses problemas, esta tese se concentra no uso de modelos metabólicos com parâmetros enzimáticos em combinação com aprendizado de máquina e integração com dados multiômicos. Com base nessas abordagens, foi possível predizer a ocorrência do metabolismo overflow na forma de metabolismo respiro-fermentativo na levedura Kluyveromyces marxianus. Ao integrar o modelo metabólico da K. marxianus com dados de transcriptômica, foram obtidas novas informações sobre os genes, enzimas e metabólitos envolvidos no estresse causado por etanol. Em seguida, é apresentada uma nova abordagem para o estudo da redistribuição do uso de enzimas, PARROT, que minimiza a distância entre uma condição de crescimento inicial e uma condição de crescimento alternativa, com base no princípio do ajuste mínimo. A abordagem PARROT foi capaz de predizer o uso de enzimas em condições alternativas de crescimento com maior acurácia do que outros métodos. Embora essa abordagem seja útil para estudar a redistribuição de recursos, ela não é capaz de predizer as concentrações de proteínas in vivo, uma vez que o uso previsto é limitado a um determinado fluxo metabólico e uma dada eficiência catalítica. Para resolver esse problema, foi desenvolvida uma abordagem que combina aprendizado de máquina com modelagem metabólica, denominada CAMEL, que pode predizer com acurácia as concentrações in vivo de enzimas, inclusive para linhagens submetidas à engenharia metabólica. Por fim, a redistribuição de recursos foi avaliada no contexto da promiscuidade enzimática, a partir da qual pode se formar uma rede de reações denominada "metabolismo underground". Para tal, foi desenvolvida a abordagem denominada CORAL para integrar os parâmetros de promiscuidade enzimática a modelos metabólicos. Evidenciou-se que as enzimas promíscuas são importantes para manter o crescimento e proporcionar robustez a perturbações no metabolismo. Os resultados obtidos nesta tese também são relevantes para o avanço de estratégias de engenharia metabólica sistêmica, fornecendo ferramentas e conhecimento para construir linhagens microbianas mais apropriadas para aplicações industriais. Palavras-chave: Biologia de sistemas; Engenharia metabólica; Fisiologia microbiana; Aprendizado de máquina.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES
Responses to infestations of the main diseases in potato crops, related to micronutrient fertilization
Get PDFA batata é o quarto alimento mais consumido no mundo. A pinta preta Alternaria spp. é um fungo patogênico, o qual a batata é a planta hospedeira que pode desencadear lesões necróticas, o qual causa grandes perdas foliares e a diminuição direta da assimilação fotossintética da planta, o que resulta em grandes perdas em produtividade da cultura. A requeima da batata causada pelo oomiceto Phytophthora infestans, é importante por sua rápida proliferação em climas favoráveis de alta umidade, relacionado a temperaturas baixas, o que pode resultar em perda total da lavoura em dias, se não controlado. O controle desses fungos é realizado a partir da aplicação de defensivos agrícolas, químicos e biológicos, a partir de um bom monitoramento de pragas e doenças da lavoura. O objetivo deste trabalho é mostrar que um equilíbrio nutricional adequado, pode interferir na intensidade da infestação dessas doenças e resultar em melhor desempenho na produção da lavoura. A severidade de Alternaria spp. e Phytophthora infestans foi monitorada em uma lavoura de estação experimental no município de Casa Branca –SP, foi considerada a avaliação realizada 85 dias após o plantio. Em razão de fatores ambientais não houve infestação de requeima durante o período de avaliação, sendo então avaliada apenas a severidade da pinta preta. Os resultados deste trabalho irão auxiliar o manejo, a fim de obter melhor segurança e a confiança das aplicações dos micronutrientes e fontes do macronutriente P quelado, em todo desenvolvimento da lavoura de batata. Palavras-chave: Batata. Pinta preta. Alternaria spp. Micronutrientes. Equilíbrio nutricional. Requeima. Phytophthora infestans. Solanum tuberosum. Nutrição.Potatoes are the fourth most consumed food in the world. The black spot Alternaria spp. is a pathogenic fungus, of which potatoes are the host plant that can trigger necrotic lesions, which causes large leaf losses and a direct decrease in the photosynthetic assimilation of the plant, which results in large losses in crop productivity. Potato late blight, caused by the oomycete Phytophthora infestans, is important due to its rapid proliferation in favorable climates of high humidity, related to low temperatures, which can result in total loss of the crop within days, if not controlled. Control of these fungi is carried out through the application of agricultural, chemical and biological pesticides, based on good monitoring of pests and crop diseases. The objective of this work is to show that an adequate nutritional balance can interfere with the intensity of infestation of these diseases and result in better performance in crop production. The severity of Alternaria spp. and Phytophthora infestans was monitored in an experimental station crop in the municipality of Casa Branca – SP, the evaluation carried out 85 days after planting was considered. Due to environmental factors, there was no late blight infestation during the evaluation period, so only the severity of early blight was assessed. The results of this work will help management, in order to obtain better safety and confidence in the applications of micronutrients and sources of chelated macronutrient P, throughout the development of potato crops. Keywords: Potato. Early blight. Alternaria spp. Micronutrients. Nutritional balance. Late blight. Phytophthora infestans. Solanum tuberosum. Nutrition.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES
Analysis of the physicochemical properties of adjuvants and their influence on the droplet spectrum and drift in the wind tunnel
No full textA necessidade de melhorar cada vez mais a eficiência de aplicação de pesticidas e o controle fitossanitário, levou ao desenvolvimento de adjuvantes. No entanto, apesar da evolução dos adjuvantes, percebe-se que o controle de pragas, doenças e ervas daninhas continua sendo um gargalo na atividade Agrícola, assim são feitas aplicações de pesticidas em intervalos menores de modo a reduzir o nível de dano. A redução dos intervalos de aplicação pode aumentar a resistência das enfermidades, e contribuir no desequilíbrio ecossistémico e até em última instância aumentar os custos financeiros. Assim, é fundamental compreender a dinâmica dos adjuvantes melhorar a sua aplicação e garantir a sustentabilidade da Agricultura. Neste sentido, realizaram-se experimentos objetivando-se avaliar as características físico-químicas, o espectro de gotas e o potencial de redução de deriva de 8 adjuvantes comerciais. Para o efeito, nas propriedades físico-químicas avaliaram-se tensão superficial, condutividade elétrica, densidade, pH, ângulo de contato, e no espectro de gotas os diâmetros volumétricos e o percentual de volume de gotas com diâmetro menor que 100 μm e maior que 500 μm, por fim foi avaliada a deriva em túnel de vento. Os resultados indicaram que pode não existir uma relação direta entre as propriedades físico-químicas avaliadas com o espectro de gotas e deriva. Porém, alguns adjuvantes aumentaram o tamanho de gota. Além disso, a pressão de pulverização afeta de formas distintas o funcionamento dos adjuvantes, mas em geral, quanto maior for a pressão maior pode ser a redução do diâmetro mediano volumétrico e o aumento da porcentagem de gotas menor que 100 μm. No entanto os adjuvantes com percentual de volume de gotas menor que 100 μm maior apresentaram-se mais suscetíveis a deriva. Os adjuvantes a base de óleos apresentam melhor performance, porém é fundamental considerar o tipo de óleo a ser utilizado, para melhoria da qualidade de aplicação de pesticidas, isto porque cada óleo pode possuir dinâmicas diferentes. Palavra-chave: Adjuvantes; Propriedades físico-químicas; Espectro de gotas; Potencial de redução de deriva.The need to increasingly improve the efficiency of pesticide application and the control of pests, diseases, and weeds, has led to the development of adjuvants. However, despite However, despite the evolution of adjuvants, it is perceived that the control of pests, diseases and weeds still becomes a bottleneck in agricultural activity, so pesticide applications are made at shorter intervals or even increasing the recommended dose. The reduction of application intervals and the increase of application doses has significant negative impacts on the agricultural sector. Increasing doses and reducing application intervals cause ecosystem imbalance and can even increase disease resistance, and ultimately increase financial resources. Thus, it is essential to understand the dynamics of the adjuvants available in the sector to improve their application and better sustainability of Agriculture. In this sense, experiments were carried out to understand and evaluate the behavior of the physicochemical characteristics, droplet spectrum and drift reduction potential of 8 commercial adjuvants. For this purpose, surface tension, electrical conductivity, density, pH, contact angle were evaluated in the physicochemical properties, and in the droplet spectrum the volumetric diameters and the percentage of volume of droplets with a diameter less than one hundred microns and greater than five hundred microns, finally the drift in a wind tunnel was evaluated. The results indicated that there may not be a direct relationship between the chemical properties evaluated with the droplet and drift spectrum. However, some adjuvants increased the droplet size. In addition, the spray pressure affects the operation of the adjuvants in different ways, but in general, the higher the pressure, the greater the reduction in the volumetric median diameter and the increase in the percentage of droplets less than one hundred microns. However, adjuvants with a droplet volume percentage lower than one hundred microns higher were more susceptible to drift. Oils have better performance, but it is essential to consider the type of oil to be used, because each oil can have different dynamics to improve the quality of pesticide application. Keywords: Adjuvants; Physicochemical properties; Droplet spectrum; Drift reduction potential.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES
Technical analysis of the evolution of phytosanitary management of sugarcane cultivation in the region of Sertãozinho (SP) from 2007/08 to 2022/23
Get PDFA cana-de-açúcar é uma das principais culturas do Brasil, sendo este, o maior produtor mundial de açúcar. Nos últimos anos, o sistema de colheita de cana crua se concretizou e o pacote tecnológico de proteção de cultivos foi modificado. Portanto, entender a interação dos procedimentos de defesa sanitária vegetal e sua influência sobre parâmetros de produtividade da cultura é importante para uma análise evolutiva de manejo e analisar a performance financeira desse importante setor do agronegócio. O presente estudo analisou as mudanças no uso de soluções fitossanitárias e seu impacto na produção de Tonelada de Açúcar por Hectare (TAH), assim como o resultado econômico da atividade canavieira, na ótica do produtor rural. Baseado nos dados fornecidos pela Confederação da Agricultura e Pecuária do Brasil (CNA), para a cidade de Sertãozinho, no interior de São Paulo, entre as safras 2008/09 e 2019/20, identificou-se que a mudança para colheita mecânica de cana crua impôs grandes desafios no controle de patógenos e plantas daninhas, que demandaram maior utilização de ferramentas fitossanitárias, para impedir uma queda mais drástica da produtividade. Em contrapartida, para o contexto e período analisado, a produção de cana-de-açúcar sempre resultou em prejuízo econômico ao produtor remunerado pelo sistema Consecana, mesmo embora, o sistema apresentou-se sustentável, na maioria dos anos, do ponto de vista de curto e longo prazo. Palavras-chave: setor sucroenergético; produtividade; rentabilidade, defesa sanitária vegetal; histórico.Sugarcane is one of the main crops in Brazil, which is the world's largest sugar producer. In recent years, the sugarcane harvesting system has changed and demanded crop protection technological package modifications. Therefore, understanding the interaction of plant health defense procedures and their influence on crop productivity parameters is important for a management and financial analysis of this important agribusiness sector. The present study analysed changes in the use of phytosanitary solutions and their impact on the production of Tons of Sugar per Hectare (TAH) parameter, as well as the economic result of sugarcane activity, from the perspective of the rural producer. Based on data provided by the Brazilian Agriculture and Livestock Confederation (CNA), for the city of Sertãozinho, in the interior of São Paulo state, between the 2008/09 and 2019/20 harvest seasons, it was identified that the change to mechanical raw sugarcane harvesting posed major challenges in controlling pathogens and weeds, which required greater use of phytosanitary tools to prevent a more drastic drop in productivity. On the other hand, for the context and period analysed, sugarcane production has always resulted in negative profit for the producer paid through the Consecana system, although, the system has been economically sustainable in the short- and long-term, most of the time. Keywords: sugar-energy sector; plant health defense; productivity; profitability.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES
On the dynamics of magnetic domain walls in curved low-dimensional systems
Get PDFO nanomagnetismo se tornou um campo de pesquisa promissor nas últimas décadas. Esse fato se evidencia nas diversas propostas reportadas na literatura sobre o desenvolvimento de dispositivos baseados no transporte de texturas magnéticas em sistemas de baixa di- mensão. Nesse contexto, as paredes de domínio (PD’s) surgem como fortes candidatas para serem usadas como portadoras de informação, como no caso das racetrack memories. Pesquisas recentes têm demonstrado que o comportamento dinâmico de modos coletivos da magnetização apresenta grande sensibilidade às propriedades geométricas do espaço em eles se encontram inseridos. Em particular, os efeitos de curvatura receberam grande destaque nos últimos anos, emergindo como um atraente tópico de pesquisa da atuali- dade. Sob essa perspectiva, apresentamos neste trabalho um estudo a respeito do papel desempenhado pela geometria sobre o comportamento de PD’s em sistemas magnéticos de baixa dimensionalidade. Assim, demonstramos que a curvatura pode ser explorada para o controle do tipo de dinâmica que as PD’s exibem, bem como para ajustar a frequência e a amplitude das oscilações por elas desenvolvidas. Discutimos também intrigantes simila- ridades entre as PD’s e sistemas mecânicos bem conhecidos, como o oscilador harmônico. Finalmente, demonstramos como a curvatura e a torção são capazes de fazer emergir uma fenomenologia quiral, a qual traz consigo efeitos dramáticos como a não reciprocidade experimentada por PD’s em ambientes curvilíneos e a existência de sentidos privilegiados de corrente elétrica que otimizam o transporte dos sólitons magnéticos estudados. Palavras-chave: Nanomagnetismo. Parede de domínio. Efeitos de curvatura. Corrente spin polarizada.Nanomagnetism has become a promising research field in recent decades. This is evident in the various proposals reported in the literature regarding the development of devices based on the transport of magnetic textures in low-dimensional systems. In this context, domain walls (DWs) emerge as strong candidates to be used as information carriers, as in the case of racetrack memories. Recent research has demonstrated that the dynamic behavior of collective magnetization modes shows great sensitivity to the geometric pro- perties of the space in which they are embedded. In particular, the curvature effects have received considerable attention in recent years, emerging as an attractive and contempo- rary research topic. From this perspective, we present in this work a study on the role played by geometry on the behavior of DWs in low-dimensional magnetic systems. Thus, we demonstrate that curvature can be exploited to control the type of dynamics exhibited by DWs, as well as to adjust the frequency and amplitude of the oscillations they develop. We also discuss intriguing similarities between DWs and well-known mechanical systems, such as the harmonic oscillator. Finally, we demonstrate how curvature and torsion can give rise to a chiral phenomenology, which brings with it dramatic effects such as the non-reciprocity experienced by DWs in curved systems and the existence of privileged directions of electric current that optimize the transport of the magnetic solitons. Keywords: Nanomagnetism. Domain wall. Curvature effects. Spin polarized current.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES
Near-infrared spectroscopy and multispectral image analysis for classifying crambe seeds according to physiological potential
Get PDFA espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) e a análise de imagens multiespectrais (MSI) surgem como ferramentas promissoras para economizar tempo e recursos na indústria e nos laboratórios de análise de sementes, por permitirem a rápida pré-seleção de lotes de sementes, além de não necessitarem do uso de reagentes químicos para obtenção de seus resultados. As aplicações das técnicas NIR e MSI permitem discriminar os níveis de potencial fisiológico dos lotes de sementes de maneira rápida e precisa. O objetivo deste trabalho foi investigar a viabilidade de utilização do NIR e de um protótipo UV-VIS-NIR, utilizado para obtenção de imagens multiespectrais, em associação com os testes fisiológicos tradicionais, para classificar lotes de sementes de crambe quanto ao seu potencial fisiológico. Para classificação física e fisiológica das sementes de crambe, foram utilizados 12 lotes, sendo quatro linhagens e três lotes de cada. As sementes foram avaliadas por meio do teste de raios X e dos testes de germinação e crescimento de plântulas. No primeiro experimento, foram obtidos espectros NIR das amostras de sementes, com total de 12 leituras por lote. Os espectros originais das amostras de sementes foram pré-processados por meio de diferentes técnicas, sendo elas: Standard Normal Variate (SNV); 1ª derivada; 2ª derivada; 1ª e 2ª derivada de Savitzky-Golay (SG), além das combinações entre SNV e 1ª e 2ª derivada. Os lotes foram segmentados em duas classes, com base no potencial fisiológico: igual ou acima de 85% de germinação (maior potencial fisiológico) e abaixo de 85% de germinação (menor potencial fisiológico). Fez-se o uso dos espectros pré- processados para construção do modelo de classificação por meio do método Partial Least Squares – Discriminant Analysis (PLS-DA), sendo que o melhor modelo foi obtido com os espectros pré-processados pela técnica da 1ª derivada de SG. No segundo experimento, utilizando o protótipo UV-VIS-NIR, foram capturadas imagens multiespectrais de oito repetições de 25 sementes para cada um dos 12 lotes avaliados. As imagens foram obtidas nos comprimentos de onda de 395, 460, 520, 585, 620, 740, 850 e 940 nm, totalizando 768 imagens. Posteriormente, foi feito a extração dos valores de pixel da área segmentada de cada semente nas imagens multiespectrais com auxílio do software ImageJ. Os dados obtidos a partir das imagens foram convertidos em reflectância e os espectros originais foram submetidos aos métodos de pré- processamento: Standard Normal Variate (SNV); Multiplicative Scatter Correction (MSC); 2ª derivada; e 1ª derivada de Savitzky-Golay (SG). As sementes de cada lote foram segmentadas em duas classes, assim como no primeiro experimento: igual ou acima de 85% de germinação (maior potencial fisiológico) e abaixo de 85% de germinação (menor potencial fisiológico). Os espectros pré-processados foram utilizados para a construção de modelos de classificação por meio do método Random Forest (RF). Foi possível observar que dos 238 espectros utilizados para validação do modelo de imagens multiespectrais, 195 espectros foram alocados corretamente em suas classes de acordo com seu maior e menor potencial fisiológico. No primeiro experimento, o modelo PLS-DA obtido a partir dos espectros pré-processados por meio da 1ª derivada de SG apresentou 0,96 de acurácia e 0,92 de coeficiente Kappa, para os dados de validação, com quatro regiões (I: 1300 – 1400 nm; II: 1800 – 1900 nm; III: 2000 – 2100 nm, IV: 2250 – 2300 nm) sendo as mais importantes para distinguir as classes de potencial fisiológico das sementes de crambe. Já no segundo experimento, o modelo RF obtido a partir dos espectros pré- processados por meio da técnica MSC apresentou 0,81 de acurácia e 0,62 de coeficiente Kappa, para os dados de validação, sendo os comprimentos de onda: I: 385 nm; II: 740 nm; III: 850 nm; IV: 940 nm, os mais importantes para separação das classes de sementes de crambe com base no seu potencial fisiológico. Conclui-se que a espectroscopia NIR e a análise de imagens multiespectrais são ferramentas promissoras para serem utilizadas para classificação de lotes de sementes de crambe quanto ao potencial fisiológico. Palavras-chave: crambe abyssinica hochst. ex re fr. ; nir. ; quimiometria. ; reflectância. ; qualidade de sementes. ; modelos de classificação.Near-infrared spectroscopy (NIR) and multispectral imaging (MSI) analysis are promising tools for saving time and resources in the seed analysis industry and laboratories, as they enable rapid pre-selection of seed lots without the need for chemical reagents. Applications of NIR and MSI techniques allow rapid and accurate discrimination of seed lot physiological potential levels. This study aimed to investigate the feasibility of using NIR and a UV-VIS-NIR prototype, used for obtaining multispectral images, in association with traditional physiological tests to classify crambe seed lots according to their physiological potential. For physical and physiological classification of crambe seeds, 12 lots were used, comprising four lineages with three lots each. The seeds were evaluated through X-ray, germination, and seedling growth tests. In the first experiment, NIR spectra were obtained from seed samples, with a total of 12 readings per lot. The original seed spectra were preprocessed using various techniques: Standard Normal Variate (SNV), first derivative, second derivative, Savitzky-Golay (SG) first and second derivatives, as well as combinations between SNV and the first and second derivatives. Lots were segmented into two classes based on physiological potential: equal to or above 85% germination (higher physiological potential) and below 85% germination (lower physiological potential). The preprocessed spectra were used to construct a classification model through the Partial Least Squares – Discriminant Analysis (PLS- DA) method, with the best model achieved using spectra preprocessed with the SG first derivative technique. In the second experiment, using the UV-VIS-NIR prototype, multispectral images of eight repetitions of 25 seeds were captured for each of the 12 lots evaluated. Images were acquired at wavelengths of 395, 460, 520, 585, 620, 740, 850, and 940 nm, totaling 768 images. Pixel values from the segmented seed area in each multispectral image were extracted using ImageJ software. The data obtained from the images were converted into reflectance, and the original spectra were subjected to preprocessing methods: SNV, Multiplicative Scatter Correction (MSC), SG second derivative, and SG first derivative. The seeds in each lot were segmented into two classes, as in the first experiment: equal to or above 85% germination (higher physiological potential) and below 85% germination (lower physiological potential). The preprocessed spectra were used to build classification models through the Random Forest (RF) method. Among the 238 spectra used for model validation from multispectral images, 195 were correctly allocated according to their higher or lower physiological potential. In the first experiment, the PLS-DA model derived from SG first derivative preprocessed spectra showed an accuracy of 0.96 and a Kappa coefficient of 0.92 for validation data, with four regions (I: 1300–1400 nm; II: 1800–1900 nm; III: 2000–2100 nm, IV: 2250–2300 nm) being the most important for distinguishing crambe seed physiological potential classes. In the second experiment, the RF model derived from MSC-preprocessed spectra presented an accuracy of 0.81 and a Kappa coefficient of 0.62 for validation data, with the wavelengths I: 385 nm, II: 740 nm, III: 850 nm, IV: 940 nm being the most significant for class separation of crambe seeds based on physiological potential. It is concluded that NIR spectroscopy and multispectral imaging analysis are promising tools for classifying crambe seed lots based on physiological potential. Keywords: crambe abyssinica hochst. ex r.e. fr. ; nir.; chemometrics. ; reflectance.; seed quality. ; classification models.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES)Fundação Mato Grosso do Sul (FMS
Características fermentativas de silagens de gramíneas tropicais tratadas ou não com enzimas fibrolíticas
Get PDFEssa tese foi dívida em três capítulos: Capitulo 1 - Foi utilizado o delineamento em blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos foram as diferentes espécies forrageiras: planta inteira de milho (Zea mays), Cenchrus purpureus cv. BRS Capiaçu, Urochloa brizantha cv. Piatã, U. decumbens cv. Basilisk e Megathyrsus maximus cv. BRS Zuri. O milho e Capiaçu foram colhidos com 120 após plantio, e os capins tropicais com 60 d de rebrotação. O coeficiente de fermentação (CF) foi maior na planta de milho, seguido pelo Capiaçu, e menor para os capins piatã, basilisk e zuri. A fração fibrosa foi maior para o Capiaçu e menor para planta de milho. O pH da silagem foi menor para silagem de milho e Capiaçu, seguido pela silagem de Piatã e Basilisk, e menor para silagem de Zuri. O teor de amônia foi menor para silagem de milho e Capiaçu e maior para silagem de Zuri. A silagem de milho apresentou a maior fração “a” da matéria seca (MS) e a silagem de Zuri a menor concentração. Para fração “b”, houve efeito inverso. A fração “b” da fibra em detergente neutro (FDN) foi menor para a silagem de Capiaçu, enquanto a fração indigestível da FDN foi maior para essa silagem. A planta inteira de milho e Capiaçu apresentam elevado CF, resultando em um padrão de fermentação adequado, por outro lado, os capins piatã, basilisk e zuri apresentaram baixos CF, destacando a silagem de Zuri, que apresentou um perfil de fermentação clostrídica. A silagem de milho apresenta maior degradabilidade efetiva, enquanto a silagem de Capiaçu possui elevados teores de fibra indigestível. Capítulo 2 – O experimento foi realizado em esquema fatorial 4 × 2 (4 aditivos e 2 idades de rebrotação), no delineamento em blocos casualizados, com quatro repetições. Os aditivos testados foram: controle (sem aditivos; CT); Lactiplantibacillus pentosus cepa AV 14.17 (LP); celulase (CE), e, LPCE (LP + CE). As idades de rebrotação do capim zuri foram 60 e 90 dias. O aumento da maturidade das plantas de Zuri aumentou os teores de MS e de carboidrato solúvel e o CF, porém, diminuiu o teor de proteína bruta (PB). A população de bactérias do ácido lático foi maior para silagem CE e LPCE, aos 60 d. O pH foi menor nas silagens CE e LPCE, em ambas as idades de rebrotação. A concentração de amônia foi menor em CE e LPCE, aos 60 d apenas. O teor de ácido lático foi maior na silagem LPCE, aos 60 d. O ácido butírico foi detectado apenas em CT e LP, com 60 d. As silagens CE e LPCE apresentaram menor teor de FDN, fibra em detergente ácido e celulose. O teor de PB das silagens foi maior em CE e LPCE, quando o capim foi colhido com 60 d, sem apresentar diferença com 90 d. A adição da celulase, associada ou não à cepa de L. pentosus, foi eficiente em solubilizar constituintes de fibra, reduzir o pH e controlar microrganismos indesejáveis. Os resultados mais expressivos foram obtidos com a colheita do capim zuri após 60 d de rebrotação. Capitulo 3 – Esse capitulo foi divido em dois experimentos. No experimento 1, o milho foi colhido com baixo teor de MS (249 g/kg MN) e ensilado em esquema fatorial 4 x 2 (4 aditivos e 2 períodos de armazenamento), no delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições. Os aditivos testados foram: CT; L. buchneri (LB); xilanase (XL) e LB + XL (LBXL). Os períodos de armazenamento foram 30 e 60 d. A população de BAL foi maior em LB e LBXL, enquanto a população de leveduras reduziu nesses tratamentos. O teor de ácido acético foi maior em LB com 60 d, mas com 30 d não houve diferença entre os tratamentos. A estabilidade aeróbia foi maior nas silagens LB e LBXL. Os teores de FDN e FDA foram menores na silagem LB com 60 d de armazenamento. Todos os aditivos aumentaram a fração solúvel MS e matéria orgânica (MO). A digestibilidade efetiva da MS e MO foram maiores para LB e menores para CT. No experimento 2, o milho foi colhido com alto teor de MS (360 g/kg MN) e ensilado no delineamento inteiramente casualizado, com 5 repetições, utilizando os 4 aditivos citados no experimento 1. A população de fungos foi maior na silagem CT e menor em LBXL. O teor de amônia foi menor na silagem LBXL e maior em LB. O teor de lignina foi menor na silagem LBXL e maior na silagem CT. A digestibilidade efetiva da MS e MO, a 2%, foi maior na silagem LBXL e menor na silagem XL. A inoculação da silagem de milho com L. buchneri foi mais eficiente em melhorar o perfil fermentativo, a estabilidade aeróbia e o valor nutritivo da silagem em relação à xilanase, associada ou não a LB, principalmente em silagem de milho colhido com teor de MS baixo. Palavras-chave: coeficiente de fermentação; digestibilidade; perfil de fermentação.This thesis was divided into three chapters: Chapter 1 - A randomized block design was used, with five treatments and four replications. The treatments were different forage species: whole corn plant (Zea mays), Cenchrus purpureus cv. BRS Capiaçu, Urochloa brizantha cv. Piatã, U. decumbens cv. Basilisk and Megathyrsus maximus cv. BRS Zuri. The fermentation coefficient (FC) was highest in the corn plant, followed by Capiaçu, and lowest for piatã, basilisk and zuri grasses. The fibrous fraction was higher for Capiaçu and lower for corn plants. Silage pH was lowest for corn and Capiaçu silage, followed by Piatã and Basilisk silage, and lowest for Zuri silage. The ammonia content was lower for corn and Capiaçu silage and higher for Zuri silage. Corn silage had the highest “a” fraction of dry matter (DM) and Zuri silage had the lowest concentration. For fraction “b”, there was the opposite effect. The “b” fraction of neutral detergent fiber (NDF) was lower for Capiaçu silage, while the indigestible fraction of NDF was higher for this silage. The entire corn and Capiaçu plant showed high CF, resulting in an adequate fermentation pattern, on the other hand, piatã, basilisk and zuri grasses showed low FC, highlighting the Zuri silage, which presented a clostridic fermentation profile. Corn silage has greater effective digestibility, while Capiaçu silage has high levels of indigestible fiber. Thus, among the perennial grasses, Capiaçu, Piatã and Basilisk are recommended for silage, if corn silage cannot be used. Chapter 2 – The experiment was carried out in a 4 x 2 factorial scheme (4 additives and 2 regrowth ages), in a randomized block design, with four replications. The additives tested were: control (no additives; CT); Lactiplantibacillus pentosus strain AV 14.17 (LP); cellulase (CE), and, LPCE (LP + CE). Regrowth ages were 60 and 90 days. The increase in maturity of Zuri plants increased DM and soluble carbohydrate content and CF, however, decreased crude protein (CP) content. CE and LPCE silages had lower NDF, acid detergent fiber and cellulose content. The CP content of the silages was higher in CE and LPCE, when the grass was harvested after 60 days, without any difference after 90 days. The population of lactic acid bacteria was higher for CE and LPCE silage at 60 d. The pH was lower in CE and LPCE silages, at both regrowth ages. The ammonia concentration was lower in CE and LPCE, at 60 d only. The lactic acid content was higher in the LPCE silage, at 60 d. Butyric acid was detected only in CT and LP, at 60 d. The addition of cellulase, associated or not with the L. pentosus, was efficient in solubilizing fiber constituents, reducing pH and controlling undesirable microorganisms. The most significant results were obtained with the zuri grass harvest after 60 days of regrowth. Chapter 3 – This chapter was divided into two experiments. In experiment 1, corn was harvested with a low DM content (249 g/kg DM) and ensiled in a 4 x 2 factorial scheme (4 additives and 2 storage periods), in a completely randomized design, with four replications. The additives tested were: CT; L. buchneri (LB); xylanase (XL) and LB + XL (LBXL). Storage periods were 30 and 60 d. The NDF and ADF content were lower in LB silage after 60 d of storage. The BAL population was higher in LB and LBXL, while the yeast population reduced in these treatments. The acetic acid content was higher in LB at 60 d, but at 30 d there was no difference between treatments. Aerobic stability was greater in LB and LBXL silages. All additives increased the soluble fraction DM and organic matter (OM). The effective digestibility of DM and OM were higher for LB and lower for CT. In experiment 2, corn was harvested with a high DM content (360 g/kg DM) and ensiled in a completely randomized design, with 5 replications, using the 4 additives mentioned in experiment 1. There was little effect of the additives on the variables. The ammonia content was lower in LBXL silage and higher in LB. The lignin content was lower in LBXL silage and higher in CT silage. The fungal population was higher in CT silage and lower in LBXL. The effective digestibility of DM and OM, at 2%, was higher in LBXL silage and lower in XL silage. The inoculation of corn silage with L. buchneri was more efficient in improving the fermentative profile, aerobic stability and nutritional value of the silage in relation to xylanase, associated or not with LB, especially in corn silage harvested with low DM content. Keywords: digestibility, fermentation coefficient, fermentation profile.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPQFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - Fapemi
Prioritization of phytosanitary risks of quarantine pests threatening guava crops in the Federal District
Get PDFCom o progresso do comércio e a intensificação do trânsito de frutos, acentua-se a preocupação dos estados e dos países com a introdução e o estabelecimento de pragas quarentenárias visando a proteção da agricultura nacional, da saúde humana e ambiental. A entrada de uma nova praga no território pode implicar perdas econômicas diretas e indiretas ao produtor, ao consumidor e ao Estado. Para as instituições governamentais responsáveis pela Defesa Sanitária Vegetal é imprescindível adotar estratégias inteligentes que busquem prevenir a introdução e o estabelecimento de pragas quarentenárias, fazendo uso efetivo dos recursos disponíveis. Nesse aspecto, é fundamental desenvolver ferramentas que possibilitem identificar as pragas mais impactantes para a agricultura local. Este trabalho teve como objetivo avaliar o risco de Bactrocera dorsalis para a cultura da goiabeira no Distrito Federal, utilizando o MaxEnt, executado a partir da função ENMevaluate do pacote ENMeval, no ambiente R. A probabilidade de ocorrência de B. dorsalis nas diferentes regiões administrativas do Distrito Federal foi definida pela moda das probabilidades do polígono que define os limites regionais, utilizando-se o pacote exactextract e o pacote geobr, para obtenção de shapefiles relativos ao Distrito Federal e suas diferentes Regiões Administrativas. Como resultado, foi obtido o mapa de distribuição geográfica potencial da praga que revela Brazlândia e Planaltina como regiões com alto risco para a praga, sinalizando que tais áreas devem ser priorizadas no monitoramento de B. dorsalis. Palavras-chave: Psidium guajava; goiaba; Bactrocera dorsalis; dependência econômica; potencial estabelecimento; risco; priorização; pragas quarentenárias; Maxent.With the progress of trade and the intensification of fruit traffic, states and countries are getting increasingly concerned with the introduction and establishment of quarantine pests, aiming to protect national agriculture, human health, and the environment. The entry of a new pest into the territory can entail direct and indirect economic losses to the producer, consumer, and the state. For the governmental institutions responsible for Plant Health Defense, it is essential to adopt intelligent strategies to predict and prevent the entry and establishment of quarantine pests, making efficient and effective use of available resources. In this regard, it is fundamental to develop tools that enable the identification of the most impactful pests for local agriculture. This work aimed to evaluate the risk of Bactrocera dorsalis for the guava crop in the Federal District, using the MaxEnt , executed using the ENMevaluate function of the ENMeval package, in the R environment. The probability of occurrence of B. dorsalis in the different administrative regions of the Distrito Federal was defined by the mode (majority) of the probabilities of the polygon that defines the regional limits, using the exactextract package and the geobr package, to obtain shapefiles relating to the Distrito Federal and its different administrative regions. As a result, a map of the pest's potential geographic distribution was obtained, revealing Brazlândia and Planaltina as regions at high risk for the pest, signaling that such areas should be prioritized for monitoring B. dorsalis. Keywords: Psidium guajava; guava; Bactrocera dorsalis; economic dependency; potential establishment; risk; prioritization; quarantine pests; Maxent
Development and validation of microfluidic analytical devices based on cotton thread with colorimetric detection and digital image analysis
No full textEsta tese traz uma nova estratégia analítica, baseada na produção de dispositivos colorimétricos construídos a partir de fios de algodão, utilizando tecnologia microfluídica e metodologia de análise de imagens digitais, empregando smartphone como detector. Estes dispositivos são portáteis, de baixo custo, capazes de realizar testes confiáveis com consumo mínimo de amostra e reagentes, sendo altamente adequado para determinação analítica, mesmo em amostras reais complexas, proporcionando respostas rápidas e in situ. A fibra de algodão, devido à sua ampla disponibilidade, alta flexibilidade e conveniência, sem a necessidade de bombas adicionais, demostra-se ideal para a fabricação de microssistemas de análises totais (µTADs). No Capítulo 1 é apresentada uma visão geral teórica das informações relevantes desse contexto. No Capítulo 2, é descrito o desenvolvimento, otimização e validação de um dispositivo eficiente para quantificar com precisão e rapidez os íons cúpricos em amostras de água e cachaça, com base na reação de complexação que ocorre quando a cuprizona entra em contato com íons cúpricos, formando um complexo azul de coloração intensa. O Capítulo 3 expõe o desenvolvimento, otimização e validação de um sensor adequado para quantificar ácido ascórbico (vitamina C) em polpa de frutas, suplementos vitamínicos e sucos de frutas frescas. Este método baseia-se na reação redox do hexacianoferrato férrico, de maneira que, na presença de ácido ascórbico, o pigmento azul da Prússia é reduzido a Branco da Prússia. E a concentração de ácido ascórbico é diretamente proporcional a esse desbotamento. Palavras-chave: Fio de algodão; Microfluídica; Detecção colorimétrica; Imagem digital; Cobre (II); Vitamina C.This thesis presents a new analytical strategy based on the production of colorimetric devices made from cotton threads, using microfluidic technology and digital image analysis methodology, employing a smartphone as a detector. These devices are portable, low-cost, capable of performing reliable tests with minimal sample and reagent consumption, making them highly suitable for analytical determination, even in complex real samples, providing rapid and in situ responses. Cotton fiber, due to its wide availability, high flexibility, and convenience, without the need for additional pumps, proves to be ideal for the manufacture of total analysis microsystems (µTADs). Chapter 1 provides a theoretical overview of the relevant information in this context. Chapter 2 describes the development, optimization, and validation of an efficient device to accurately and quickly quantify cupric ions in water and cachaça samples, based on the complexation reaction that occurs when cuprizone comes into contact with cupric ions, forming a blue complex with intense coloration. Chapter 3 presents the development, optimization, and validation of a suitable sensor for quantifying ascorbic acid (vitamin C) in fruit pulp, vitamin supplements, and fresh fruit juices. This method is based on the redox reaction of ferric hexacyanoferrate, so that in the presence of ascorbic acid, the blue pigment of Prussian blue is reduced to white Prussian. The concentration of ascorbic acid is directly proportional to this fading. Keywords: Cotton thread; Microfluidics; Colorimetric detection; Digital image; Copper (II); Vitamin C.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG