高亲和力PO4(3-)转运子编码基因的cDNA克隆及特性分析

以简并引物，利用RT -PCR，克隆了普通小麦和黑麦根系的PO 43-转运子( Trans-porter)基因长约1.2kb的部分cDNA序列。对其与GenBank中的已知序列进行同源性比较，结果表明：(1)小麦与拟南芥、番茄等高等植物的氨基酸水平的同源性为60%～78%; (2)与酵母较低为40%左右，而与丝状真菌和细菌的同源性则<27%; (3)小麦与黑麦的同源性为75%。对其表达特性的研究表明：(1)该基因在根系和茎叶组织中均有表达，但在根系组织中转录产物的累积量显著高于茎叶;(2)磷饥饿条件下，茎叶和根系组织中该基因的表达均增强，但根系组织中增强幅度较大，由此认为该基因产物的功能不只是根系从生长环境中吸收PO 43-，而与PO 43-在植物体内的转运密切相关;(3)磷饥饿5天 后的植株重新供给充足的PO 43-，则该基因的表达在24小时内即显著减弱;(4)分根试验中同株的部分根系生长于磷饥饿(OuM)环境中，而另一部分根系生长于PO 43-充足(250uM)的环境中，这两部分根系中该基因转录产物的积累水平并无显著差异。因此认为植物感受磷饥饿胁迫的信号可能来自植物体内部POi-库的耗竭。此外，用磷讥饿条件下的普通小麦根系mRNA构建了cDNA文库，以克隆的部分序列为探针，从cDNA文库中分离了全长序列。

活性X-3B红染料污染生态毒理效应及机量研究

染料是一大类合成化学品，在纺织、印刷、信息、军事工业、医学及其他多个领域都得到了广泛的应用。然而，随着染料的不断生产和广泛使用，由它引发的土壤一作物系统染料污染已成为当前人们所关注的重要环境问题之一，有关染料污染的生态毒理效应及其机理的研究已成为污染生态化学研究的前沿领域和重要问题。本论文根据我国当前有机染料污染的趋势和有关研究现状，针对迫切需要对染料污染生态毒理效应进行了解的现实情况，以活性X-3B红为例，探讨了活性X-3B红在单一污染条件下对小麦（Triticum aestivum���、白菜（Brassicachinensis）和水稻（Oryza sativa )等常见作物的种子发芽与根伸长的生态毒性效应及其机理，以及我国三种典型土壤（红壤、褐土和棕壤）中脉酶和脱氢酶对活性X-3B红的耐受性及其机理；在种子和幼苗暴露的单一污染试验的基础上，又进一步地研究了活性X-3B红分别与无机污染物（重金属Cd）和有机污染物（农药甲胺磷）复合污染条件下对小麦、白菜种子发芽、根伸长及幼苗生长的毒性效应。实验结果表明，活性X-3B红染料单一污染条件下对三种作物产生不同的生态毒理效应，三种土壤的脉酶和脱氢酶对其都表现出了一定的耐受性，但耐受能力各异；在活性X一3B红与Cd复合污染的实验中，小麦根伸长对其联合作用较种子萌发更为敏感，在Cd不同的浓度范围内表现出协同或是拮抗复杂的效应；在活性X-3B红与甲胺磷复合污染的条件下，小麦和白菜根伸长和生物量的反应有差异，但除小麦根伸长有协同和拮抗两种效应外，总的来看都表现出微弱或明显的拮抗效应。这些研究，有望促进人们对染料污染生态化学行为进行了解，为合成低生态风险的有机染料提供具有参考价值的基础资料与科学依据。

小麦抗禾谷孢囊线虫（ Heterodera avenae）相关基因的研究

禾谷孢囊线虫严重影响禾谷类作物的产量，在小麦中由禾谷孢囊线虫引起的产量损失可达30-100%。尤其在澳大利亚、欧洲、印度和中东危害严重，目前禾谷孢囊线虫已成为危害我国作物的主要病源。控制禾谷孢囊线虫的方法主要有：作物轮作、杀线虫剂、寄主抗性等等，其中基因工程方法培育抗线虫小麦品种被认为是最经济有效的方法。分离抗禾谷类孢囊线虫基因对揭示抗性基因结构与功能及其表达调控具有重要意义。 尽管小麦是重要的粮食作物，在小麦中已发现的抗禾谷孢囊线虫的基因很少，而比其近缘属如节节麦、易变山羊草、偏凸山羊草中含有丰富的抗源。目前已鉴定出禾谷孢囊线虫抗性位点Cre，并发现了9个禾谷孢囊线虫抗性基因(Cre1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and R) ，其中只有Cre1和Cre8直接从普通小麦中获得。从节节麦中获得的Cre3基因能最有效的控制线虫数量，其次是Cre1和Cre8。这些基因的克隆对于了解禾谷孢囊线虫抗性机制及进一步的育种应用都是非常关键的。然而，目前为止仅有Cre3基因通过图位克隆的方法从节节麦中被分离得到。该基因已被克隆得到的多数线虫抗性基因一样均属于核苷酸结合位点区（NBS）－亮氨酸重复序列区（LRR）基因家族。目前，已有很多抗性基因被分离，这些已知的NBS-LRR类抗性基因的保守序列为应用PCR的方法克隆新的抗性基因提供了可能。 因此本课题的目的是采用保守区同源克隆、3′RACE 和5′RACE 等方法从抗禾谷孢囊线虫小麦-易变山羊草小片段易位系E10 中克隆小麦抗禾谷孢囊线虫基因全序列，进而通过半定量PCR 和荧光定量PCR 研究该基因的表达模式。同时通过mRNA 差别显示技术和任意引物PCR（RAP-PCR）技术分离克隆植物禾谷孢囊线虫抗性基因及其相关基因，为阐明植物抗病性分子机制以及改良作物抗病性和作物育种提供基础，为通过分子标记辅助育种和基因工程方法实现高效、定向转移抗病基因到优良小麦品种奠定了重要的理论和物质基础。主要研究结果： 1． 本实验根据此前从抗禾谷孢囊线虫材料E-10 扩增得到的与来自节节麦的抗禾谷孢囊线虫Cre3 基因及其他的NBS-LRR 类抗性基因的NBS 和LRR 保守区序列设计了两对特异性引物，从E10 中扩增到532bp 和1175bp 的两个目标条带，它们有一个32bp 的共同序列，连接构成总长为1675bp 的NBS-LRR 编码区（命名为RCCN）。根据RCCN设计引物，利用NBS-LRR区序列设计引物，通过5′RACE 和3′RACE 技术采用3′-Full RACE Core Set(TaKaRa)和5'-Full RACE Kit (TaKaRa)试剂盒，反转录后通过嵌套引物GSP1 和GSP2 分别进行两轮基因特异性扩增，分别将NBS_LRR 区向5′端和3′端延伸了1173bp 和449bp，并包含了起始密码子和终止密码子。根据拼接的得到的序列重新设计引物扩增进行全基因扩增的结果与上面获得的一致。拼接后得到全长2775 bp 的基因序列（记作CreZ, GenBank 号：EU327996）。CreZ 基因包括完整的开放阅读框，全长2775 bp，编码924个氨基酸。序列分析表明它与已知的禾谷孢囊线虫抗性基因Cre3的一致性很高，并且它与已经报到的NBS-LRR 类疾病抗性基因有着相同的保守结构域。推测CreZ基因可能是一个新的NBS-LRR 类禾谷孢囊线虫抗性基因，该基因的获得为通过基因工程途径培育抗禾谷孢囊线虫小麦新品种奠定了基础，并为抗禾谷孢囊线虫基因的调控表达研究提供了参考。 2． 通过半定量PCR和SYBR Green荧光定量PCR技术对CreZ基因的相对表达模式进行了研究。以α-tubulin 2作为参照，采用半定量PCR 分析CreZ 基因在不同接种时期1d, 5d, 10, 15d 的E-10的根和叶的的表达情况。在内参扩增一致的条件下，CreZ 在E-10的根部随着侵染时间的增加表达量有明显的增加，在没有侵染的E-10的根部其表达量没有明显变化，而在叶中没有检测表达，说明该基因只在抗性材料的根部表达。SYBR Green定量PCR分析接种前后E10根部基因CreZ基因的表达水平为检测CreZ基因的表达建立了一套灵敏、可靠的SYBRGreen I 荧光定量PCR 检测方法。接种禾谷孢囊线虫后E10根内CreZ基因的相对表达水平显著高于接种前。随接种时间的延长持续增加，最终CreZ基因的相对表达量达到未接种的对照植株的10.95倍。小麦禾谷孢囊线虫抗性基因CreZ的表达量与胁迫呈正相关，表明其与小麦的的禾谷孢囊线虫抗性密切相关，推测CreZ基因可能是一个新的禾谷孢囊线虫候选抗性基因。 3． 针对小麦基因组庞大、重复序列较多，禾谷孢囊线虫抗性基因及其相关基因的片断难以有效克隆的问题，通过mRNA 差别显示技术及RAP-PCR 技术分离克隆植物禾谷孢囊线虫抗性及其相关基因。试验最终得到154 条差异表达条带，将回收得到的差异条带的二次PCR 扩增产物经纯化后点到带正电的尼龙膜上，进行反向Northern 杂交筛选，最终筛选得到102 个阳性差异点。将其中81 个进行测序，并将序列提交到Genbank 中的dbEST 数据库，分别获得登录号(FE192210 -FE192265，FE193048- FE193074 )。序列比对分析发现，其中26 个序列与已知功能的基因序列同源；有28 条EST 序列在已有核酸数据库中未找到同源已知基因和EST，属新的ESTs 序列；另外27 个EST 序列与已知核酸数据库中的ESTs 具有一定相似性，但功能未知。其所得ESTs 序列补充了Genbank ESTs 数据库，为今后进一步开展抗禾谷类孢囊线虫基因研究工作打下了基础。结合本试验功能基因的相关信息，对小麦接种禾谷孢囊线虫后产生的抗性机制进行了探讨。接种禾谷孢囊线虫后植物在mRNA 水平上的应答是相当复杂的，同时植物的抗病机制是一个复杂的过程，涉及到多个代谢途径的相互作用。 The cereal cyst nematode (CCN), Heterodera avenae Woll, causes severe yieldreductions in cereal crops. The losses caused by CCN can be up to 30-100% in somewheat fields. At present, cereal cyst nematode has become the major disease sourcein China and it also damaged heavily in Australia, Europe, India and Middle East.The damage caused by CCN can be mitigated through several methods, includingcrop rotation, nematicide application, cultural practice, host resistance, and others.Of these methods, incorporating resistance genes into wheat cultivars and breedingresistant lines is considered to be the most cost-effective control measure forreducing nematode populations. Although wheat is an economically important crop around the world, far fewergenes resistant to CCN were found in wheat than were detected in its relatives, suchas Aegilops taucchi, Aegilops variabilis and Aegilops ventricosa. Cloning these genesis essential for understanding the mechanism of this resistance and for furtherapplication in breeding. Because of the huge genome and high repeat sequencescontent, the efficient methods to clone genes from cereal crops, are still lacking. A resistance locus, Cre, has been identified and 9 genes resistant to CCN (designatedCre1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and R) have been described, in which Cre1 and Cre8 werederived directly from common wheat. The Cre3 locus, which was derived from Ae.tauschii, has the greatest impact on reducing the number of female cysts, followed byCre1 and Cre8. Cloning these genes is essential for understanding the mechanism ofthis resistance and for further application in breeding. However, to this point, only Cre3, a NBS-LRR disease resistance gene, has been obtained through mappingcloning in Ae. tauschii. The majority of nematode resistance genes cloned so far belong to a super familywhich contains highly conserved nucleotide-binding sites (NBS) and leucine-richrepeat (LRR) domains. To date, many NBS-LRR resistance genes have been isolated.The conserved sequences of these recognized NBS-LRR resistance genes provide thepossibility to isolate novel resistance genes using a PCR-based strategy. The aim of the present study was to clone the resistance gene of CCN fromWheat/Aegilops variabilis small fragment chromosome translocation line E10 whichis resistant to CCN and investigate the espression profiles of this gene withsemi-quantitative PCR and real-time PCR. Another purpose of this study is cloningthe relational resistance gene for CCN by mRNA differential display PCR andRAP-PCR. These works will offer a foundation for disease defence of crop andbreeding and directional transferring resistance gene into wheat with geneengineering. Primary results as following: 1．According to the conversed motif of NBS and LRR region of cereal cystnematode resistance gene Cre3 from wild wheat (Triticum tauschlii) and the knownNBS-LRR group resistance genes, we designed two pairs of specific primers for NBSand LRR region respectively. One band of approximately 530bp was amplified usingthe specific primers for conversed NBS region and one band of approximately 1175bpwas amplified with the specific primers for conversed LRR region. After sequencing,we found that these two sequences included 32bp common nucleotide having 1675bpin total, which was registered as RCCN in the Genbank. Based on the conservedregions of known resistance genes, a NBS-LRR type CCN resistance gene analog wasisolated from the CCN resistant line E-10 of the wheat near isogenic lines (NILs), by5′RACE and 3′ RACE.designated as CreZ (GenBank accession number: EU327996) .It contained a comlete ORF of 2775 bp and encoded 924 amino acids. Sequencecomparison indicated that it shared 92% nucleotide and 87% amino acid identitieswith those of the known CCN-resistance gene Cre3 and it had the same characteristic of the conserved motifs as other established NBS-LRR disease resistance genes. 2． Usingα-tubulin 2 as exoteric reference, semi-quantitative PCR and real-timePCR analysis were conducted. The expression profiling of CreZ indicated that it wasspecifically expressed in the roots of resistant plants and its relative expression levelincreased sharply when the plants were inoculated with cereal cyst nematodes. therelative expression level of the 15days-infected E10 is the 10.95 times as that ofuninfected E10,ultimately. It was inferred that the CreZ gene be a novel potentialresistance gene to CCN. 3．We cloned the relational resistance gene for CCN by mRNA differentialdisplay PCR and arbitrarily primed PCR fingerprinting of RNA from wheat whichpossess huge and high repeat sequence content genomes. Total 154 differentialexpression bands were separated and second amplified by PCR. The products werenylon membrane. The 102 positive clones were filtrated by reverse northern dot blotand 81 of those were sent to sequence. The EST sequences were submitted toGenbank (Genbank accession: FE192210 - FE192265, FE193048 - FE193074). Thesequences alignment analysis indicated 26 of them were identical with known genes;28 were not found identical sequence in nucleic acid database; another 27 ests wereidentical with some known ests, but their functions were not clear. These ESTsenriched Genbank ESTs database and offered foundation for further research ofresistance gene of CCN.

苜蓿干草和秸秆组合体外发酵营养特性及其利用研究

应用体外发酵产气技术,评价了苜蓿Medicago sativa干草和玉米Zea mays、小麦Triticum aestivum���秆分别以0∶100、25∶75、50∶50、75∶25和100∶0进行两两组合时的发酵特性。结果表明：不同比例组合产气量（GP）、理论最大产气量（A）、产气速率（b）及产气延滞时间（LAG）变化趋势不同;苜蓿干草与玉米秸秆按50∶50的比例或苜蓿干草与小麦秸秆按75∶25的比例组合时的效应明显好于其他组合。48 h产气量与粗蛋白（CP）（P〈0.05）及中性洗涤可溶物（NDS）含量呈正相关关系,而与中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、半纤维（HC）含量及NDS/CP（P〈0.01）呈负相关关系;理论最大产气量与CP、NDS的含量呈正相关关系,与NDF、ADF、HC和NDS/CP（P〈0.01）呈负相关关系;产气速率与CP（P〈0.01）、HC（P〈0.01）、NDS（P〈0.01）呈极显著正相关关系,分别与NDF（P〈0.01）、ADF（P〈0.01）、NDS/CP（P〈0.05）呈负相关关系;产气延滞时间与饲草料的主要营养成分的相关关系不明显,只与NDS/CP（P〈0.05）呈显著正相关关系。结论认为,饲草中非结构性碳水化合物与蛋白质比例决定了体外发酵产气的特性。生产实践中应针对低质粗饲料营养特性,适当添补易发酵或高蛋白牧草,提高粗饲料利用效率。

Método do tanque classe A para irrigação do trigo no Cerrado.

2001

Una aproximación mecanística al problema de las enfermedades foliares en el cultivo de trigo

Las decisiones de manejo de enfermedades foliares en el cultivo de trigo se basan generalmente en el uso de umbrales construidos a partir de relaciones empíricas que relacionan el nivel de reducción del rendimiento con el nivel de enfermedad presente en el cultivo en un momento dado. Dichas relaciones no consideran aspectos ecofisiol��gicos que hacen a la generación del rendimiento limitando la extrapolación de dichos umbrales a situaciones agronómicas distintas de aquellas en las que se construyeron. Comprender como las enfermedades interfieren en los procesos fisiol��gicos que determina la producción de biomasa y el rendimiento es de relevancia para estimar con mayor precisión y para un mayor rango de condiciones las mermas de producción originadas por las mismas. En esta tesis se exploró el efecto de las principales enfermedades foliares sobre distintos procesos fisiol��gicos vinculados con la generación de biomasa a partir de la medición en parcelas a campo de variables: i. a nivel de canopeo: índice de área foliar y, eficiencias de intercepción, absorción y uso de radiación entre otras y; ii. a nivel de hoja: fotosíntesis y variables relacionadas. La fotosíntesis del área verde de hojas enfermas solo se redujo bajo condiciones de saturación lumínica pero no ante condiciones de baja irradiancia, no observándose diferencias para tales efectos entre los tratamientos de alta y baja disponibilidad de nitrógeno. Considerando que las hojas de un cultivo se encuentran expuestas a niveles cambiantes de radiación debido a cambios en la incidencia de los rayos solares y a la extinción de luz en el canopeo es esperable que la reducción observada a altas irradiancias se diluya a nivel de canopeo. De hecho, las reducciones de biomasa a nivel cultivo se debieron principalmente a reducciones en la intercepción y absorción de radiación sin efectos claros sobre la eficiencia de uso de la misma. Los resultados obtenidos demuestran que aspectos tales como el nivel de cobertura foliar, la posición vertical del canopeo afectada por las enfermedades y la arquitectura del cultivo, junto con la cuantificación del nivel de enfermedades deberían ser considerados a la hora de tomar decisiones de control químico y como base para generar modelos de tipo funcionales que apoyen la toma de tales decisiones.

Rendimiento potencial en trigo : identificación de atributos ecofisiol��gicos favorables en l��neas doble haploide

La demanda mundial de trigo crece a tasas mayores que las actuales ganancias geneticas, indicando una perdida de eficiencia en el mejoramiento tradicional que utiliza como estrategia la seleccion empírica por rendimiento per se. Para complementar dicha estrategia, se ha propuesto la utilización de atributos ecofisiol��gicos simples ligados funcionalmente al rendimiento como criterio de seleccion indirecto. Sin embargo, el actual cuello de botella., tanto para identificar estos atributos como para comprender sus bases geneticas, es una detallada y correcta caracterización fenotípica de poblaciones de mapeo. Esta informacion, combinada con las herramientas moleculares disponibles, permitiría establecer un modelo mas completo de la relación genotipo-fenotipo y de la interacción genotipo-ambiente. En este contexto, el objetivo de la tesis fue caracterizar fenotípicamente una población de l��neas doble haploide de trigo, obtenida a partir de cultivares que generan alto rendimiento potencial a traves de una combinación diferente de número y peso de grano, e identificar atributos ecofisiol��gicos ligados funcionalmente con el rendimiento. La población utilizada se evaluó en dos ambientes contrastantes bajo condiciones potenciales de campo, donde se uniformó el tiempo a floración y la altura de planta, a fin de evitar las posibles confusiones en la identificacion de otros atributos claves asociados al rendimiento. Las variaciones en rendimiento fueron explicadas principalmente por cambios en la biomasa acumulada durante todo el ciclo (r2 menor a 0.80 en cada ambiente), producto de diferencias en la eficiencia en el uso de la radiacion (EUR), manteniendose el indice de cosecha relativamente contante. El número de granos por unidad de superficie, que tendió a asociarse mejor con el coeficiente de fertilidad de espiga (CFE) que con el peso seco de espigas a floración, fue el principal componente del rendimiento. Mejoras en la EUR durante el período de crecimiento de la espiga (produciría espigas más pesadas) y un mayor CFE (no asociado a reducciones en el peso potencial de grano) serían dos atributos clave para incrementar el rendimiento potencial en trigo

Rendimiento potencial en trigo : identificación de atributos ecofisiol��gicos favorables en l��neas doble haploide

La demanda mundial de trigo crece a tasas mayores que las actuales ganancias geneticas, indicando una perdida de eficiencia en el mejoramiento tradicional que utiliza como estrategia la seleccion empírica por rendimiento per se. Para complementar dicha estrategia, se ha propuesto la utilización de atributos ecofisiol��gicos simples ligados funcionalmente al rendimiento como criterio de seleccion indirecto. Sin embargo, el actual cuello de botella., tanto para identificar estos atributos como para comprender sus bases geneticas, es una detallada y correcta caracterización fenotípica de poblaciones de mapeo. Esta informacion, combinada con las herramientas moleculares disponibles, permitiría establecer un modelo mas completo de la relación genotipo-fenotipo y de la interacción genotipo-ambiente. En este contexto, el objetivo de la tesis fue caracterizar fenotípicamente una población de l��neas doble haploide de trigo, obtenida a partir de cultivares que generan alto rendimiento potencial a traves de una combinación diferente de número y peso de grano, e identificar atributos ecofisiol��gicos ligados funcionalmente con el rendimiento. La población utilizada se evaluó en dos ambientes contrastantes bajo condiciones potenciales de campo, donde se uniformó el tiempo a floración y la altura de planta, a fin de evitar las posibles confusiones en la identificacion de otros atributos claves asociados al rendimiento. Las variaciones en rendimiento fueron explicadas principalmente por cambios en la biomasa acumulada durante todo el ciclo (r2 menor a 0.80 en cada ambiente), producto de diferencias en la eficiencia en el uso de la radiacion (EUR), manteniendose el indice de cosecha relativamente contante. El número de granos por unidad de superficie, que tendió a asociarse mejor con el coeficiente de fertilidad de espiga (CFE)que con el peso seco de espigas a floración, fue el principal componente del rendimiento. Mejoras en la EUR durante el período de crecimiento de la espiga (produciría espigas más pesadas)y un mayor CFE (no asociado a reducciones en el peso potencial de grano)serían dos atributos clave para incrementar el rendimiento potencial en trigo

Ecotoxicological evaluation of pesticide mixtures

Neste trabalho o risco da aplicação de moluscicidas (metaldeído e metiocarbe) para o isópode terrestre Porcellionides pruinosus foi avaliado usando como parâmetros a mortalidade e biomarcadores de exposição. O tempo até à morte dos isópodes (após contacto com os moluscicidas) foi muito curto, especialmente no caso da exposição ao metiocarbe. Os vários biomarcadores revelaram-se úteis para a compreensão do modo de acção dos dois moluscicidas neste isópode, particularmente o efeito do carbamato metiocarbe na inibição da enzima acetilcolinesterase (AChE). Os efeitos de combinações binárias de três produtos de protecção das plantas (PPP) dimetoato, glifosato e espirodiclofeno foram avaliados testando o comportamento de evitamento de P. pruinosus, o sucesso reprodutivo do col��mbolo Folsomia candida e o crescimento das plantas Brassica rapa e Triticum aestivum, usando os dois modelos de referência de concentração de adição (CA) e acção independente (IA). O modelo MIXTOX foi usado para avaliar possíveis desvios (devido a interacções entre os pesticidas) dos dois modelos de referência. Os resultados obtidos permitem constatar que estes PPP quando aplicados segundo a dose recomendada não acarretam efeitos perniciosos para os organismos testados. Foi detectado sinergismo na mistura feita com glifosato e espirodiclofeno no isópode P. pruinosus e na mistura com glifosato e dimetoato na planta T. aestivum. Um ecossistema terrestre em pequena escala (“STEM”) foi desenvolvido, contendo um solo agrícola mediterrânico. Nestes STEM, minhocas (Eisenia andrei), P. pruinosus, B. rapa e “bait-lamina” foram incorporados no sentido de avaliar os efeitos da aplicação de dimetoato com espirodiclofeno e glifosato com dimetoato. A dose recomendada de aplicação dos PPP, quer na exposição individual quer nas misturas binárias não teve quaisquer efeitos nas espécies testadas. As minhocas foram sensíveis à aplicação conjunta de dimetoato com espirodiclofeno (10 vezes a dose recomendada) na sua distribuição vertical ao longo da coluna do STEM, e foi detectado sinergismo (i.e. mais minhocas escaparam do que a predição feita pelo modelo IA). Em todas as misturas binárias feitas com glifosato e dimetoato registou-se um decréscimo no consumo de “bait-lamina”, indicando sinergismo (menos “bait-lamina” consumidos que o esperado). Dos quatro biomarcadores (Catalase, AChE, GST e LPO) avaliados nos isópodes, verificaram-se diferenças significativas na actividade da enzima AChE (quando dimetoato foi aplicado no solo) e LPO (aumento da actividade devido à aplicação de glifosato e dimetoato).

Tributyltin (TBT) resistance in Aeromonas molluscorum Av27

O tributilestanho (TBT) é considerado um dos xenobióticos mais tóxicos, produzidos e deliberadamente introduzidos no meio ambiente pelo Homem. Tem sido usado numa variedade de processos industriais e subsequentemente descarregado no meio ambiente. O tempo de meia-vida do TBT em águas marinhas é de várias semanas, mas em condições de anóxia nos sedimentos, pode ser de vários anos, devido à sua degradação mais lenta. Embora o TBT tenha sido descrito como sendo tóxico para eucariotas e procariotas, muitas bactérias podem ser resistentes a este composto. O presente trabalho teve como objetivo principal elucidar o mecanismo de resistência ao TBT em bactérias. Para al��m disso, pretendeu-se desenvolver um biorepórter para detectar TBT no ambiente. Para atingir estes objetivos foram delineadas várias tarefas cujos principais resultados obtidos se apresentam a seguir. Várias bactérias resistentes ao TBT foram isoladas de sedimento e água do Porto de Pesca Longínqua (PPL) na Ria de Aveiro, Portugal. Entre estas, Aeromonas molluscorum Av27 foi selecionada devido à sua elevada resistência a este composto (concentrações até 3 mM), à sua capacidade de degradar o TBT em compostos menos tóxicos (dibutilestanho, DBT e monobutilestanho, MBT) e também por usar o TBT como fonte de carbono. A. molluscorum Av27 foi caracterizada genotipica e fenotipicamente. Os fatores de virul��ncia estudados mostraram que esta estirpe i) possui atividade lipol��tica; ii) não é citotóxica para células de mamíferos, nomeadamente para células Vero; iii) não possui integrões de classe I e II e iv) possui cinco plasmídeos com aproximadamente 4 kb, 7 kb, 10 kb, 100 kb e mais de 100 kb. Estes resultados mostraram que a estirpe Av27 não é tóxica, aumentando assim o interesse nesta bactéria para futuras aplicações, nomeadamente na bioremediação. Os testes de toxicidade ao TBT mostraram que este composto tem um impacto negativo no crescimento desta estirpe, bem como, na densidade, no tamanho e na atividade metabólica das células e é responsável pela formação de agregados celulares. Assim, o TBT mostrou ser bastante tóxico para as bactérias interferindo com a atividade celular geral. O gene Av27-sugE, que codifica a proteína SugE pertencente à família das “small multidrug resistance proteins” (SMR), foi identificado como estando envolvido na resistência ao TBT nesta estirpe. Este gene mostrou ser sobreexpresso quando as células crescem na presença de TBT. O promotor do gene Av27-sugE foi utilizado para construir um bioreporter para detetar TBT, contendo o gene da luciferase do pirilampo como gene repórter. O biorepórter obtido reúne as características mais importantes de um bom biorepórter: sensibilidade (intervalo de limite de detecção de 1-1000 nM), rapidez (3 h são suficientes para a deteção de sinal) e, possivelmente, não é invasivo (pois foi construído numa bactéria ambiental). Usando sedimento recolhido no Porto de Pesca Longínqua da Ria de Aveiro, foi preparada uma experiência de microcosmos com o intuito de avaliar a capacidade de Av27 para bioremediar o TBT, isoladamente ou em associação com a comunidade bacteriana indígena. A análise das amostras de microcosmos por PCR-DGGE e de bibliotecas de 16S rDNA revelaram que a comunidade bacteriana é relativamente estável ao longo do tempo, mesmo quando Av27 é inoculada no sedimento. Para al��m disso, o sedimento estuarino demonstrou ser dominado por bactérias pertencentes ao filo Proteobacteria (sendo mais abundante as Delta e Gammaproteobacteria) e Bacteroidetes. Ainda, cerca de 13% dos clones bacterianos não revelaram nenhuma semelhança com qualquer dos filos já definidos e quase 100% afiliou com bactérias não cultiváveis do sedimento. No momento da conclusão desta tese, os resultados da análise química de compostos organoestânicos não estavam disponíveis, e por essa razão não foi possível tirar quaisquer conclusões sobre a capacidade desta bactéria remediar o TBT em sedimentos. Esses resultados irão ajudar a esclarecer o papel de A. molluscorum Av27 na remediação de TBT. Recentemente, a capacidade da estirpe Av27 remediar solo contaminado com TBT foi confirmada em bioensaios realizados com plantas, Brassica rapa e Triticum aestivum (Silva 2011a), e também com invertebrados Porcellionides pruinosus (Silva 2011B). Assim, poder-se-á esperar que a bioremediação do sedimento na experiência de microcosmos também tenha ocorrido. No entanto, só a análise química dos compostos organostânicos deverá ser conclusiva. Devido à dificuldade em realizar a análise anal��tica de organoestânicos, um método de bioensaio fácil, rápido e barato foi adaptado para avaliar a toxicidade do TBT em laboratório, antes de se proceder à análise química das amostras. O método provou a sua utilidade, embora tenha mostrado pouca sensibilidade quando se usam concentrações de TBT baixas. Em geral, os resultados obtidos contribuíram para um melhor entendimento do mecanismo de resistência ao TBT em bactérias e mostraram o potencial biotecnol��gico de A. molluscorum Av27, nomeadamente, no que refere à sua possível aplicação na descontaminação de TBT no ambiente e também no desenvolvimento de biorepórteres.

Combined effects of chemical and natural stressors to soil organisms and plants

Nas últimas décadas, a Terra tem experimentado um aquecimento global e mudanças nos padrões de precipitação. Muitos estudos sobre a avaliação de risco de agrotóxicos em organismos não-alvo foram realizados com base em protocolos padronizados, com condições abióticas controladas. Mas, em campo, os organismos são expostos a flutuações de vários fatores ambientais, bem como a poluentes, que podem alterar os limites de tolerância dos organismos aos stressores naturais, bem como alterar a toxicidade ou biodisponibilidade do químico em causa. Considerando isso, o principal objetivo deste trabalho foi o de avaliar de que modo e em que medida os fatores ambientais (temperatura, humidade do solo e radiação UV) podem interagir uns com os outros ou afetar a toxicidade do carbaril para invertebrados do solo e plantas. Para isso, foram utilizadas quatro espécies padrão: Folsomia candida, Eisenia andrei, Triticum aestivum e Brassica rapa, e simulados diferentes cenários climáticos, com vários parâmetros letais e subletais analisados. A exposição combinada foi analisada utilizando, quando possível, a ferramenta MIXTOX, com base no modelo de referência de acção independente (IA) e possíveis desvios, assim como rácios sinergísticos/antagonísticos (a partir de valores de EC50/LC50), quando a dose-resposta de um dos stressores não foi obtida. Todos os fatores de stress aplicados isoladamente causaram efeitos significativos sobre as espécies testadas e sua exposição combinada com carbaril, apresentaram respostas diferenciadas: para as minhocas, a seca e temperaturas elevadas aumentaram os efeitos deletérios do carbaril (sinergismo), enquanto o alagamento e temperaturas baixas diminuíram sua toxicidade (antagonismo). Para os col��mbolos, o modelo IA mostrou ser uma boa ferramenta para prever a toxicidade do carbaril tanto para temperaturas altas como para as baixas. Para as duas espécies de plantas foram encontradas diferenças significativas entre elas: em termos gerais, as interações entre carbaril e os stressores naturais foram observadas, com sinergismo aparecendo como o padrão principal relacionado com a radiação UV, solos secos e temperaturas elevadas, enquanto o padrão principal relacionado com temperaturas baixas e stress de alagamento foi o antagonismo. Quando os efeitos de dois stressores naturais (radiação UV e humidade do solo) em plantas foram avaliados, uma interação significativa foi encontrada: a seca aliviou o efeito deletério da radiação UV em T. aestivum e o alagamento aumentou os seus efeitos, mas para B. rapa a adição de ambos os stresses de água causou um aumento (sinergismo) dos efeitos deletérios da radiação UV para todos os parâmetros avaliados. Portanto é necessário que as diferenças sazonais e latitudinais, bem como as mudanças climáticas globais, sejam integradas na avaliação de risco de contaminantes do solo.

Herbicidal activity of volatiles from coriander, winter savory, cotton lavender, and thyme isolated by hydrodistillation and supercritical fluid extraction

The volatiles from Coriandrum sativum L., Satureja montana L., Santolina chamaecyparissus L., and Thymus vulgaris L. were isolated by hydrodistillation (essential oil) and supercritical fluid extraction (volatile oil). Their effect on seed germination and root and shoot growth of the surviving seedlings of four crops (Zea mays L., Triticum durum L., Pisum sativum L., and Lactuca sativa L.) and two weeds (Portulaca oleracea L. and Vicia sativa L.) was investigated and compared with those of two synthetic herbicides, Agrocide and Prowl. The volatile oils of thyme and cotton lavender seemed to be promising alternatives to the synthetic herbicides because they were the least injurious to the crop species. The essential oil of winter savory, on the other hand, affected both crop and weeds and can be appropriate for uncultivated fields.

Bedeutung der C- und N-Rhizodeposition für das mikrobielle Wachstum und den mikrobiellen Umsatz von C und N in der Rhizosphäre in Abhängigkeit von der Entfernung zur Wurzel

Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung des C und N mit Herkunft aus der Rhizodeposition für das mikrobielle Wachstum und den C- und N-Umsatz in der Rhizosphäre in Abhängigkeit von der Entfernung zur Wurzel zu untersuchen. Dazu wurde als wesentliche methodische Voraussetzung ein künstliches Rhizosphärensystem entwickelt, um die durch die Rhizodeposite induzierten Prozesse an der Grenzfl��che zwischen Wurzeloberfl��che und Boden zu untersuchen. Dieses eingesetzte Rhizosphärensystem wurde nach einem Vorbild eines in schon vielfältigen Untersuchungen der Rhizosphäre eingesetzten Systems von GAHOONIA und NIELSEN (1991) konzipiert. Zur Verfolgung der pflanzlichen C- und N-Rhizodeposition im Boden wurden 13C- und 15N-Tracer-Isotopen-Techniken zur Isotopenmarkierung der Testpflanzen eingesetzt. Zur Probenahme des Rhizosphärenbodens in räumlichen Abstand zur künstlichen Rhizoplane wurde eine Schneidvorrichtung nach FITZ et al. (2003) eingesetzt, die es ermöglicht frische Bodenproben in definiertem Abstand zur künstlichen Rhizoplane zu schneiden. Das Rhizosphärensystem wurde in 13C- und 15N-Doppelmarkierungsexperimenten mit Lolium perenne, Triticum aestivum und Avena sativa eingesetzt.Das unterschiedliche Ansprechen der mikrobiellen Gemeinschaft auf den Substrateintrag in unterschiedlicher Entfernung zur Wurzel zeigte komplexe Wechselwirkungen in Bezug auf das mikrobielle Wachstum, den mikrobiellen Umsatz, den Substrateintrag aus der Rhizodeposition und den stimulierten Abbau der nativen organischen Bodensubstanz. Der Eintrag von Rhizodepositen stellt daher eine bedeutende Funktion in der Regulation der mikrobiellen Biomasse und der Prozesse des Umsatzes der organischen Bodensubstanz während und wahrscheinlich bis nach der Vegetationsperiode dar. Die simultane Verfolgung von Rhizodepositions-C und -N im Boden und deren Funktionen innerhalb der Rhizosphäre, gerade im Hinblick auf die mikrobielle Biomasse und den Umsatz der organischen Substanz im Boden, führt zu einem besseren Verständnis der komplexen wechselseitigen Prozesse zwischen Pflanze und Boden.

An X-ray micro-tomography system optimised for the low-dose study of living organisms

An X-ray micro-tomography system has been designed that is dedicated to the low-dose imaging of radiation sensitive living organisms and has been used to image the early development of the first few days of plant development immediately after germination. The system is based on third-generation X-ray micro-tomography system and consists of an X-ray tube, two-dimensional X-ray detector and a mechanical sample manipulation stage. The X-ray source is a 50 kVp X-ray tube with a silver target with a filter to centre the X-ray spectrum on 22 keV.A 100 mm diameter X-ray image intensifier (XRII) is used to collect the two-dimensional projection images. The rotation tomography table incorporates a linear translation mechanism to eliminate ring artefact that is commonly associated with third-generation tomography systems' Developing maize seeds (Triticum aestivum) have been imaged using the system with a cubic voxel linear dimension of 100 mum, over a diameter of 25 mm and the root lengths and volumes measured. The X-ray dose to the plants was also assessed and found to have no effect on the plant root development. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Apical leaf necrosis and leaf nitrogen dynamics in diseased leaves: a model study

Apical leaf necrosis is a physiological process related to nitrogen (N) dynamics in the leaf. Pathogens use leaf nutrients and can thus accelerate this physiological apical necrosis. This process differs from necrosis occurring around pathogen lesions (lesion-induced necrosis), which is a direct result of the interaction between pathogen hyphae and leaf cells. This paper primarily concentrates on apical necrosis, only incorporating lesion-induced necrosis by necessity. The relationship between pathogen dynamics and physiological apical leaf necrosis is modelled through leaf nitrogen dynamics. The specific case of Puccinia triticina infections on Triticum aestivum flag leaves is studied. In the model, conversion of indirectly available N in the form of, for example, leaf cell proteins (N-2(t)) into directly available N (N-1(t), i.e. the form of N that can directly be used by either pathogen or plant sinks) results in apical necrosis. The model reproduces observed trends of disease severity, apical necrosis and green leaf area (GLA) and leaf N dynamics of uninfected and infected leaves. Decreasing the initial amount of directly available N results in earlier necrosis onset and longer necrosis duration. Decreasing the initial amount of indirectly available N, has no effect on necrosis onset and shortens necrosis duration. The model could be used to develop hypotheses on how the disease-GLA relation affects yield loss, which can be tested experimentally. Upon incorporation into crop simulation models, the model might provide a tool to more accurately estimate crop yield and effects of disease management strategies in crops sensitive to fungal pathogens.