石荠苎属的系统学与进化

石荠苎属(Mosla (Benth.) Buch.-Hamilt. ex Maxim.)是唇形科的一个小属，仅分布于东亚，该属复杂的变异式样一直困扰着系统学家．本论文是对该属进行三年物种生物学研究的结果．本研究从居群生物学出发，在广泛的野外调查后选取了47个居群进行取样和观察，在控制环境因素的实验设计条件下，测量了31个居群53个形态性状并分析了其变异规律;在扫描电镜下观察了含外类群在内的6属38个居群的花粉和小坚果表面微形态：对27个居群做了细胞学研究：对22个居群15个酶系统做了等位酶分析，获得了28个位点的资料;进行了35个组合的796次人工杂交．综合上述各方面资料的分析结果，对石荠苎属的形态变异与进化、居群分化、生殖隔离、物种形成、类群划分，以及起源和扩展作了详细的分析和讨论． 形态特征的数量遗传学分析表明，叶片大小和形状、苞片形态、花序（果序）和花萼（果期花萼）的复杂变异式样是造成分类混乱的主要原因．叶片大小和形状在小鱼仙草(M. dianthera)中呈现幅度很宽的连续变异，极端情况常分别被描述为不同的种，如M．remottllora和M．grosseserrata．少数突变体以及种间偶尔产生的杂交个体在苞片和花序形态上表现异常，都曾引起分类的混乱．本研究已经澄清M. bracteata和M. tamdaoensis是突变体，而M. exfoliata和M. longispica则是种间杂种．M.fomosana花萼上唇裂片长度的变异是导致分类困难的另一个原因，是小鱼仙草花萼上唇中裂片变异的极端类型。 通过比较分析揭示了石荠苎属中苞片形状、花序结构、花朵大小、花萼形态、小坚果和花粉粒表面纹饰以及染色体的变异和演化趋势，苞片由发达的叶状类型向披针形方向演化;花序由花朵疏离的松散状向紧缩的头状类型演化;花萼由近辐射对称，五个裂片近等长向二唇形演化;花冠由发达、鲜艳向退化方向演化：小坚果由具旋涡状深雕纹向具网纹类型演化;花粉粒由无明显突起向有明显条文或块状突起的类型演化;核型由不对称性小向不对称性增强发展;繁育系统由以异交为主向以自交为主演化，并且带动一系列花部形态的相关变异． 等位酶分析结果表明，石荠苎属种内的进化以遗传变异的积累和繁育系统的转变造成的居群间分化为主要特征．杭州石荠苎各居群的平均遗传距离为0.026，聚类分析结果发现7个居群明显分化为两支，居群3704，4704和3712为一支，其他居群为一支，等位酶资料获得的结果也得到形态和生殖特征的支持．3704、4704和3712在毛被、花朵大小、小坚果大小和颜色在均与其他居群有差异，繁育系统上，这三个居群表现出更明显的异交特性．小鱼仙草居群之间遗传分化甚至大于少数亲缘种之间的遗传分化，平均遗传距离达到0.034，但杂交实验发现，居群之间并不存在生殖隔离，不同的居群之间在叶片大小、叶形、苞片长短和花萼上唇中裂片的长短也有所不同．杭州石荠苎和小鱼仙草种内居群之间的形态和等位酶分化说明居群之问正处于分化和物种形成的早期阶段，生殖隔离还没有建立。 突变（包括染色体结构变异）的积累和繁育系统的转变是石荠苎属物种形成的基础，苏州石荠苎和石荠苎的分化是由于染色体结构变异的积累，具体表现在核型不对称性上的差异，造成生殖隔离．另一些比较明显的物种形成机制为：染色体多倍化，形成M.pauciflora;染色体结构变异，如随体染色体的臂间易位，产生M.cavaleriei;繁育系统由异交转变为自交产生M．chinensis．另外，在物种形成过程中，花期和生态位分化等促进了生殖隔离的完善． 石荠苎属形态上界限清楚，而且存在生殖隔离的种有八个，它们是小花荠苎(M.cavaleriei Levl.);石香薷 (M. chinensis Maxim.);小鱼仙草 (M. dianthera (Buch.-Hamilt. ex Roxb.) Maxim.);杭州石荠苎(M．hangchouensis Matsuda);日本石荠苎(M. japonica (Benth.) Maxim.);疏花荠苎(M. pauciflora (C. Y. Wu) C. Y. Wu et H. W. Li);石荠苎(M. punctulata (J.F. Gmelin) Nakai)和苏州石荠苎(M. soochouensis Matsuda). 石荠苎属的近缘属是香薷属(Elsholtzia)、香简草属(Keiskea)和紫苏属(Perilla)。石荠苎属与近缘属的分化大约在260万年之前，因为那时石荠苎属的祖先就发生了分化，形成以杭州石荠苎一一石香薷的祖先和以小花荠苎一一小鱼仙草的祖先为代表的两条进化主线，从香薷属和香简草属的现代分布式样-以及石荠苎属的分布特点推断，华东地区可能是石荠苎属的起源和演化的舞台，华东地区具有最大的种类多样性、变异性、特有性和多度．

施肥和海洋微生物调控对桉树人工林土壤质量的影响

本文研究施化肥和海洋微生物制剂对桉树人工林土壤质量的影响。研究结果表明：施用不同的化肥对桉树人工林土壤质量影响具有明显差异；从海洋植物根际分离得到的微生物菌株制成的微生物制剂中的活性微生物菌株能够在桉树人工林土壤中定殖，对桉树生长具有一定促进作用。桉树凋落叶分解过程中是否释放化感物质是桉树人工林发展过程中人们普遍关注的问题之一，本论文也对该部分做了初步研究。 对施用长效尿素、芬兰复合肥、高峰复合肥三种不同化肥对桉树人工林土壤质量的的影响进行了初步研究，研究结果表明长效尿素在保障土壤氮素供应、促进土壤纤维素分离能力提高和增强土壤对磷元素吸收方面具有重要作用；芬兰复合肥在增强土壤呼吸作用和促进土壤酶活性提高方面优于长效尿素和高峰复合肥。 以两株海洋来源的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis 3512, Bacillus subtilis 3728)和一株海洋木霉(Trichoderma TF4)为研究材料，在实验室条件下对其生防机理进行了研究，研究表明:两株枯草芽孢杆菌通过产生脂肽和蛋白酶对植物病原菌产生抑制作用；海洋木霉TF4则能够产生HCN，IAA类植物生长激素，同时还具有一定的解磷能力，具有很好的应用前途，采用传统分类学方法和分子系统学方法鉴定为棘孢木霉(T.asperellum)。这三株海洋菌株制成微生物菌剂，在原位条件和盆栽条件下考察了其对桉树生物量和土壤质量指标的影响，研究结果表明将三株海洋微生物混合后添加少量三叶草作辅剂，能有效改善桉树人工林土壤质量，并促进桉树树高和胸径的增加，具备进一步研究和开发成产品的价值。 用高效液相色谱(HPLC)对桉树凋落叶中毒性物质进行分离、纯化，以小麦、绿豆、大速生菜为指示植物，对分离到的物质进行毒性跟踪，分离到一个毒性较强的组分，经1H氢谱和NMR鉴定为3–β甲酰基–乌索酸。

Simulação da dinâmica populacional do psilídeo-de-concha, Glycaspis brimblecombei (Hemiptera: Psyllidae) e identificação de estratégias para a criação laboratorial de seu parasitóide Psyllaephagus bliteus (Hymenoptera: Encertydae) .

O "psilídeo-de-concha", Glycaspis brimblecombei (Hemiptera: Psyllidae), tem causado preocupação ao setor florestal brasileiro, principalmente em áreas com Eucalyptus camaldulensis, mais susceptível ao ataque. Estratégias voltadas ao seu controle químico ainda apresentam custos elevados e problemas relacionados ao registro de produtos autorizados, o que faz do seu controle biológico pelo parasitóide Psyllaephagus bliteus (Hymenoptera: Encyrtidae) o único disponível no momento, demandando sua criação massal em laboratório para posteriores liberações no campo. Dados biológicos disponíveis na literatura até 2007 possibilitaram desenvolver um simulador computacional capaz de acompanhar a dinâmica populacional das diferentes fases de desenvolvimento da praga, facilitando a identificação de períodos mais favoráveis ao aumento da presença de hospedeiros-praga preferencial ao parasitismo (3º e 4º instares). Os primeiros resultados observados apontaram o período do 16º ao 21º dia após a infestação dos adultos do psilídeo nas gaiolas. A validação de todos os resultados demanda novos experimentos em gaiolas de criação.

Estimativa de biomassa e estoque de carbono de uma floresta secundária em Minas Gerais.

Em virtude das preocupações mundiais com as quantidades acumuladas de gases de efeito estufa na atmosfera, 175 países assinaram, durante a ECO 92, no Rio de Janeiro, relatório sobre o Painel de Mudanças Climáticas, indicando a necessidade de reduzir as emissões desses gases. Um dos mecanismos, com essa finalidade que tem despertado grande interesse é o financiamento de grandes plantios de árvores visando o seqüestro de quantidades significativas de carbono através da fotossíntese. Tendo em vista que a legislação brasileira de meio ambiente determina a manutenção de uma reserva legal de pelo menos 20% de vegetação natural nas propriedades rurais do sudeste e, considerando-se a forte atividade agropecuária dessa região onde, na paisagem rural, predominam pastos, cultivos e reflorestamentos com Eucalyptus a recuperação das áreas de reserva legal pode atingir escala de interesse, além de contemplar demandas por uma maior proteção da biodiversidade. O presente estudo apresenta estimativas de biomassa e estoque de carbono de uma floresta secundária de cerca de 37 anos por meio de medições diretas, utilizando o método da árvore média. O estudo fitossociológico apontou sete espécies cujas árvores representam cerca de 80,5% de dominância e 77,9% de densidade do sítio, sendo Canudo de Pito, (Mabea fistulifera ? Euphorbiaceae) a espécie arbórea dominante. Obtiveram-se, para biomassa, estimativas de 64.005 Kg.ha-1 por densidade e, por dominância, 66.127 Kg.ha-1. A esses totais correspondem, respectivamente, em quantidades de carbono, 28.802 Kg.ha-1 e 29.757 Kg.ha-1.

Efeito do reflorestamento com diferentes espécies sobre os atributos químicos em solo de cerrado.

RESUMO: O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito do reflorestamento com eucalipto (Eucalyptus camaldulensis), carvoeiro (Sclerolobium paniculatum) , pinus (Pinus tecunumanii) e baru (Dipteryx alata) sobre os teores de nutrientes e de carbono orgânico do solo em comparação com uma área sob vegetação de Cerrado. Foram coletadas amostras de solo nas camadas 0 cm -5 cm, 5 cm - 10 cm, 10 cm - 20 cm, 20 cm - 30 cm, 30 cm - 40 cm e 40 cm - 60 cm, em um povoamento de baru plantado em 1987, um de carvoeiro plantado em 1985, um de pinus plantado em 1984, um de eucalipto plantado em 1983 e em uma área adjacente com vegetação nativa de Cerrado. Cada amostra foi composta por dez subamostras por parcela e por profundidade, coletadas entre as linhas. Os atributos químicos analisados foram: pH em água, alumínio trocável, H + Al (acidez potencial), fósforo e potássio disponíveis, cálcio e magnésio trocáveis e carbono orgânico. Os plantios de eucalipto e de carvoeiro aumentaram significativamente os teores de carbono orgânico do solo na camada de 0 cm a 5 cm. Os teores de fósforo foram muito baixos em todas as camadas avaliadas e não foram afetados pelo reflorestamento. O plantio de pinus acarretou queda significativa no teor de potássio, de cálcio e de magnésio até a camada de 30 cm a 40 cm. A partir de 20 cm de profundidade houve redução do pH do solo sob no plantio de pinus comparado com a área de Cerrado. ABSTRACT: The objective of this paper was to evaluate the effect of reforestation with eucalyptus (Eucalyptus camaldulensis), carvoeiro (Sclerolobium paniculatum) , pinus (Pinus tecunumanii) and baru (Dipteryx alata) on soil carbon and nutrients contents in comparison to virgin area of Cerrado. Samples of soil were collected down in 0 cm - 5 cm, 5 cm - 10 cm, 10 cm - 20 cm, 20 cm - 30 cm, 30 cm - 40 cm e 40 cm - 60 cm layers in a plantation of baru planted in 1987, one of carvoeiro planted in 1985, one of pinus planted in 1984, one of eucalyptus planted in 1983 and an adjacent area of Cerrado. Every sample was composed by ten sub-samples, by plot by depth, collected between the rows. Water pH, exchangeable aluminum, exchangeable H + Al (total acidity), suitable phosphorus, suitable potassium, exchangeable calcium, exchangeable magnesium and organic carbon contents were evaluated. Eucalyptus and carvoeiro planting increased significantly soil organic carbon contents in 5 cm - 10 cm layer. The levels of phosphorus were very low in all evaluated layers and were not affected by reforestation. Pinus planting decreased significantly potassium, calcium and magnesium contents until 30 cm - 40 cm layer. There was pH reduction after 20 cm of depth in pinus planting compared with cerrado area.

Crescimento retardado de seringueira plantada como toco alto em faixas abertas em capoeira alta, com enxertia de copa no local de plantio.

Por ser especie heliofila, a seringueira e' plantada em pleno sol. Por esse motivo, foi testado o comportamento de plantio, em trilhas abertas na capoeira, de toco alto que, por medir de 2,10m a 2,40m de altura e possuir maior quantidade de reservas do que as mudas tradicionais, traria as vantagens de reducao do custo de preparo da area, evitando a derruba e queima, com preservacao da materia organica do solo, alem da incorporacao gradual da biomassa da capoeira. As copas de Hevea pauciflora apresentam derrama natural tardia, sugerindo que seu ponto de compensacao luminosa e' mais baixo do que o de H. brasiliensis. Desse modo, copas enxertadas com H. pauciflora poderiam tolerar melhor a fase de crescimento a sombra parcial da capoeira. O tratamento com copa propria apresentou o menor perimetro de caule, com valores tambem baixos nos blocos em pleno sol. Os incrementos anuais em perimetro de caule, apos a decapitacao dos enxerto de copa, permaneceram muito baixos na capoeira, nos tres anos consecutivos, e atingiram valores sucessivamente mais altos em pleno sol, exceto com a copa propria. Os resultados com as copas enxertadas de H. pauciflora demostram, portanto, ser inviavel o plantio em capoeira, nas condicoes descritas neste trabalho.

Introdução e avaliação de clones de seringueira no Acre para estudos de combinações copa x painel.

Os seringais de cultivo no Estado do Acre, implantados desde o início da década de 70, foram quase todos abandonados e desativados por apresentarem um desenvolvimento lento e desuniforme devido, principalmente, à falta de um método efetivo de controle do "mal das 4 folhas", causado pelo fungo Microcyclus ulei. As condições climáticas do Estado do Acre são favoráveis a incidência de doenças da seringueira durante o ano todo. No período de estiagem, de junho a setembro, época de troca de folhas, ocorrem surtos epidemiológicos com severos ataques, causando sucessivas quedas de foliolos que resultam na seca dos ponteiros, debilitando a planta e tomando-a predisposta ao ataque de fungos secundários, que agravam ainda mais o problema. A enxertia de copa, utilizando clones de hevea pauciflora, vem sendo apontada como a possível solução, a curto e médio prazo, para a implantação de seringais de cultivo nas áreas amazônicas com problemas fitossanitários graves. Esta espécie possui tolerância ao fungo Microcyclus ulei, principal doença da seringueira na Amazônia, por apresentar algumas características que dificultam o ataque do fungo, destacando-se o fato de possuir elevado índice de área foliar, de caráter perenifólio. Os clones derivados desta espécie, quando enxertados sobre painéis que apresentem como características um alto rendimento e facilidade de escoamento do látex, originam plantas tricompostas que conseguem juntar, num mesmo indivíduo, características que normalmente são antagônicas, ou seja, alta produtividade e resistência ou tolerância às doenças. Este trabalho tem como objetivo principal selecionar plantas tricompostas tolerante às principais doenças e com potencial produtivo superior a 1500 kglha/ano. Para isso, foi implantada uma coleção de clones de copa e painel na Embrapa Acre, a qual está servindo de fonte de material botânico para a instalação de experimentos de avaliação de combinações copa x painel. Os clones introduzidos estão sendo avaliados, quanto a tolerância a doenças, crescimento, vigor e facilidade de pegamento da enxertia.

Contribución al conocimiento melitopalinológico de Sierra Morena

Sc ha estudiado al microscopio óptico el sedimento de once muestras de miel de diversas localidades del este de Sierra Morena. Se pone de manifiesto que, en este área, el néctar de flores es la principal fuenle de miel para Apis mellifera,siendo la mielada poco importante. Echium plantagineum, Lavandula stoechas y Eucalyptus camaldulensis son las principales fuentes de miel en este área, en tanto que Cistus ladanifer, C. albidus, Olea europaea y Quercus sp. lo son de polen.

Vegetation changes and human settlement of Easter Island during the last millennia: a multiproxy study of the Lake Raraku sediments

Earlier palynological studies of lake sediments from Easter Island suggest that the island underwent a recent and abrupt replacement of palm-dominated forests by grasslands, interpreted as a deforestation by indigenous people. However, the available evidence is inconclusive due to the existence of extended hiatuses and ambiguous chronological frameworks in most of the sedimentary sequences studied. This has given rise to an ongoing debate about the timing and causes of the assumed ecological degradation and cultural breakdown. Our multiproxy study of a core recovered from Lake Raraku highlights the vegetation dynamics and environmental shifts in the catchment and its surroundings during the late Holocene. The sequence contains shorter hiatuses than in previously recovered cores and provides a more continuous history of environmental changes. The results show a long, gradual and stepped landscape shift from palm-dominated forests to grasslands. This change started c. 450 BC and lasted about two thousand years. The presence of Verbena litoralis, a common weed, which is associated with human activities in the pollen record, the significant correlation between shifts in charcoal influx, and the dominant pollen types suggest human disturbance of the vegetation. Therefore, human settlement on the island occurred c. 450 BC, some 1500 years earlier than is assumed. Climate variability also exerted a major influence on environmental changes. Two sedimentary gaps in the record are interpreted as periods of droughts that could have prevented peat growth and favoured its erosion during the Medieval Climate Anomaly and the Little Ice Age, respectively. At c. AD 1200, the water table rose and the former Raraku mire turned into a shallow lake, suggesting higher precipitation/evaporation rates coeval with a cooler and wetter Pan-Pacific AD 1300 event. Pollen and diatom records show large vegetation changes due to human activities c. AD 1200. Other recent vegetation changes also due to human activities entail the introduction of taxa (e.g. Psidium guajava, Eucalyptus sp.) and the disappearance of indigenous plants such as Sophora toromiro during the two last centuries. Although the evidence is not conclusive, the American origin of V. litoralis re-opens the debate about the possible role of Amerindians in the human colonisation of Easter Island.

Vertebrate diversity in the Bussaco Mountain and surrounding areas

A biodiversidade é fundamental para o funcionamento dos ecossistemas e, além do seu valor intrínseco, fornece bens e serviços essenciais ao Homem. É consensual que as reservas naturais, por si só, não conseguirão preservar a biodiversidade de modo a que seja travada a perda de espécies que vem acontecendo a ritmos sem precedente. Assim, compreender os padrões de distribuição das espécies à escala regional ou sub-regional, ainda que em territórios não classificados, é crucial para o estabelecimento de políticas de gestão que visem a conservação da biodiversidade. O principal objectivo deste trabalho centrou-se na descrição e compreensão dos padrões de riqueza específica, distribuição e abundância de Vertebrados face aos diversos habitats que constituem a área de estudo. Constituíram, assim, objecto de estudo os anfíbios, aves, morcegos, micromamíferos e mamíferos de médio porte. A Serra do Bussaco e áreas envolventes encontram-se dominadas por vastas extensões de monocultura de Pinus pinaster e Eucalyptus globulus e por terrenos agrícolas. A Mata Nacional do Bussaco, bosque extremamente diverso, é outro importante elemento de paisagem. Pretendeu-se então analisar o efeito das práticas silvícolas actuais e da intensificação da agricultura sobre a biodiversidade, averiguando a importância de cada tipo de habitat para os Vertebrados em geral, e para algumas classes em particular. De entre os terrenos agrícolas, é bastante claro que a agricultura tradicional, com a sua típica complexidade e disponibilidade de água, constitui um habitat muito importante para a maioria dos Vertebrados, tendo também apresentado o maior valor conservacionista. No que respeita aos habitats florestais, o bosque misto apresentou consistentemente maior riqueza específica e diversidade, afirmando-se como o habitat preferido para a maioria das espécies e aquele com maior valor conservacionista. Do ponto de vista da conservação, as monoculturas, especialmente as da uma espécie exótica, revelaram-se habitats relativamente pobres. No entanto, estas conclusões referem-se às tendências gerais, sendo que taxa particulares respondem de forma diferente, atendendo aos seus requisitos específicos. A informação recolhida fornece bases essenciais para a construção de linhas de orientação que visem a integração das actividades humanas com a manutenção da biodiversidade e respectivos serviços, presumivelmente com aplicação a outras áreas geográficas.

Phenolic compounds from forest industrial by-products

Em Portugal, as indústrias corticeira e de pasta de papel constituem um importante sector económico, contudo, gerando elevadas quantidades de subprodutos. Estes subprodutos poderiam ser explorados em aplicações de alto valor acrescentado, como fonte de compostos fenólicos, por exemplo, em vez de serem apenas queimados para produção de energia. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras propriedades, entre as quais, antioxidante, anti-inflamatória e anti-trombótica. Neste estudo as frações fenólicas da maior parte dos subprodutos gerados nas indústrias corticeira e de pasta de papel foram caracterizados em detalhe, com vista à sua valorização. A fração fenólica das cascas de Eucalyptus globulus, E. grandis, E. urograndis e E. maidenii, bem como da cortiça de Quercus suber e resíduos provenientes da sua exploração, nomeadamente, o pó de cortiça e os condensados negros, foi obtida por processos convencionais de extração sólido-líquido. No caso da casca de E. globulus, foi ainda avaliado o potencial de metodologias “verdes” no processo de extração de compostos fenólicos, usando extração com CO2 supercrítico. Esta técnica foi otimizada com recurso a metodologias de superfície de resposta. Na identificação e quantificação dos compostos fenólicos foi usada cromatografia líquida de alta resolução aliada a técnicas de espectrometria de massa. O teor de fenólicos totais foi ainda determinado pelo método de Folin- Ciocalteu, essencialmente para efeitos comparativos. A caracterização da fração fenólica de cada extrato foi ainda complementada com a análise da atividade antioxidante, usando o radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH). Foram identificados trinta compostos fenólicos na casca de E. globulus, 17 deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes, nomeadamente os ácidos quínico, di-hidroxifenilacétic, cafeico e metil-elágico, bis-hexahidroxidifenoil( HHDP)-glucose, galoil- bis-HHDP-glucose, galoil-HHDPglucose, isoramnetina—hexosídeo, quercetina-hexosídeo, ácido metil-elágicopentosídeo, miricetina-ramnosídeo, isoramnetina-ramnosídeo, mearnsetina, floridzina, mearnsetina-hexosídeo, luteolina e uma proantocianidina B. Neste trabalho, foi estudada pela primeira vez a composição fenólica das cascas de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii. Treze, doze e vinte e quatro compostos fenólicos foram identificados nas cascas de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii, respetivamente. Entre estes compostos encontram-se os ácidos quínico, gálico, metilgálico, protocatequínico, clorogénico e elágico, catequina, galoil-bis-HHDP-glucose, digaloilglucose, epicatequina, quercetina-glucoronídeo, di-hidroxiisopropilcromona- hexosídeo, isoramnetina-hexosídeo, ácido elágicoramnosídeo, taxifolina, quercetina-hexosídeo, di-hidroxi- (metilpropil)isopropilcromona-hexosídeo, ácido metil-elágico-pentosídeo, miricetina-ramnosídeo, isoramnetina-ramnosídeo, aromadendrina-ramnosídeo, mearnsetina, mearnsetina-hexosídeo, eriodictiol, quercetina, isoramnetina e naringenina. A análise da fração fenólica da cortiça permitiu identificar vinte e dois compostos fenólicos, dez deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes, nomeadamente, os ácidos quínico, salicílico, p-hidroxifenillático e metilgálico, ácido carboxílico da brevifolina, eriodictiol, naringenina, um éster isoprenílico do ácido cafeico, isoramnetina-ramnosídeo e isoramnetina. No pó de cortiça industrial foram identificados dezasseis compostos fenólicos, nomeadamente os ácidos quínico, gálico, protocatequínico, cafeico, ferúlico, elágico e metilgálico, esculetina, ácido carboxílico da brevifolina, coniferaldeído, um éster isoprenílico do ácido cafeico, uma dilactona do ácido valoneico, ácido elágico-pentosídeo, ácido elágico-ramnosídeo, isoramnetinaramnosídeo e isoramnetina. Destes, apenas o ácido elágico foi previamente referenciado como componente do pó de cortiça. Do mesmo modo, treze compostos fenólicos foram identificados no condensado negro, doze deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes. São eles os ácidos quínico, gálico, p-hidroxifenil-láctico, protocatequínico, p-coumarico, cafeico e elágico, vanilina, esculetina, coniferaldeído, um éster isoprenílico do ácido cafeico e o eriodictiol. A extração supercrítica de compostos fenólicos da casca de eucalipto permitiu não só verificar os parâmetros que afetam a qualidade e quantidade finais dos extratos, como também obter os valores ótimos para estes parâmetros. Esta extração mostrou ainda ser bastante seletiva para determinados grupos de compostos fenólicos, como as flavanonas eriodictiol e naringenina e para o flavonol O-metilado isoramnetina. Este é também o primeiro estudo envolvendo a determinação da atividade antioxidante de extratos da cortiça e dos resíduos da sua exploração, bem como da casca de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii. A vasta gama de compostos fenólicos identificados em cada extrato analisado, assim como as prominentes atividades antioxidantes, todas na mesma gama de valores do bem conhecido antioxidante comercial, ácido ascórbico, são claramente um grande contributo para a valorização destes subprodutos industriais.

Extraction and purification of triterpenic acids from eucalypt bark

A indústria da pasta e do papel é um sector importante da economia mundial, particularmente a que assenta em espécies de Eucalyptus. No entanto, essas indústrias geram quantidades significativas de correntes secundárias de subprodutos e resíduos de biomassa que podem ser exploradas em aplicações de valor acrescentado em vez de serem queimadas para produção de energia. Um exemplo nobre pode ser a produção de ácidos triterpénicos com estruturas dos tipos lupano, oleanano e ursano, dada a sua abundância em alguns destes resíduos, em particular na casca, adotando o conceito de biorrefinaria integrada numa fábrica de pasta. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras actividades biológicas, por exemplo, antioxidante, anti-inflamatória e antitumoral, e podem encontrar aplicações em produtos de elevado valor, tais como cosméticos, nutracêuticos ou farmacêuticos. Neste sentido, o estudo das potencialidades das cascas das espécies de eucalipto mais exploradas enquanto fontes de compostos triterpénicos é um tópico relevante. Por conseguinte, foram analisados e comparados em pormenor os teores e composições em ácidos triterpénicos (TTAs) das cascas externas de várias espécies de eucalipto (E. globulus, E. grandis, E. urograndis, E. maidenii e E. nitens). Os teores dos principais TTAs identificados nestas espécies variaram entre 4.5 g/kg no E. urograndis e 21.6 g/kg no E. nitens. Observou-se que as cascas externas de Eucalyptus de zonas temperadas e Mediterrânicas, nomeadamente E. nitens e E. globulus, são mais ricas em TTAs que as espécies de regiões tropicais e subtropicais. Além disso, a casca externa do E. globulus é claramente a mais rica em ácidos com estruturas do tipo ursano enquanto a do E. nitens é a mais rica em ácidos do tipo oleanano e lupano. Estes resultados levaram-nos a estudar a extração dos TTAs da casca de Eucalyptus, bem como a sua posterior concentração e purificação, a qual foi efetuada por extração sólido-líquido convencional combinada com a precipitação de solutos, e por extração com fluidos supercríticos (SFE). No que diz respeito à primeira abordagem referida, foi desenvolvido neste trabalho um método patenteado que permite obter extratos enriquecidos em TTAs das cascas de eucalipto baseado em tecnologias disponíveis no imediato. Em relação à segunda abordagem, e de forma a apostar em processos de baixo impacto ambiental exigidos pelas biorrefinarias do futuro, a SFE surge como uma opção natural. Assim, foi efetuada a SFE da casca caduca do E. globulus com dióxido de carbono puro e modificado para recuperar a fração de TTAs, e os resultados foram comparados com os obtidos por extração em Soxhlet com diclorometano. Foram realizados estudos preliminares sobre a influência da pressão (100-200 bar), a adição de co-solvente (0, 5 e 8% m/m de etanol), e operação em múltiplos passos a fim de avaliar a aplicabilidade da alternativa supercrítica para a sua produção eficiente e selectiva. Os resultados destacaram a influência da pressão e o importante papel resumo (cont.) desempenhado pelo co-solvente neste processo, cujo efeito foi mais relevante do que o aumento da pressão em várias dezenas de bar. Este trabalho foi depois otimizado, usando o planeamento factorial de experiências e a metodologia de superfícies de resposta, para analisar a influência da temperatura (40-60 ºC), pressão (100-200 bar), e teor de etanol (0.0-5.0% m/m) na recuperação dos TTAs e respectiva concentração nos extractos. Nestes intervalos, as melhores condições de operação encontradas foram 200 bar, 40 °C e 5% de etanol, para as quais os modelos de regressão estatisticamente validados previram um rendimento de extração de 1.2% com 50% de concentração em TTAs, correspondendo ao rendimento em TTAs de 5.1 g/kg de casca e uma recuperação de 79.2% comparativamente ao valor do Soxhlet. Os TTAs livres e acetilados apresentaram tendências de extracção bastante distintas devido às suas diferentes afinidades para o CO2 causadas pelas diferentes polaridades: os derivados acetilados aproximam-se de um patamar máximo a cerca de 200 bar e 5% de etanol, enquanto a extração dos TTAs livres apresenta uma tendência sempre crescente no intervalo de condições estudado. Foram também medidas curvas cumulativas de SFE da casca do E. globulus de forma a analisar o comportamento cinético do processo em termos de rendimento total, rendimento em TTAs, rendimento em TTAs livres, rendimento em TTAs acetilados, e concentração dos TTAs nos extractos. Foi analisada a influência da pressão, temperatura, teor de co-solvente e caudal do dióxido de carbono sobre as respostas anteriores. Os dados experimentais foram modelados com os modelos Logístico, de Dessorção, de Placa Plana Simples, e de Difusão. Na globalidade, os resultados confirmaram que a pressão e o teor de etanol têm um efeito significativo sobre as curvas de extração, os rendimentos finais e as concentrações dos extratos, e mostraram a presença de limitações externas à transferência de massa em alguns ensaios. Mais uma vez, as famílias individuais de TTAs livres e acetilados apresentaram diferentes tendências de extracção. A modelação permitiu-nos confirmar não só o importante papel desempenhado pela difusão intraparticular na SFE, mas também a contribuição da resistência no filme em alguns ensaios. Após a análise de todos os resultados, foi efetuado um ensaio em duas etapas em série, possibilitando o enriquecimento do teor em TTAs no extracto devido às diferentes condições adotadas em cada etapa. Por último, um éster metílico de um ácido triterpénico do tipo oleanano - morolato de metilo - foi identificado pela primeira vez enquanto componente da casca de Eucalyptus na casca externa do Eucalyptus grandis x globulus, onde ocorre em teores elevados. A sua extração com CO2 supercrítico foi também realizada, visando a conceção de uma alternativa de extração ambientalmente benigna para este composto. A 200 bar e 60 ºC, a remoção do morolato de metilo atingiu um patamar às 6 h para 5.1 kg h-1 de CO2 / kg de casca. Em geral, e de forma semelhante à SFE da casca do E. globulus, os TTAs acetilados foram mais significativamente extraídos quando comparados com os seus ácidos livres, o que está diretamente relacionado com a natureza menos polar destas moléculas. O trabalho apresentado nesta tese é uma contribuição para a valorização de uma corrente de biomassa com baixo valor na indústria de pasta em duas vertentes complementares. Por um lado, aumentou o conhecimento da composição lipofílica das cascas de Eucalyptus spp. com interesse comercial para a produção de pasta, destacando o seu potencial enquanto fontes de ácidos triterpénicos. Por outro lado, foram desenvolvidos dois processos alternativos e facilmente integráveis numa fábrica de pasta para a sua exploração a partir da casca: um baseado em tecnologias convencionais bem estabelecidas a nível industrial, prevendo a sua aplicação a curto prazo, e um outro baseado na SFE, seguindo as tendências das futuras biorrefinarias.

Bioethanol production from a sub-product of pulping industry

A vida da sociedade atual é dependente dos recursos fósseis, tanto a nível de energia como de materiais. No entanto, tem-se verificado uma redução das reservas destes recursos, ao mesmo tempo que as necessidades da sociedade continuam a aumentar, tornando cada vez mais necessárias, a produção de biocombustíveis e produtos químicos. Atualmente o etanol é produzido industrialmente a partir da cana-de-açúcar e milho, matérias-primas usadas na alimentação humana e animal. Este fato desencadeou o aumento de preços dos alimentos em todo o mundo e, como consequência, provocou uma série de distúrbios sociais. Os subprodutos industriais, recursos independentes das cadeias alimentares, têm-se posicionado como fonte de matérias-primas potenciais para bioprocessamento. Neste sentido, surgem os subprodutos gerados em grande quantidade pela indústria papeleira. Os licores de cozimento da madeira ao sulfito ácido (SSLs) são uma matériaprima promissora, uma vez que durante este processo os polissacarídeos da madeira são hidrolisados originando açúcares fermentáveis. A composição dos SSLs varia consoante o tipo de madeira usada no processo de cozimento (de árvores resinosas, folhosas ou a mistura de ambas). O bioprocessamento do SSL proveniente de folhosas (HSSL) é uma metodologia ainda pouco explorada. O HSSL contém elevadas concentrações de açúcares (35-45 g.L-1), na sua maioria pentoses. A fermentação destes açúcares a bioetanol é ainda um desafio, uma vez que nem todos os microrganismos são capazes de fermentar as pentoses a etanol. De entre as leveduras capazes de fermentar naturalmente as pentoses, destaca-se a Scheffersomyces stipitis, que apresenta uma elevada eficiência de fermentação. No entanto, o HSSL contém também compostos conhecidos por inibirem o crescimento de microrganismos, dificultando assim o seu bioprocessamento. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de bioetanol pela levedura S. stipitis a partir de HSSL, resultante do cozimento ao sulfito ácido da madeira de Eucalyptus globulus. Para alcançar este objetivo, estudaram-se duas estratégias de operação diferentes. Em primeiro lugar estudou-se a bio-desintoxicação do HSSL com o fungo filamentoso Paecilomyces variotii, conhecido por crescer em resíduos industriais. Estudaram-se duas tecnologias fermentativas diferentes para a biodesintoxicação do HSSL: um reator descontínuo e um reator descontínuo sequencial (SBR). A remoção biológica de inibidores do HSSL foi mais eficaz quando se usou o SBR. P. variotii assimilou alguns inibidores microbianos como o ácido acético, o ácido gálico e o pirogalol, entre outros. Após esta desintoxicação, o HSSL foi submetido à fermentação com S. stipitis, na qual foi atingida a concentração máxima de etanol de 2.36 g.L-1 com um rendimento de 0.17 g.g-1. P. variotti, além de desintoxicar o HSSL, também é útil na produção de proteína microbiana (SCP) para a alimentação animal pois, a sua biomassa é rica em proteína. O estudo da produção de SCP por P. variotii foi efetuado num SBR com HSSL sem suplementos e suplementado com sais. A melhor produção de biomassa foi obtida no HSSL sem adição de sais, tendo-se obtido um teor de proteína elevado (82,8%), com uma baixa concentração de DNA (1,1%). A proteína continha 6 aminoácidos essenciais, mostrando potencial para o uso desta SCP na alimentação animal e, eventualmente, em nutrição humana. Assim, a indústria papeleira poderá integrar a produção de bioetanol após a produção SCP e melhorar a sustentabilidade da indústria de pastas. A segunda estratégia consistiu em adaptar a levedura S. stipitis ao HSSL de modo a que esta levedura conseguisse crescer e fermentar o HSSL sem remoção de inibidores. Operou-se um reator contínuo (CSTR) com concentrações crescentes de HSSL, entre 20 % e 60 % (v/v) durante 382 gerações em HSSL, com uma taxa de diluição de 0.20 h-1. A população adaptada, recolhida no final do CSTR (POP), apresentou uma melhoria na fermentação do HSSL (60 %), quando comparada com a estirpe original (PAR). Após esta adaptação, a concentração máxima de etanol obtida foi de 6.93 g.L-1, com um rendimento de 0.26 g.g-1. POP possuía também a capacidade de metabolizar, possivelmente por ativação de vias oxidativas, compostos derivados da lenhina e taninos dissolvidos no HSSL, conhecidos inibidores microbianos. Por fim, verificou-se também que a pré-cultura da levedura em 60 % de HSSL fez com que a estirpe PAR melhorasse o processo fermentativo em HSSL, em comparação com o ensaio sem pré-cultura em HSSL. No entanto, no caso da estirpe POP, o seu metabolismo foi redirecionado para a metabolização dos inibidores sendo que a produção de etanol decresceu.

Nanocomposites as probes for biodetection by SERS

The present work aimed to explore the potential of new nanocomposites based on carbon nanostructures and metal nanoparticles for the detection of biomolecules through surface enhanced Raman scattering (SERS). In a first step, polyvinyl alcohol composites were prepared incorporating silver nanoparticles by two different reduction procedures. At first without introduction of carbon nanostructures. These composites showed good results for the SERS identification of nucleic acids. Next, the synthesis and characterization of graphene oxide was studied to be used in the preparation of silver and gold nanocomposites. The reduction of this nanomaterial with different chemical agents was explored, since its reduction degree may be a determinant factor for the application envisaged (biomolecules interaction). The preparation of the nanocomposites with silver and gold was performed with different reducing agents. The SERS activity of these new nanocomposites was then explored in the presence of different analytes, varying the experimental conditions for Raman spectra acquisition. It was interesting to verify that the silver containing nanocomposites presented the particularity to intensify the graphene D and G bands. It is also important to highlight that a new eco-friendly reducing agent was tested for the synthesis of the graphene oxide composites, an Eucalyptus Globulus extract. Other variable introduced was the preparation of gold nanostars synthesized with hydroxylamine in the presence of graphene oxide, which allowed the preparation of a new nanocomposite with SERS potential. Fibrous membranes were also prepared by electrospinning with the aim to prepare SERS supports with adequate topography and porosity for the formation of nanoparticles agglomerates for the creation of the so-called hot-spots and also to allow the penetration of the analyte molecules. The polymers polyvinyl alcohol and polyacrylonitrile were selected for electrospinning. Using this technique, electrospun mantles with silver and gold nanoparticles and nanocomposites were prepared. Several variables were studied, such as the introduction of the nano-fillers during the electrospinning process, later deposition of the nano-fillers on the simple electrospun polymeric fibres and surface functionalization of the simple polymeric membranes to link the nano-fillers. At last, the potentialities of using carbon nanotubes forests, produced by chemical vapor deposition and coated with gold film by sputtering, as new SERS substrates were explored. It was found that the SERS detection of DNA bases and ADN itself is possible using these substrates.

Infection mechanism of Diplodia corticola

Diplodia corticola is regarded as the most virulent fungus involved in cork oak decline, being able to infect not only Quercus species (mainly Q. suber and Q. ilex), but also grapevines (Vitis vinifera) and eucalypts (Eucalyptus sp.). This endophytic fungus is also a pathogen whose virulence usually manifests with the onset of plant stress. Considering that the infection normally culminates in host death, there is a growing ecologic and socio-economic concern about D. corticola propagation. The molecular mechanisms of infection are hitherto largely unknown. Accordingly, the aim of this study was to unveil potential virulence effectors implicated in D. corticola infection. This knowledge is fundamental to outline the molecular framework that permits the fungal invasion and proliferation in plant hosts, causing disease. Since the effectors deployed are mostly proteins, we adopted a proteomic approach. We performed in planta pathogenicity tests to select two D. corticola strains with distinct virulence degrees for our studies. Like other filamentous fungi D. corticola secretes protein at low concentrations in vitro in the presence of high levels of polysaccharides, two characteristics that hamper the fungal secretome analysis. Therefore, we first compared several methods of extracellular protein extraction to assess their performance and compatibility with 1D and 2D electrophoretic separation. TCA-Acetone and TCA-phenol protein precipitation were the most efficient methods and the former was adopted for further studies. The proteins were extracted and separated by 2D-PAGE, proteins were digested with trypsin and the resulting peptides were further analysed by MS/MS. Their identification was performed by de novo sequencing and/or MASCOT search. We were able to identify 80 extracellular and 162 intracellular proteins, a milestone for the Botryosphaeriaceae family that contains only one member with the proteome characterized. We also performed an extensive comparative 2D gel analysis to highlight the differentially expressed proteins during the host mimicry. Moreover, we compared the protein profiles of the two strains with different degrees of virulence. In short, we characterized for the first time the secretome and proteome of D. corticola. The obtained results contribute to the elucidation of some aspects of the biology of the fungus. The avirulent strain contains an assortment of proteins that facilitate the adaptation to diverse substrates and the identified proteins suggest that the fungus degrades the host tissues through Fenton reactions. On the other hand, the virulent strain seems to have adapted its secretome to the host characteristics. Furthermore, the results indicate that this strain metabolizes aminobutyric acid, a molecule that might be the triggering factor of the transition from a latent to a pathogenic state. Lastly, the secretome includes potential pathogenicity effectors, such as deuterolysin (peptidase M35) and cerato-platanin, proteins that might play an active role in the phytopathogenic lifestyle of the fungus. Overall, our results suggest that D. corticola has a hemibiotrophic lifestyle, switching from a biotrophic to a necrotrophic interaction after plant physiologic disturbances.This understanding is essential for further development of effective plant protection measures.