Otimização do pré-tratamento hidrotérmico da palha de cana-de-açúcar visando à produção de etanol celulósico

The sugarcane industry has huge potential for biorefinery concept application, given its development in recent years. In this context, cane sugar straw has become an attractive raw material for biofuel production. This study aims to investigate the chemical composition of cane sugar straw from different regions of Brazil, and to optimize a hydrothermal pretreatment stage for cellulosic ethanol production. Results of chemical characterization of the cane sugar straw for the regions assessed indicated little influence of place on straw chemical composition. Hydrothermal pretreatment showed high efficiency in hemicellulose removal. Hydrothermal pretreatments operating with temperatures of 190 and 210 ºC presented satisfactory results, reaching values close to 100% hydrolysis.

TRATAMENTO DA VINHAÇA POR ADSORÇÃO EM CARVÃO DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR

The aim of this study was to develop an effective and economically viable technology for the treatment of vinasse, prior to its disposal in the soil for fertirrigation, aiming this way at reducing the environmental impacts generated by inadequately discarding this effluent. The primary treatment of vinasse by adsorption was evaluated. Adsorbents were prepared from sugar cane bagasse and their efficiency evaluated in relation to the treatment of vinasse. The process of preparation of activated carbon consisted of carbonizing bagasse at different temperatures followed by chemical activation with NaOH. The carbon samples obtained by solely carbonizing sugar cane bagasse were more efficient for removing turbidity of vinasse than samples activated with NaOH. The sample carbonized at 800 °C was the most efficient for removing turbidity of wastewater (83%). During a process of adsorption of vinasse in two stages, it was possible to obtain color removal, turbidity and COD of approximately 76, 85 and 69%, respectively. After the adsorption step of vinasse, the solid waste generated in the second stage of adsorption can be burned in the boilers of the power plant itself, affording an energy of 4606 cal g-1.

Efeito da aplicação de terbufos nas populações de três fitonematóides ectoparasitos em cana-de-açúcar

Utilizando-se um experimento com microparcelas em condições de campo, a presente pesquisa teve por objetivo estudar os efeitos de duas diferentes doses do nematicida organofosforado sistêmico Terbufos (Counter 50G) sobre as populações dos fitonematóides ectoparasitos Helicotylenchus dihystera, Criconemella ornata e Paratrichodorus sp. em cinco variedades de cana-de-açúcar (Saccharum sp.), verificando-se, ao mesmo tempo, o potencial de reprodução desses nematóides nas mesmas variedades. O produto foi aplicado nas proporções de 60 e 80 kg do produto comercial por hectare (p.c./ha), no momento do plantio. As variedades estudadas foram SP70-1143, RB813804, SP78-4764, CB45-3 e SP79-1011. Com os dois tratamentos nematicidas, as parcelas testemunhas e as cinco variedades, formou-se um desenho experimental do tipo blocos ao acaso, em esquema fatorial, com cinco repetições. As avaliações fundamentaram-se nos níveis populacionais dos nematóides, com a determinação do fator de reprodução (FR) dos parasitos nas variedades, nas parcelas tratadas e não tratadas pelo nematicida. Pelos resultados obtidos concluiu-se que o produto nas duas dosagens empregadas não interferiu significativamente nos índices populacionais dos três nematóides 16 meses após o plantio, exceto para a combinação C. ornata x Terbufos 80 kg/ha, para a variedade SP70-1143. Não foi possível ser determinada a hospedabilidade das variedades estudadas em relação aos três nematóides, devido aos baixos fatores de reprodução (FR), provavelmente relacionados à longa estiagem ocorrente no ano do experimento.

Efeito de terbufos em soqueira sobre fitonematóides ectoparasitos de cana-de-açúcar

Por ser comum a ocorrência de altos níveis populacionais de nematóides ectoparasitos em canaviais da região Nordeste, estudou-se o efeito do nematicida Terbufos (Counter 50G), em soqueira, em área infestada naturalmente por Helicotylenchus dihystera, Criconemella ornata e Paratrichodorus minor. O delineamento estatístico adotado foi o de blocos ao acaso em arranjo fatorial 2x3x5 (duas épocas de corte x três tratamentos nematicida x cinco variedades de cana-de-açúcar), com cinco repetições. Os tratamentos nematicidas consistiram de 3 kg i.a./ha aplicado por ocasião do plantio e após o primeiro corte, 4 kg i.a./ha aplicado no plantio, e testemunha, 0 kg i.a./ha, distribuídos em microparcelas de 2,0 m x 2,0 m. As avaliações, fundamentadas nas densidades populacionais dos nematóides, foram realizadas em cinco variedades de cana-de-açúcar (Saccharum spp.), CB45-3, RB813804, SP78-4764, SP79-1011 e SP 70-1143, na colheita da cana planta, 16 meses após o plantio, e primeira soca, 16 meses após o primeiro corte. Não houve interação entre nematicida, variedade e época de corte. As aplicações do nematicida e as variedades de cana não afetaram significativamente os níveis populacionais dos ectoparasitos. Entretanto, por ocasião do segundo corte, as densidades populacionais de C. ornata e P. minor foram significativamente menores do que no primeiro corte, ocorrendo o inverso com a população de H. dihystera.

Efeitos do uso de Crotalaria juncea e carbofuran em fitonematóides ectoparasitos de cana-de-açúcar

Foi estudado comparativamente o efeito do cultivo de Crotalaria juncea, por um ano, com incorporação, a uma aplicação do nematicida sistêmico carbofuran, no momento do plantio, em cana-de-açúcar (Saccharum sp.), var. SP79-1011, em solos naturalmente infestados por Helicotylenchus dihystera, Criconemella ornata, Paratrichodorus minor e Trichodorus sp. Foram determinados os níveis populacionais dos nematóides, acompanhados ao longo do experimento, e o comportamento de cada um no solo. As populações dos fitonematóides ectoparasitos estudados apresentaram número reduzido de espécimes, sendo pouco influenciadas pela incorporação da crotalária ou da aplicação do nematicida. Todas as populações permaneceram baixas, ao longo do desenvolvimento da planta, observando-se pequeno incremento populacional a partir dos 90 dias. O comportamento da população de C. ornata em função do tempo nas parcelas tratadas com crotalária ou carbofuran foi expresso pelas equações Y = 100,56524 + 0,01504X - 0,00003032X2 (R² = 0,5605**) ou Y = 10 0,62059 + 0,01394X - 0,00002786X2 (R² = 0,6416**), respectivamente. Ainda, em cana tratada com carbofuran, o aumento populacional de Trichodorus sp., no decorrer do experimento, obecedeu ao modelo quadrático Y = 13,16667 - 0,10904X + 0,00065711X2 (R² = 0,6916**).

Estudos sobre aplicações conjuntas de herbicidas e nematicidas sistêmicos na eficácia dos nematicidas em cana-de-açúcar

Com o objetivo de avaliar uma possível influência da aplicação conjunta de nematicidas sistêmicos e herbicidas sobre a eficácia dos nematicidas, no controle de Meloidogyne spp. e Pratylenchus zeae em cana-de-açúcar (híbrido de Saccharum spp.) no Nordeste, instalaram-se dois experimentos, um irrigado e outro não irrigado, ambos em canaviais nordestinos, há muito cultivados e comprovadamente infestados por fitonematóides. A variedade utilizada foi SP79-1011, os nematicidas aldicarb e terbufós e os herbicidas diuron, ametrina, oxyfluorfen e pendimetalin, aplicados no plantio, nas doses recomendadas comercialmente. As avaliações fundamentaram-se nos níveis populacionais dos nematóides observados em três diferentes momentos, e nos fatores de reprodução. Avaliaram-se também o desenvolvimento das plantas, a produtividade agrícola e dois parâmetros tecnológicos. Os resultados demonstraram que não houve efeito dos herbicidas na eficácia dos nematicidas, nem foram significativas as diferenças em relação à produtividade, exceto na área irrigada, para perfilhamento nos tratamentos com herbicidas, e número de colmos e perfilhos, nos tratamentos com nematicidas em relação à testemunha. Os nematicidas e herbicidas não afetaram os níveis de Pol e PCC do caldo, não interferindo, portanto, na produtividade industrial. Houve interação estatística entre nematicida e herbicida para P. zeae na rizosfera, na área irrigada, com a menor população do parasito encontrada na combinação aldicarb + pendimetalin.

Método para inoculação de ferrugem da cana-de-açúcar em segmentos de folhas

A reação de genótipos de cana-de-açúcar às populações de Puccinia melanocephala é intensamente influenciada por condições ambientais, dificultando as avaliações de genótipos em condições de campo. O trabalho visou desenvolver um método de inoculação de ferrugem em segmentos de folhas, sob condições ambientais controladas. Os segmentos foram obtidos de plantas com 30 dias de idade da variedade suscetível SP70-1143. Estes foram inoculados (2 x 10(4) esporos viáveis/mL) e acondicionados em tubos de ensaio. Os tratamentos consistiram em diferentes condições de incubação, considerando as variáveis (i) uso ou não de câmara úmida após a inoculação; (ii) imersão de ¼ ou ¾ do segmento no líquido do tubo e (iii) adição ou não de benzimidazol na água do tubo. O melhor tratamento consistiu na imersão de 3/4 dos segmentos em tubos com água, sem câmara úmida aplicada após a inoculação. Após incubação (21 ºC ± 1ºC, 12 h de fotoperíodo), os segmentos mantiveram-se viáveis por até 20 dias e apresentaram bom desenvolvimento de ferrugem. O método mostrou resultados equivalentes quando comparado à inoculação de plantas inteiras de três variedades, permitindo discriminar eficientemente suas reações à ferrugem.

Otimização e validação de uma metodologia analítica para determinação de 1-hidroxipireno em urina de cortadores de cana-de-açúcar

Este trabalho teve como objetivo otimizar e validar uma metodologia analítica para determinação de 1-hidróxipireno em urina de trabalhadores envolvidos na colheita da cana-de-açúcar. O método utilizado para determinação de 1-hidroxipireno em urina humana utilizado consiste na hidrólise enzimática, extração e clean-up por extração em fase sólida (SPE) e quantificação por cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência (CLAE/Flu). Quatro tipos de cartuchos foram testados para verificação da porcentagem de recuperação. Urina de cortadores de cana-de-açúcar (não-fumantes e de ambos os sexos) foram coletadas no período da safra (n=39) e entressafra (n=34) da cana-de-açúcar. Os melhores resultados de recuperação foram atribuídos aos cartuchos C18. Os mesmos apresentaram recuperação entre 79% e 108%, com coeficiente de variação entre 5% e 10%. O limite de quantificação do método foi de 74 ng de 1-hidroxipireno por litro de urina. A metodologia otimizada e validada foi utilizada para determinação de amostras reais. Os resultados encontrados na urina dos trabalhadores no período da safra variaram de 0,026 a 2,3 μmol de 1-hidroxipireno por mol de creatinina. No período da entressafra os resultados variaram de 0,0023 a 0,38 μmol de 1-hidroxipireno por mol de creatinina. A metodologia validada mostrou-se adequada para determinação de 1-hidroxipireno em urina humana. Os dados obtidos permitem concluir que há forte correlação entre excreção de 1-hidroxipireno e os períodos de safra e entressafra da cana de açúcar.

Gramíneas hospedeiras de Xanthomonas sp., agente causal da falsa estria vermelha da cana-de-açúcar

Falsa estria vermelha (FEV), uma nova doença causada por Xanthomonas sp., é diferente diferente de todas as outras doenças já descritas em cana-de-açúcar. Ela está distribuída por toda as principais regiões canavieiras do centro-sul do Brasil, mas ainda não foi detectada no norte e nordeste do Brasil nem em qualquer outro país. O presente estudo determinou a gama de culturas e plantas daninhas hospedeiras da bactéria dentre espécies pertencentes às gramíneas, através de inoculação por injeção e pulverização de suspensão bacteriana. Além da cana-de-açúcar, entre as 31 diferentes espécies estudadas, apenas sorgo, milho e aveia apresentaram sintomas, 15 dias após a inoculação. Em sorgo, no ponto de inoculação, apareceram estrias avermelhadas coalescentes. As folhas apresentaram típicas estrias vermelhas finas (1 mm), longas e paralelas às nervuras, com presença de exsudato bacteriano. Até mesmo as inflorescências apresentaram pontuações avermelhadas. Plantas de milho inoculadas com seringa apresentaram sintomas de anasarca e descoloração de tecidos ao redor do ponto de inoculação e estrias cloróticas (2-3 mm) no limbo foliar; porém, sem exsudato de bactéria. Apenas folhas de cevada apresentaram sintomas quando inoculadas por pulverização. As lesões iniciais eram estrias e manchas de cor palha, evoluindo para uma necrose total das folhas, causando a morte das plantas. A partir de folhas sintomáticas de cana-de-açúcar, sorgo, milho e aveia, realizaram-se re-isolamentos, obtendo-se culturas puras de Xanthomonas sp. cuja identidade foi comprovada através de testes sorológicos e por Rep-PCR. Diante desses resultados, surge a necessidade de realização de inspeções e campos de cultivo de sorgo, milho e aveia para verificar a presença da bactéria da FEV e determinar se o patógeno pode infectar essas culturas naturalmente.

Genes diferencialmente expressos em cana-de-açúcar inoculada com Xanthomonas albilineans, o agente causal da escaldadura da folha

A escaldadura da folha, causada pela bactéria Xanthomonas albilineans colonizadora do xilema, é uma das principais doenças da cana-de-açúcar. A sintomatologia na fase crônica é caracterizada principalmente pelo aparecimento de uma faixa branca paralela à nervura central da folha, que evolui até queimar totalmente, sendo também observado brotação de gemas laterais no colmo. Neste trabalho, a técnica de macroarranjos de cDNA foi empregada para o estudo da expressão de 3.575 ESTs (espressed sequence tags) em folhas de cana-de-açúcar. Foram utilizadas duas variedades, uma resistente (SP82-1176) e outra suscetível (SP78-4467) a Xanthomonas albilineans as quais foram infectadas mecanicamente por ferimentos. As membranas dos macroarranjos foram confeccionadas a partir de ESTs de bibliotecas de folha e cartucho de cana-de-açúcar provenientes do projeto SUCEST e hibridizadas contra sondas de cDNA de plantas infectadas e controle marcadas com isótopos radioativos. Analisando os resultados dos macroarranjos foi possível verificar um comportamento diferenciado para cada variedade durante o ataque do patógeno. Após realizadas análises estatísticas identificamos na variedade resistente ESTs com expressão induzida relacionadas com biossíntese de isoprenoides, proteínas LRR transmembrânica, "ziper" de leucina, lignificação, tolerância ao frio, diferenciação de plastídeos, sistemas de defesa e de adaptação da planta ao meio ambiente. As ESTs reprimidas na variedade resistente foram àquelas relacionadas com genes responsáveis pela síntese de proteínas do controle da expansão da parede celular, detoxificação e transporte de auxina. Na variedade susceptível foram reprimidas ESTs relacionadas a genes de proteínas das respostas de defesa da planta, biossíntese de Etileno e regulação da transcrição.

Preservação de urediniósporos de Puccinia melanocephala, agente causal de ferrugem em cana-de-açúcar

A sazonalidade na manifestação da ferrugem da cana dificulta a obtenção de esporos em quantidades adequadas para inoculações em qualquer época do ano, restringindo os trabalhos envolvendo o patógeno aos meses nos quais a doença esta presente no campo. O trabalho visou desenvolver uma metodologia para preservar os esporos por períodos prolongados, mantendo sua viabilidade e infectividade. Esporos foram coletados a partir de folhas naturalmente infectadas, com bomba de vácuo. Parte dos esporos foi desidratada por liofilização ou em sílica gel e outra parte não passou por desidratação. Armazenaram-se estes esporos em diferentes temperaturas (temp. ambiente, 5ºC, -20 ºC, -80ºC). Periodicamente, a viabilidade dos esporos foi avaliada por meio de plaqueamento em ágar-água. Após o quarto mês, foi também avaliada a infectividade dos esporos armazenados por meio de inoculações na variedade suscetível SP70-1143, seguida da avaliação da área foliar atacada. Os esporos armazenados à temperatura ambiente e a 5ºC, independentemente da desidratação, permaneceram viáveis por períodos máximos de 1 mês e 2 meses, respectivamente. Os melhores tratamentos consistiram na desidratação em sílica gel, seguida pelo armazenamento à -20ºC e -80ºC. Mesmo após um ano de armazenamento nestas condições, os esporos provocaram ferrugem nas plantas inoculadas, em níveis de severidade adequados para um teste de discriminação de reações à ferrugem.

Análise do perfil de expressão dos genes da cana-de-açúcar envolvidos na interação com Leifsonia xyli subsp: xyli

Utilizando a técnica de macroarranjos de cDNA em membranas de náilon, analisou-se o perfil de expressão de 3.575 ESTs ("Expressed Sequence Tags") de cana-de-açúcar, oriundas do projeto SUCEST, em duas variedades, uma tolerante (SP80-0185) e outra suscetível (SP70-3370) ao Raquitismo da Soqueira. Foram analisadas amostras foliares de plantas inoculadas com Leifsonia xyli subsp. xyli., agente etiológico do Raquitismo, contrastadas com plantas não inoculadas (controle), para cada variedade, marcadas com sondas de cDNA e hibridizadas contra os macroarranjos. Após as hibridizações e análises estatísticas dos dados foi possível identificar 49 ESTs com expressão alterada, sendo 44 na variedade tolerante (41 ESTs induzidos e 3 reprimidos) e 5 na variedade suscetível (2 ESTs induzidos e 3 reprimidos). Os resultados obtidos sugerem que a tolerância da variedade SP80-0185 de cana-de-açúcar à bactéria fitopatogênica pode estar relacionada com a percepção de sinais extracelulares, visto que ESTs relacionados a vias de transdução de sinais apresentaram expressão gênica induzida na variedade tolerante, os quais codificam para uma EST com similaridade à H+-ATPase da membrana plasmática, fatores de transcrição G-box, OsNAC6, "DNA binding", família MYB e "Zinc Finger" e ainda uma EST com similaridade ao fator de ligação ao G-Box, o qual corresponde a uma seqüência de DNA cis presente em vários promotores de plantas e requerido para o reconhecimento de muitos estímulos ambientais. Na variedade suscetível foi reprimido uma EST com similaridade à lipase. Esta enzima, também de membrana, faz parte da síntese do jasmonato, o qual ativa as defesas vegetais contra patógenos de plantas. Possíveis funções para os genes induzidos ou reprimidos nas cultivares de cana tolerante ou resistente ao Raquitismo são discutidas neste trabalho.

Caracterização molecular e patogênica de isolados de Xanthomonas albilineans (Ashby) Dowson, agente causal da escaldadura das folhas da cana-de-açúcar

A escaldadura das folhas, causada pela bactéria Xanthomonas albilineans (Ashby) Dowson, é uma das cinco doenças mais importantes da cana-de-açúcar e sua ocorrência reduz o rendimento e a longevidade da cultura. Variedades resistentes têm sido usadas para o controle, porém há evidências da ocorrência de variantes do patógeno. Em campos comerciais do Estado de São Paulo, tem sido observado que a mesma variedade de cana se apresenta como resistente em uma região e suscetível em outra, sugerindo a ocorrência de variantes na população do patógeno. Assim, o objetivo deste trabalho foi investigar a presença de diversidade genética da bactéria em áreas comerciais. Um total de 50 isolados foram obtidos em cultura pura a partir de plantas sintomáticas coletadas em Piracicaba (SP), Jaú (SP), região de Ribeirão Preto (SP) e Iturama (MG). Os isolados foram confirmados como pertencentes à espécie X. albilineans por meio de características de colônias, serologia e PCR com 'primers' específicos. Para caracterização da diversidade genética, foi usado o método de Rep-PCR, a partir do DNA extraído de cada isolado. Oito isolados, provenientes dos diferentes grupos identificados por rep-PCR, foram usados em testes de patogenicidade, por meio de inoculação em duas variedades de cana. Os resultados confirmaram todos os isolados como pertencentes à espécie X. albilineans. Por meio de rep-PCR, foi demonstrada diversidade genética entre os isolados, os quais foram separados em três grupos: um grupo composto somente pelos isolados de Piracicaba; um segundo, contendo todos os isolados amostrados em Jaú e na região de Ribeirão Preto, e um isolado de Iturama; e, no terceiro, somente dois isolados coletados em Iturama. Os testes de patogenicidade revelaram diferenças na agressividade entre isolados, porém sem relação com sua região de origem. Este trabalho revelou a ocorrência de diversidade genética e de agressividade dentro da espécie X. albilineans, evidenciando uma possível relação entre ocorrência de variantes do patógeno e reação de variedades de cana cultivadas no estado de São Paulo.

Fungos associados às sementes (Cariopses) de cana-de-açúcar: métodos para detecção, incidência e relação entre incidência fúngica e ambiente de produção das sementes

O presente trabalho teve como objetivos: determinar o método mais adequado para detecção e identificação de fungos associados às sementes (cariopses) de cana-de-açúcar; caracterizar os fungos associados; verificar as incidências nessas sementes e relacionar a incidência fúngica nessas sementes com o ambiente onde foram produzidas. Para detecção do método mais adequado, foram comparados dois substratos, em placas de Petri: agar-água com papel quadriculado e papel de filtro. Utilizaram-se placas de Petri de plástico e de vidro do tipo pirex, para verificar a influência do recipiente. Também foram comparados dois regimes de luz (12 h luz branca fluorescente/12 h escuro e escuro contínuo). As sementes foram mantidas durante sete dias sob temperatura constante de 28 2ºC, quando se procedeu à avaliação. Os requisitos para comparação dos métodos foram sensibilidade, economicidade e praticidade. A partir do método determinado como o mais adequado, foi realizada análise sanitária de 29 cruzamentos dos anos de 2002, 2003 e 2004, caracterizando os fungos associados e verificando as incidências. Posteriormente, compararam-se estas incidências com as condições ambientes, de temperatura e umidade relativa, em que as sementes foram produzidas no programa de melhoramento genético. O método considerado mais adequado, de acordo com os parâmetros analisados, foi o do papel de filtro em placa de Petri de plástico e incubação sob regime de luz (12 h luz branca fluorescente/12 h escuro). Os fungos detectados foram: Alternaria alternata; Aspergillus sp.; Bipolaris sacchari; três grupos morfológicos distintos pertencentes ao gênero Bipolaris; dois grupos morfológicos de Cladosporium; Colletotrichum sp.; três grupos morfológicos de Curvularia; Epicoccum sp.; Fusarium verticillioides; Fusarium semitectum; Leptosphaerulina sp.; Nigrospora sp.; Penicillium sp.; Periconia sp.; Phoma herbarum; Rhizopus sp. e Trichoderma sp. Os mais freqüentemente encontrados foram: Bipolaris sacchari; Bipolaris spp.; Cladosporium spp.; Curvularia spp.; Fusarium verticillioides; Fusarium semitectum e Phoma herbarum. Quando se comparou a porcentagem de incidência dos diversos fungos com o ambiente de produção das sementes, observou-se que não houve relação de temperatura e umidade relativa com incidência fúngica. Supõe-se que as variações de incidência possam estar relacionadas com diferentes fontes de inóculo nos locais de cruzamento ou características genéticas das sementes.

Eficiência e atividade enzimática elicitada por metil jasmonato e silicato de potássio em cana-de-açúcar parasitada por Meloidogyne incognita

O presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito de metil jasmonato e silicato de potássio sobre o parasitismo de Meloidogyne incognita na variedade RB863129 de cana-de-açúcar (Saccharum sp.) e a atividade enzimática da peroxidase e β-1,3-glucanase elicitada, em condições de casa de vegetação. Metil jasmonato diminuiu significativamente o número de ovos por grama de raiz, mas não afetou à biomassa da parte aérea da planta. Sete dias após a aplicação, os dois indutores afetaram a atividade de β-glucanase na plantas parasitadas e, aos 14 e 21 dias, promoveram variações significativas nos níveis de peroxidase e β-1,3-glucanase, muito embora, ao contrário da peroxidase, a atividade β-1,3-glucanase não diferiu entre plantas inoculadas e não inoculadas.