PYROLIGNEOUS LIQUOR PRODUCED FROM ACACIA MEARNSII DE WILD WOOD UNDER CONTROLLED CONDITIONS AS A RENEWABLE SOURCE OF CHEMICALS

Acacia mearnsii de Wild (black wattle) is one of the most important trees planted in Southern Brazil for tannin extraction and charcoal production. The pyrolysis of the black wattle wood used for obtaining charcoal is performed in brick ovens, with the gas fraction being sent directly into the environment. The present study examines the condensable compounds present in the liquor produced from black wattle wood at different thermal degradation conditions, using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC/MS). Branches of black wattle were thermally degraded at controlled ambient and temperature conditions. Overall, a higher variety of compounds were obtained under atmospheric air pressure than under synthetic air pressure. Most of the tentatively identified compounds, such as carboxylic acids, phenols, aldehydes, and low molecular mass lignin fragments, such as guayacol, syringol, and eugenol, were products of lignin thermoconversion. Substituted aromatic compounds, such as vanillin, ethyl vanillin, and 2-methoxy-4-propeny-phenol, were also identified. At temperatures above 200 ºC, furan, 2-acetylfuran, methyl-2-furoate, and furfural, amongst others, were identified as polysaccharide derivatives from cellulose and hemicellulose depolymerization. This study evidences the need for adequate management of the condensable by-products of charcoal production, both for economic reasons and for controlling their potential environmental impact.

Regime Switching Models for Electricity Time Series that Capture Fat Tailed Distributions

In the power market, electricity prices play an important role at the economic level. The behavior of a price trend usually known as a structural break may change over time in terms of its mean value, its volatility, or it may change for a period of time before reverting back to its original behavior or switching to another style of behavior, and the latter is typically termed a regime shift or regime switch. Our task in this thesis is to develop an electricity price time series model that captures fat tailed distributions which can explain this behavior and analyze it for better understanding. For NordPool data used, the obtained Markov Regime-Switching model operates on two regimes: regular and non-regular. Three criteria have been considered price difference criterion, capacity/flow difference criterion and spikes in Finland criterion. The suitability of GARCH modeling to simulate multi-regime modeling is also studied.

Print-capture PCR for detection of tomato begomoviruses from plants and whiteflies

Print-capture (PC) Polymerase chain reaction (PCR) was evaluated as a novel detection method of plant viruses. Tomato (Lycopersicon esculentum) plants infected with begomovirus (fam. Geminiviridae, gen. Begomovirus) and viruliferous whiteflies were used to study the efficiency of the method. Print-capturing steps were carried out using non-charged nylon membrane or filter paper as the solid support for DNA printings. Amplified DNA fragments of expected size were consistently obtained by PCR from infected plants grown in a greenhouse, after direct application of printed materials to the PCR mix. However, virus detection from a single whitefly and from field-grown tomato samples required a high temperature treatment of printed material prior to PCR amplification. Comparison of nylon membrane and filter paper as the solid support revealed the higher efficiency of the nylon membrane. The application of print-capture PCR reduces the chances of false-positive amplification by reducing manipulation steps during preparation of the target DNA. This method maintains all the advantages of PCR diagnosis, such as the high sensitivity and no requirement of radioactive reagents.

Model based study of a calcium oxide looping process for post-combustion carbon dioxide capture

Calcium oxide looping is a carbon dioxide sequestration technique that utilizes the partially reversible reaction between limestone and carbon dioxide in two interconnected fluidised beds, carbonator and calciner. Flue gases from a combustor are fed into the carbonator where calcium oxide reacts with carbon dioxide within the gases at a temperature of 650 ºC. Calcium oxide is transformed into calcium carbonate which is circulated into the regenerative calciner, where calcium carbonate is returned into calcium oxide and a stream of pure carbon dioxide at a higher temperature of 950 ºC. Calcium oxide looping has proved to have a low impact on the overall process efficiency and would be easily retrofitted into existing power plants. This master’s thesis is done in participation to an EU funded project CaOling as a part of the Lappeenranta University of Technology deliverable, reactor modelling and scale-up tools. Thesis concentrates in creating the first model frame and finding the physically relevant phenomena governing the process.

Leaf-Targeted Ferredoxin-NADP+-Oxidoreductase (FNR): Electron Transfer Properties and Thylakoid Association in Arabidopsis thaliana

Photosynthetic reactions are divided in two parts: light-driven electron transfer reactions and carbon fixation reactions. Electron transfer reactions capture solar energy and split water molecules to form reducing energy (NADPH) and energy-carrying molecules (ATP). These end-products are used for fixation of inorganic carbon dioxide into organic sugar molecules. Ferredoxin-NADP⁺ oxidoreductase (FNR) is an enzyme that acts at the branch point between the electron transfer reactions and reductive metabolism by catalyzing reduction of NADP+ at the last step of the electron transfer chain. In this thesis, two isoforms of FNR from A rabidopsis thaliana, FNR1 and FNR2, were characterized using the reverse genetics approach. The fnr1 and fnr2 mutant plants resembled each other in many respects. Downregulation of photosynthesis protected the single fnr mutant plants from excess formation of reactive oxygen species (ROS), even without significant upregulation of antioxidative mechanisms. Adverse growth conditions, however, resulted in phenotypic differences between fnr1 and fnr2. While fnr2 plants showed downregulation of photosynthetic complexes and upregulation of antioxidative mechanisms under low-temperature growth conditions, fnr1 plants had the wild-type phenotype, indicating that FNR2 may have a specific role in redistribution of electrons under unfavorable conditions. The heterozygotic double mutant (fnr1xfnr2) was severely devoid of chloroplastic FNR, which clearly restricted photosynthesis. The fnr1xfnr2 plants used several photoprotective mechanisms to avoid oxidative stress. In wild-type chloroplasts, both FNR isoforms were found from the stroma, the thylakoid membrane, and the inner envelope membrane. In the absence of the FNR1 isoform, FNR2 was found only in the stroma, suggesting that FNR1 and FNR2 form a dimer, by which FNR1 anchors FNR2 to the thylakoid membrane. Structural modeling predicted formation of an FNR dimer in complex with ferredoxin. In this thesis work, Tic62 was found to be the main protein that binds FNR to the thylakoid membrane, where Tic62 and FNR formed high molecular weight complexes. The formation of such complexes was shown to be regulated by the redox state of the chloroplast. The accumulation of Tic62-FNR complexes in darkness and dissociation of complexes from the membranes in light provide evidence that the complexes may have roles unrelated to photosynthesis. This and the high viability of fnr1 mutant plants lacking thylakoid-bound FNR indicate that the stromal pool of FNR is photosynthetically active.

Avaliação da eficiência nutricional de três procedências australianas de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.)

O objetivo do presente trabalho foi avaliar a eficiência nutricional de macronutrientes N, P, K, Ca, Mg e S nos diferentes componentes das árvores de três procedências de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.), com 2,4 anos de idade, plantadas em Butiá-RS (Brasil). As procedências selecionadas foram Lake George, Bodalla e Batemans Bay. Foi constatada variação na eficiência nutricional entre as procedências. Em ordem decrescente de eficiência de utilização dos nutrientes para produção de casca e madeira, cujos produtos são explorados dos povoamentos, obteve-se: Bodalla > Batemans Bay > Lake George. Embora a Lake George seja a procedência menos eficiente no uso dos nutrientes para formação de copa, casca e madeira, ela possui grande capacidade produtiva.

Conteúdo e exportação de micronutrientes em acácia-negra (Acacia Mearnsii De Wild.) procedência batemans bay (Austrália)

O objetivo do presente trabalho foi estimar o conteúdo e a exportação de micronutrientes (Mn, B, Cu, Zn e Fe) e o Na nos diferentes componentes de árvores de um povoamento de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.), procedência australiana Batemans Bay, com 2,4 anos de idade, em Butiá-RS (Brasil). A biomassa total estimada foi de 36.155 kg/ha, apresentando distribuição de 46,0, 20,0, 19,5, 12,0 e 3,0%, na madeira do lenho, nas folhas, nos galhos vivos, na casca e nos galhos mortos, respectivamente. A proporção de micronutrientes acumulados na biomassa dos componentes da árvore foram 43,76% nas folhas, 26,94% na madeira do tronco, 19,56% nos galhos vivos, 7,21% na casca e 2,54% nos galhos mortos. A quantidade estimada de micronutrientes contidos na biomassa acima do solo foi 10,4 kg/ha, acumulados da seguinte forma: Na (58,84%), Fe (21,79%), Zn (9,16%), B (4,09%), Mn (4,59%) e Cu (1,54%). A casca e a madeira do lenho acumulou Na (21,47%), Fe (6,71%), Mn (2,11%), Zn (1,66%), B (1,58%) e Cu (0,63%). A copa (folhas e galhos vivos e mortos) acumularam Na (37,36%), Fe (15,07%), Zn (7,49%), B (2,53%), Mn (2,48%) e Cu (0,91%). A exploração intensiva de áreas com a procedência Batemans Bay gera suspeitas de possíveis ocorrências de deficiências nutricionais de Na nas rotações futuras, tornando necessário o emprego de fertilizantes para manter a produtividade do sítio.

Retorno de nutrientes via deposição de serapilheira em um povoamento de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) no Estado do Rio Grande do Sul

Com este estudo, objetivou-se avaliar os aspectos envolvidos na transferência de serapilheira e nutrientes ao solo em um povoamento de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) com 3 anos de idade, em Butiá-RS. Para tanto, foram alocadas, sistematicamente, cinco parcelas de 18 x 24 m, onde foram distribuídos 20 coletores de serapilheira de 1 m² (quatro em cada). Para coleta de galhos, foram demarcadas na superfície do solo 15 subparcelas de 3 x 3 m. O material interceptado foi coletado mensalmente entre maio/1999 e dezembro/2001. Após a coleta, o material foi separado em frações (folhas, galhos, flores, frutos e fezes), seco em estufa, pesado, moído e analisado quanto aos teores de N, P, K, Ca e Mg. A deposição média anual de serapilheira alcançou 5,85 Mg/ha, sendo composta por 77% de folhas, 3,7% de galhos, 2,5% de flores, 2,4% de frutos e 14,3% de fezes de lagarta. A baixa deposição de galhos foi atribuída à pequena intensidade do processo de desrama natural da espécie, principalmente nessa idade do povoamento. A deposição de serapilheira foi mais concentrada no verão. O maior fornecimento de nutrientes ao solo ocorreu através da fração folhas. As frações com maiores teores de N, P e Mg foram flores e frutos, somente perdendo para as folhas e fezes quanto à concentração de Ca e não diferindo em relação ao K. A magnitude de transferência de nutrientes ao solo, em kg/ha, foi igual a 106,2 de N > 62,8 de Ca > 41,8 de K > 9,4 de Mg > 3,4 de P.

Eficiência do uso de micronutrientes e sódio em três procedências de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.)

Objetivou-se avaliar a eficiência nutricional de micronutrientes (Mn, B, Cu, Zn e Fe) e Na nos diferentes componentes das árvores de três procedências de acácia-negra (Acacia mearnsii), com 2,4 anos de idade, plantadas em Butiá-RS (Brasil). As procedências selecionadas foram Lake George, Bodalla e Batemans Bay. Constatou-se grande variação na eficiência nutricional entre as procedências. A Lake George, além de acumular maior biomassa total, foi também a mais eficiente na utilização dos nutrientes na produção de biomassa total das árvores. No entanto, a Bodalla mostrou ser a procedência mais eficiente no uso dos nutrientes para produção de biomassa da casca e da madeira.

Multiplicação in vitro de gemas axilares de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.)

A acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) é uma espécie de difícil micropropagação devido à pequena capacidade de multiplicação e desenvolvimento de gemas. O presente estudo visou determinar a influência de diferentes citocininas na proliferação de gemas axilares em segmentos nodais de A. mearnsii. Plântulas germinadas in vitro forneceram explantes que foram inoculadas em meio básico B5 (GAMBORG et al., 1968). Testaram-se as citocininas: BAP (6-benzilaminopurina), BA (6-benziladenosina), 2iP (gama,gama-isopenteniladenina) e cinetina (6-furfuralamino-purina). Diferentes concentrações desses reguladores de crescimento foram empregadas: 1 mgL-1, 2 mgL-1 e 3 mgL-1. Utilizou-se o delineamento de blocos casualizados, em arranjo fatorial, com seis repetições e cinco plantas por parcela. As avaliações foram feitas aos 30 dias, através da contagem de gemas alongadas e da presença de calos. A utilização de BAP a 2 mgL-1 promoveu a maior taxa de multiplicação de gemas (3,5 brotos/explante).

Rebrota de cepas de árvores adultas de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.)

O rejuvenescimento de árvores que alcançaram a maturidade de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) torna-se necessário devido à dificuldade do enraizamento de ramos adultos. Desse modo, o objetivo do presente trabalho foi estudar a influência da altura de cepa no desenvolvimento de brotações e o melhor período para o corte das árvores. Os ensaios foram instalados em um plantio comercial de acácia-negra aos cinco anos de idade, desenvolvendo-se em espaçamentos de 1,0 x 1,30 m. Utilizou-se o delineamento em blocos ao acaso com seis repetições e seis plantas por parcela. Os tratamentos foram constituídos de diferentes alturas de cepa com corte à altura de: (a) 15 cm, (b) 30 cm, (c) 45 cm e (d) 60 cm. Os ensaios foram instalados no outono (março) e na primavera (setembro). Foram feitas avaliações aos 45, 90 e 150 dias, através da contagem de cepas com brotações e número de brotações por cepa. O corte das árvores na altura de 60 cm promoveu elevado índice de rebrota, com aproximadamente 90% das cepas apresentando brotações novas. Na primavera, obteve-se melhor rebrota de árvores adultas de acácia-negra, em comparação com o ensaio do outono. Esses resultados indicaram a influência da altura de cepa e do período do ano na capacidade de rebrota de indivíduos adultos de Acacia mearnsii.

Análise termogravimétrica da pirólise da acácia-negra (Acacia mearnsii de Wild.) cultivada no Rio Grande do Sul, Brasil

Este trabalho reporta um estudo experimental que objetivou a investigação dos efeitos da temperatura, da taxa de aquecimento e do tempo na eficiência e nos parâmetros cinéticos da decomposição da madeira de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) plantada no Rio Grande do Sul. O processo da pirólise da acácia-negra foi investigado por análise termogravimétrica (TGA), e os parâmetros cinéticos foram obtidos a partir de ensaios dinâmicos e isotérmicos. Os ensaios dinâmicos foram conduzidos desde a temperatura ambiente até 900 C, sob taxas de aquecimento que variaram de 2 a 50 ºC.min-1. Os ensaios isotérmicos foram realizados entre 250 e 750 ºC, ao aquecer a amostra até a temperatura desejada e mantendo-se nessa temperatura por 2 h. Os dados cinéticos obtidos dinamicamente foram tratados segundo os métodos de Ozawa e Kissinger. Já os parâmetros cinéticos conseguidos isotermicamente foram calculados ao considerar que a reação de pirólise segue uma cinética de primeira ordem em todo o intervalo de tempo e temperatura empregados. Os resultados denotaram a aplicabilidade dos métodos adotados, visto que os valores da energia de ativação do processo de pirólise, além de se aproximarem entre si, isto é, 170-180 kJ.mol-1, segundo modelos dinâmicos, e 140 kJ.mol-1, segundo o método isotérmico, aproximaram-se também dos valores reportados na literatura sobre a pirólise de compostos celulósicos (150-200 kJ.mol-1). Os resultados contribuem para a melhor compreensão dos processos de pirólise da biomassa, em especial da acácia-negra, o que pode levar ao melhoramento das atuais práticas de conversão da biomassa em carvão vegetal.

Biologia reprodutiva de Acacia mearnsii De Wild.: receptividade de estigmas

O objetivo deste trabalho foi analisar a receptividade de estigmas de Acacia mearnsii De Wild. em 20 árvores da Área de Produção de Sementes (APS) da Fazenda Locatelli, da empresa SETA S.A., no município de Butiá (RS) e comparar os períodos de receptividade de estigmas e de viabilidade polínica em diversas fases da abertura floral. Foi utilizado como método de colorimetria o reagente de Baker para indicar a receptividade e a viabilidade. As análises foram conduzidas em delineamento inteiramente casualizado e a estatística χ2 foi utilizada para verificar a significância dos eventos estudados. Foi observada receptividade no início da abertura floral (71%), alcançando a total receptividade (100%) em plena antese. A viabilidade polínica foi detectada no início da antese (77%) e em total abertura floral (88%). Na fase de senescência foram observados estigmas receptivos (50%) e políades viáveis (23%). Há sobreposição da fase de viabilidade masculina e de receptividade feminina, aumentando as chances de autopolinização. Na maioria das árvores analisadas (85%) foi observada a total receptividade (100%) nos estigmas amostrados. Em três árvores (15%) observou-se uma média inferior a 95% de estigmas receptivos. Não foi observada diferença significativa pelo teste do χ2 na receptividade dos estigmas no germoplasma analisado, sugerindo que o genótipo não interfere diretamente para a receptividade dos estigmas.

Biologia reprodutiva de Acacia mearnsii de wild. (Fabaceae) IV: visitantes florais

Para que as estratégias de melhoramento genético em espécies arbóreas tenham sucesso, o conhecimento da biologia reprodutiva da espécie envolvida é indispensável. Um dos fatores críticos ao sucesso reprodutivo das espécies do gênero Acacia é a presença de vetores para a polinização. Os objetivos deste trabalho foram identificar os visitantes florais em um plantio comercial de Acacia mearnsii De Wild. e quantificar as políades aderidas à superfície corporal dos insetos. As observações foram realizadas em uma torre localizada no plantio comercial durante o período de floração de 2002 e 2003. Os visitantes florais foram capturados no período diurno com o auxílio de rede entomológica e de um cesto aéreo instalado em um trator. No período noturno, os insetos foram capturados com o auxílio de armadilhas luminosas instaladas entre as copas florescidas. Foram observados insetos pertencentes às ordens Coleoptera, Hymenoptera, Diptera, Hemiptera e Lepidoptera. Os besouros da espécie Macrodactylus suturalis foram considerados como dispersores do pólen de acácia-negra, pela alta frequência de indivíduos presentes no povoamento estudado e pela grande quantidade de políades aderidas no corpo dos insetos capturados (X=229,36 políades/inseto). As abelhas da espécie Apis mellifera, embora tenha sido quantificada uma grande quantidade de políades nos indivíduos capturados (X=448,50 políades/inseto), não foram observadas com frequência na área analisada. Uma das formas recomendadas para aumentar a frequência de abelhas e vespas nos plantios comerciais de acácia-negra é a manutenção de fontes de néctar e a introdução de caixas com abelhas A. mellifera.

Multiplicação de gemas axilares de Acacia mearnsii de wild. Sob diferentes meios de cultura

A propagação de indivíduos superiores de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) visando ao estabelecimento de florestas mais produtivas, homogêneas, resistentes a pragas e doenças é uma necessidade nos dias atuais. Este estudo objetivou determinar o melhor meio de cultura, a concentração dos seus principais sais e a utilização de carvão ativado para multiplicação in vitro de gemas axilares de A. mearnsii. Plântulas germinadas in vitro forneceram explantes que foram inoculados em diferentes meios de cultura B5, MS, SP e WPM. Foram testadas diversas concentrações do meio MS: ¼, ½, ¾ e 1/1 (concentração original), 5/4, 3/ 2, 7/4 e 2/1, com e sem carvão ativado. Utilizou-se o delineamento de blocos casualizados com cinco, sete e quatro repetições, respectivamente, com quatro explantes por parcela. As avaliações foram feitas em intervalos de 30 dias, através da contagem do número de folhas e gemas e da presença de calos e clorose. Entre os meios utilizados em sua composição original, o MS promoveu a maior multiplicação de gemas (3,7 gemas/explante) aos 30 dias. Entre as concentrações de macronutrientes do meio MS, a diluição para 3/4 da concentração original com a adição de carvão ativado apresentou as melhores respostas para a multiplicação de gemas axilares de acácia-negra (7,7 gemas/explante) aos 60 dias.