Environmental impact assessment of energy crops cultivation in the Mediterranean Europe

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa Para a obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Remediação Ambiental

A agricultura é uma das atividades mais antigas realizadas pelo Homem, sendo de grande importância para a obtenção tanto de bens alimentares como de bens para outros fins. No entanto desde o início constatou-se que as culturas eram afetadas por pragas e doenças que levavam à perda das colheitas. Este motivo deu origem à necessidade de nesses termos surgiu a aplicação de substâncias com o objetivo de proteger as colheitas. Os pesticidas são substâncias naturais ou sintéticas, aplicadas com o objetivo de proteger as plantas eliminando pragas e doenças. Para além da potencial toxicidade destas substâncias, em alguns casos a sua degradação no meio ambiente por microrganismos, hidrólise, radiação solar, etc. dá origem a produtos de degradação tanto ou mais tóxicos que os próprios pesticidas. A utilização deste tipo de substâncias acarreta problemas, visto a sua aplicação ser feita de forma a compensar perdas que ocorrem por meio de degradação, lixiviação, entre outros processos. Este tipo de aplicação leva a que haja contaminação do meio ambiente por parte dos pesticidas, pondo em risco tanto a saúde humana como os restantes seres vivos. A utilização de ciclodextrinas no encapsulamento destes compostos tem como objetivo aumentar a estabilidade do composto e promover a sua libertação de forma controlada. No presente trabalho pretende-se efetuar um estudo comparativo sobre a fotodegradação do herbicida terbutilazina e do fungicida pirimetanil livres e quando encapsulados com 2- hidroxipropil-β- ciclodextrina. De forma a quantificar os pesticidas ao longo do estudo foi utilizado o método analítico de HPLC de fase reversa. Os resultados permitiram constatar que a terbutilazina é fotoquimicamente estável, nas condições aplicadas, visto que ao fim de 75 dias de as soluções de pesticida livre em água desionizada e em água do rio apresentarem ainda 98% do pesticida inicial e as soluções de pesticida encapsulado em água desionizada e em água do rio apresentarem ainda 98% do pesticida inicial. Neste caso particular não foi possível, no intervalo de tempo considerado, avaliar a influência do encapsulamento no processo de fotodegradação da terbutilazina. Dada a baixa fotodegradação observada optou-se pela adição de peróxido de hidrogénio às soluções de controlo e 35 mM de HP-β-CD e acetona às soluções de 0 mM e 17,5 mM de HP-β-CD, para tentar promover a degradação do pesticida. Através dos resultados obtidos constatou-se que particularmente para as soluções onde foi adicionada acetona houve um aumento da velocidade de degradação no entanto esta ainda ocorria de forma lenta e muito semelhante quer para o pesticida livre quer para o encapsulado. Relativamente ao estudo da fotodegradação do pirimetanil verificou-se que ao fim de 4 dias de irradiação as soluções de pesticida livre apresentavam já alguma degradação do pesticida e tendo o período de irradiação uma duração de 53 dias foi possível para este pesticida determinar os parâmetros cinéticos em algumas das soluções. Quanto as soluções de água desionizada e água do rio com pirimetanil livre ambas apresentaram degradação do pesticida verificando-se uma cinética de reação de 1ª ordem com constantes de 0,0018 dias-1 e de 0,0060 dias-1 respetivamente. Para a solução de água desionizada com pirimetanil encapsulado não foi detetada degradação do pesticida, já para a solução com pirimetanil encapsulado em água do rio verificou-se a existência de degradação que correspondeu a uma cinética de degradação de 1ª ordem com uma constante de 0,0013 dias-1. Através dos resultados obtidos pode-se concluir que o encapsulamento do pirimetanil com 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina é vantajoso visto diminuir a quantidade de pesticida utilizado e aumentar a eficácia do controlo das pragas.

Aproximación al manejo de Nemátodos Fitófagos de los genéros nacobbus y meloidogyne en la Provincia de Córdoba: cultivos hortícolas y aromáticos. Approach to the management of phytophagous nematodes of de genera nacobbus and meloidogyne in the province of Córdoba: horticultural and aromatic crops.

El proyecto que se propone es continuación de investigaciones relacionadas con dos géneros de nematodos fitófagos de interés para cultivos hortícolas (Nacobbus y Meloidogyne) y plantas aromáticas (Meloidogyne) en la Provincia de Córdoba. Hasta el momento, los conocimientos sobre estos parásitos son limitados, de allí la justificación del tema propuesto. Se realizarán muestreos de los citados cultivos, desarrollados a campo y bajo cubierta, para identificar poblaciones de esos nematodos perjudiciales. Se caracterizará morfológicamente poblaciones de N. aberrans con el objeto de consolidar criterios que permitan su reconocimiento. Se llevarán a cabo estudios de relaciones nematodo-hospedador poniendo énfasis en aspectos para los cuales no existen antecedentes en el país. Por un lado, se evaluará el grado de susceptibilidad de diferentes cultivares de pimiento a la agresión de poblaciones de N. aberrans de reconocida patogenicidad para el cultivo. Por otro, se estudiará el efecto de la colonización de micorrizas arbusculares en raíces de tomate y pimiento, como agente que brindaría resistencia al ataque de N. aberrans. Cabe hacer notar que con respecto a la interacción del complejo representado por N. aberrans-planta-micorrizas no ha sido publicada información alguna a nivel mundial. La importancia del proyecto reside en la posibilidad de obtener datos originales, transferibles al sector de producción agrícola. Al mismo tiempo, contribuirá a definir estrategias alternativas de manejo de problemas ocasionados por nematodos fitófagos, basadas en aspectos biológicos y no en la utilización sistemática de agroquímicos contaminantes.

Evaluación de aspectos agronómicos, químicos-nutricionales y tecnológicos de lupinos y quínoas. Agronomic, chemical-nutritional and technological evaluation of lupin and quinoa grain crops.

Este proyecto desarrolla estudios multidisciplinarios para contribuir con información avalada por métodos científicos, a propuestas de desarrollos regionales agronómicos y de tecnología de alimentos en la provincia de Córdoba. Se propone realizar evaluaciones de factibilidad de cultivo de variedades de lupinos y quínoas en parcelas experimentales y huertas, verificar las características químico-nutricionales de los granos y establecer mecanismos tecnológicos, para poder presentar productos alimenticios viables de comercialización. Estos granos, poco conocidos en los hábitos nutricionales actuales, fueron considerados desde la antigüedad por distintas civilizaciones, como importantes fuentes de alimento vegetal. En la actualidad la necesidad de contar con nuevas fuentes de alimentos provenientes de sistemas auto-sustentables y manufacturación artesanal, ha llevado investigar alternativas de nuevos cultivos y a revalorizar aquellos que han sucumbido a las tecnologías modernas. Tanto los granos de quínoa como la de los lupinos han cobrado interés a nivel internacional por su alto valor nutricional, farmacológico y por sus cualidades de plantas rústicas a los manejos de cultivo. Es por esas razones, que se propone desarrollar un proyecto de investigación con transferencia de tecnología, para contar con experiencias que permitan establecer los lineamientos agronómicos y de tecnología de alimentos necesarios para promover los granos de lupinos y quínoas dentro de los planes nutricionales de nuestra sociedad. La importancia de este proyecto se fundamenta en la necesidad de buscar nuevas alternativas de cultivos que se adapten a los recursos de clima y suelo en áreas rurales de las sierras de Córdoba y promover nuevos emprendimientos relacionados con los sectores agrícolas y de la alimentación. Para su mejor desarrollo el proyecto está diagramado en tres módulos que cubren las siguientes áreas: Módulo 1, ensayos de cultivo en parcelas experimentales y huertas comunales; Módulo 2, análisis químicos-nutricionales; Módulo 3, diseño y adaptación de equipamiento para la manufacturación de alimentos. La metodología de investigación está ampliamente respaldada por la experiencia que cuenta el equipo de trabajo en los módulos propuestos y que puede ser verificada en la producción científica plasmada en trabajos publicados en revistas con referato nacionales e internacionales, presentaciones a congresos y direcciones de tesis.

Estudio del patosistema geminivirus-moscas blancas, Bemisia tabaci (Hemiptera Aleyrodidae) en cultivos de soja. Study of the geminivirus-whiteflies Bemisia tabaci (Hemiptera Aleyrodidae) pathosystem in soybean crops.

La soja es la especie oleaginosa de mayor importancia y consumo en el mundo. Su cultivo se efectúa en aproximadamente 50 países, aunque el 90 por ciento de la producción está concentrada en: Estados Unidos (40 por ciento), Brasil (24 por ciento), Argentina (18 por ciento) y China (8 por ciento). En nuestro país durante la campaña agrícola 2006/07 se alcanzaron 15.981.264 ha y 47.482.784 t. Actualmente, ocupa una amplia zona ecológica, desde los 23º a los 39º de latitud sur y la región pampeana, con cerca del 90 por ciento de la superficie sembrada en las provincias de Santa Fe (28.5 por ciento), Córdoba (28 por ciento) y Buenos Aires (23 por ciento) es la principal productora. Entre los factores que limitan la producción de este cultivo se encuentra el patosistema begomovirus - mosca blanca (Bemisia tabaci Gennadius), que causa pérdidas económicas, al reducir los rendimientos y calidad de los productos obtenidos y aumentar los costos de producción por el uso intensivo de insecticidas. La continua aplicación de agroquímicos para el control del insecto conlleva la selección de individuos resistentes en la población, que puede verse acelerada si se tiene en cuenta que, durante el ciclo de cultivo, se desarrollan varias generaciones. Además, formas inmaduras y adultos se alojan en el envés de las hojas y la acción de los insecticidas es menos eficaz. Ante esto, los agricultores aumentan el número y frecuencia de las aplicaciones, con lo que se incrementa la presión de selección en las poblaciones, favoreciendo el surgimiento de estirpes resistentes. El control químico resulta antieconómico y genera un severo peligro ambiental, con perjuicios para la salud humana y animal. Por lo tanto, resulta imprescindible la búsqueda de formas alternativas de control de la plaga y de los virus que transmite, a través del manejo integrado sustentable, dentro del cual se destacan la resistencia de la planta hospedante (HPR) y el empleo de métodos culturales. Con respecto a los geminivirus, como primer paso en la búsqueda de resistencia, es de gran importancia identificar las especies y/o razas que se encuentran infectando al cultivo de soja. Además, se presupone la existencia de fuentes de resistencia a moscas blancas en germoplasma de soja y, por ende, a los begomovirus que transmiten y que es posible la caracterización de los mecanismos que confieren dicha resistencia. En base a la problemática expuesta se proponen los siguientes objetivos de trabajo:- Aislar y caracterizar molecularmente a las nuevas especies y/o razas de begomovirus detectadas en cultivos de soja y ajustar las técnicas que permitan su identificación.- Detectar y caracterizar los mecanismos de resistencia, antixenosis, antibiosis o ambas, frente a la mosca blanca B. tabaci en distintos cultivares de soja. Para cumplimentar tales objetivos se efectuará el clonado y secuenciación del genoma completo de los diferentes begomovirus detectados; serán ajustadas técnicas de hibridación molecular con marcado no radioactivo y producidos clones infecciosos que, posteriormente, se emplearán para inocular distintas especies (rango de hospedantes). Por otro lado, se tratará de detectar y caracterizar fuentes de resistencia a B. tabaci en germoplasma de soja (cultivares comerciales y líneas en proceso avanzado de mejoramiento). Como primer paso se efectuará la cría de la mosca blanca bajo condiciones controladas.Se medirán variables indicadoras de antibiosis (en condiciones de no elección o alimentación forzada): número de huevos, ninfas y adultos, tasa de mortalidad, duración del ciclo biológico, longevidad y peso de insectos adultos. Complementariamente se determinará antixenosis (en condiciones de libre elección): índice de atracción y preferencia para la oviposición y su correlación con el número de tricomas foliares. Los resultados del proyecto serán de inmediata transferencia a fitotecnistas, semilleros y sector productivo en general, permitiendo la reducción de pérdidas significativas ocasionadas por begomovirus y por su vector.

Protease-activated receptor (PAR)-1 and PAR-2 protect rat astrocytes from apoptotic cell death via differentially regulating JNK isoform-specific release of the chemokine GRO/CINC-1 : two novel protective pathways in brain

Protease-activated receptor; c-Jun N-terminal kinase (JNK); thrombin; neuroprotection; siRNA

The diet of the black widow spider Latrodectus mirabilis (Theridiidae) in two cereal crops of central Argentina

The spider Latrodectus mirabilis (Holmberg, 1876) is commonly found in cereals crops of central Argentina. We studied its diet composition at the field and capture rate on leaf-cutting ants based on laboratory experiments. This study comprises the first approach that documents the diet of L. mirabilis in wheat and oat fields of central Argentina. We identified 1,004 prey items collected from its webs during the last phenological stages of both cereal crops. The prey composition was variable but the spiders prey mainly on ants (Formicidae, Hymenoptera), who represented more than 86% of the total. Meanwhile, in the capture rate experiences we registered a high proportion of ants captured by spiders at the beginning of experiences, capturing the half of the ants from total in the first four hours. Summarizing, we reported a polyphagous diet of this spider species in wheat and oat fields. Ants were the most important prey item of this spider, as found in other Latrodectus spiders around the world.

Monoclonal antibodies to murine lipopolysaccharide (LPS)-binding protein (LBP) protect mice from lethal endotoxemia by blocking either the binding of LPS to LBP or the presentation of LPS/LBP complexes to CD14.

Cellular responses to LPS, the major lipid component of the outer membrane of Gram-negative bacteria, are enhanced markedly by the LPS-binding protein (LBP), a plasma protein that transfers LPS to the cell surface CD14 present on cells of the myeloid lineage. LBP has been shown previously to potentiate the host response to LPS. However, experiments performed in mice with a disruption of the LBP gene have yielded discordant results. Whereas one study showed that LBP knockout mice were resistant to endotoxemia, another study did not confirm an important role for LBP in the response of mice challenged in vivo with low doses of LPS. Consequently, we generated rat mAbs to murine LBP to investigate further the contribution of LBP in experimental endotoxemia. Three classes of mAbs were obtained. Class 1 mAbs blocked the binding of LPS to LBP; class 2 mAbs blocked the binding of LPS/LBP complexes to CD14; class 3 mAbs bound LBP but did not suppress LBP activity. In vivo, class 1 and class 2 mAbs suppressed LPS-induced TNF production and protected mice from lethal endotoxemia. These results show that the neutralization of LBP accomplished by blocking either the binding of LPS to LBP or the binding of LPS/LBP complexes to CD14 protects the host from LPS-induced toxicity, confirming that LBP is a critical component of innate immunity.

Peroxisomal polyhydroxyalkanoate biosynthesis is a promising strategy for bioplastic production in high biomass crops.

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial carbon storage polymers with diverse plastic-like properties. PHA biosynthesis in transgenic plants is being developed as a way to reduce the cost and increase the sustainability of industrial PHA production. The homopolymer polyhydroxybutyrate (PHB) is the simplest form of these biodegradable polyesters. Plant peroxisomes contain the substrate molecules and necessary reducing power for PHB biosynthesis, but peroxisomal PHB production has not been explored in whole soil-grown transgenic plants to date. We generated transgenic sugarcane (Saccharum sp.) with the three-enzyme Ralstonia eutropha PHA biosynthetic pathway targeted to peroxisomes. We also introduced the pathway into Arabidopsis thaliana, as a model system for studying and manipulating peroxisomal PHB production. PHB, at levels up to 1.6%-1.8% dry weight, accumulated in sugarcane leaves and A. thaliana seedlings, respectively. In sugarcane, PHB accumulated throughout most leaf cell types in both peroxisomes and vacuoles. A small percentage of total polymer was also identified as the copolymer poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) in both plant species. No obvious deleterious effect was observed on plant growth because of peroxisomal PHA biosynthesis at these levels. This study highlights how using peroxisomal metabolism for PHA biosynthesis could significantly contribute to reaching commercial production levels of PHAs in crop plants.

A novel cyanide-inducible gene cluster helps protect Pseudomonas aeruginosa from cyanide

Pseudomonas aeruginosa produces the toxic secondary metabolite hydrogen cyanide (HCN) at high cell population densities and low aeration. Here, we investigated the impact of HCN as a signal in cell-cell communication by comparing the transcriptome of the wild-type strain PAO1 to that of an HCN-negative mutant under cyanogenic conditions. HCN repressed four genes and induced 12 genes. While the individual functions of these genes are unknown, with one exception (i.e. a ferredoxin-dependent reductase), a highly inducible six-gene cluster (PA4129-PA4134) was found to be crucial for protection of P.aeruginosa from external HCN intoxication. A double mutant deleted for PA4129-PA4134 and cioAB (encoding cyanide-insensitive oxidase) did not grow with 100M KCN, whereas the corresponding single mutants were essentially unaffected, suggesting a synergistic action of the PA4129-PA4134 gene products and cyanide-insensitive oxidase.