The competitive ability of pea-barley intercrops against weeds and the interactions with crop productivity and soil N availability

Grain legumes, such as peas (Pisum sativum L.), are known to be weak competitors against weeds when grown as the sole crop. In this study, the weed-suppression effect of pea–barley (Hordeum vulgare L.)intercropping compared to the respective sole crops was examined in organic field experiments across Western Europe (i.e., Denmark, the United Kingdom, France, Germany and Italy). Spring pea (P) and barley(B) were sown either as the sole crop, at the recommended plant density (P100 and B100, respectively), or in replacement (P50B50) or additive (P100B50)intercropping designs for three seasons (2003–2005). The weed biomass was three times higher under the pea sole crops than under both the intercrops and barley sole crops at maturity. The inclusion of joint experiments in several countries and various growing conditions showed that intercrops maintain a highly asymmetric competition over weeds, regardless of the particular weed infestation (species and productivity), the crop biomass or the soil nitrogen availability. The intercropping weed suppression was highly resilient, whereas the weed suppression in pea sole crops was lower and more variable. The pea–barley intercrops exhibited high levels of weed suppression, even with a low percentage of barley in the total biomass. Despite a reduced leaf area in the case of a low soil N availability, the barley sole crops and intercrops displayed high weed suppression, probably because of their strong competitive capability to absorb soil N. Higher soil N availabilities entailed increased leaf areas and competitive ability for light, which contributed to the overall competitive ability against weeds for all of the treatments. The contribution of the weeds in the total dry matter and soil N acquisition was higher in the pea sole crop than in the other treatments, in spite of the higher leaf areas in the pea crops.

Tritrophic effects of organic and conventional fertilisers on a cereal-aphid-parasitoid system

The impact of parasitoids on pests varies between conventional and low-intensity agricultural systems. Although the impacts on parasitoid natural enemies of many practices within these agricultural systems are well understood, the role of fertilisers has been less well studied. The effects of organic-based and conventional fertilisers on Hordeum vulgare L. (Poaceae), the aphid Metopolophium dirhodum Walker (Hemiptera: Aphididae), and its parasitoid Aphidius ervi Haliday (Hymenoptera: Braconidae) was investigated using cage release experiments and measures of aphid and parasitoid fitness were taken. Barley tiller number and aphid weight were increased by fertilisers, particularly under conventional treatments. Adult parasitoid size correlated positively with that of the host, M. dirhodum, whereas percentage parasitism was not affected by fertiliser treatment or host size. The results suggest that the increased parasitoid impact observed in some low-intensity or organic systems is not a direct result of fertiliser treatment. Our results indicate that fertiliser treatments that improve cereal-aphid fitness will improve parasitoid fitness as measured by parasitoid size but may not influence percentage parasitism.

Genome dynamics explain the evolution of flowering time CCT domain gene families in the Poaceae

Numerous CCT domain genes are known to control flowering in plants. They belong to the CONSTANS-like (COL) and PREUDORESPONSE REGULATOR (PRR) gene families, which in addition to a CCT domain possess B-box or response-regulator domains, respectively. Ghd7 is the most recently identified COL gene to have a proven role in the control of flowering time in the Poaceae. However, as it lacks B-box domains, its inclusion within the COL gene family, technically, is incorrect. Here, we show Ghd7 belongs to a larger family of previously uncharacterized Poaceae genes which possess just a single CCT domain, termed here CCT MOTIF FAMILY (CMF) genes. We molecularly describe the CMF (and related COL and PRR) gene families in four sequenced Poaceae species, as well as in the draft genome assembly of barley (Hordeum vulgare). Genetic mapping of the ten barley CMF genes identified, as well as twelve previously unmapped HvCOL and HvPRR genes, finds the majority map to colinear positions relative to their Poaceae orthologues. Combined inter-/intra-species comparative and phylogenetic analysis of CMF, COL and PRR gene families indicates they evolved prior to the monocot/dicot divergence ~200 mya, with Poaceae CMF evolution described as the interplay between whole genome duplication in the ancestral cereal, and subsequent clade-specific mutation, deletion and duplication events. Given the proven role of CMF genes in the modulation of cereals flowering, the molecular, phylogenetic and comparative analysis of the Poaceae CMF, COL and PRR gene families presented here provides the foundation from which functional investigation can be undertaken.

Genetic structure and linkage disequilibrium in landrace populations of barley in Sardinia

Multilocus digenic linkage disequilibria (LD) and their population structure were investigated in eleven landrace populations of barley (Hordeum vulgare ssp. vulgare L.) in Sardinia, using 134 dominant simple-sequence amplified polymorphism markers. The analysis of molecular variance for these markers indicated that the populations were partially differentiated (F ST = 0.18), and clustered into three geographic areas. Consistent with this population pattern, STRUCTURE analysis allocated individuals from a bulk of all populations into four genetic groups, and these groups also showed geographic patterns. In agreement with other molecular studies in barley, the general level of LD was low (13 % of locus pairs, with P < 0.01) in the bulk of 337 lines, and decayed steeply with map distance between markers. The partitioning of multilocus associations into various components indicated that genetic drift and founder effects played a major role in determining the overall genetic makeup of the diversity in these landrace populations, but that epistatic homogenising or diversifying selection was also present. Notably, the variance of the disequilibrium component was relatively high, which implies caution in the pooling of barley lines for association studies. Finally, we compared the analyses of multilocus structure in barley landrace populations with parallel analyses in both composite crosses of barley on the one hand and in natural populations of wild barley on the other. Neither of these serves as suitable mimics of landraces in barley, which require their own study. Overall, the results suggest that these populations can be exploited for LD mapping if population structure is controlled.

PCR-based markers diagnostic for spring and winter seasonal growth habit in barley

Toward the ultimate goal of replacing field-based evaluation of seasonal growth habit, we describe the design and validation of a multiplex polymerase chain reaction assay diagnostic for allelic status at the barley (Hordeum vulgare ssp. vulgare L.) vernalization locus, VRN-H1 By assaying for the presence of all known insertion–deletion polymorphisms thought to be responsible for the difference between spring and winter alleles, this assay directly tests for the presence of functional polymorphism at VRN-H1 Four of the nine previously recognized VRN-H1 haplotypes (including both winter alleles) give unique profiles using this assay. The remaining five spring haplotypes share a single profile, indicative of function-altering deletions spanning, or adjacent to, the putative “vernalization critical” region of intron 1. When used in conjunction with a previously published PCR-based assay diagnostic for alleles at VRN-H2, it was possible to predict growth habit in all the 100 contemporary UK spring and winter lines analyzed in this study. This assay is likely to find application in instances when seasonal growth habit needs to be determined without the time and cost of phenotypic assessment and during marker-assisted selection using conventional and multicross population analysis.

Transformação genética em cevada por bombardeamento de partículas

A presente Tese de Doutorado objetivou: (1) definir um método eficiente de transformação genética, por bombardeamento de partículas, para a obtenção de plantas transgênicas de cultivares brasileiras de cevada e (2) identificar gene(s) codificante(s) de quitinase(s) potencialmente capaz(es) de conferir resistência ao fungo patogênico de cevada Bipolaris sorokiniana. Culturas de calos obtidos a partir de escutelos imaturos das cultivares Brasileiras de cevada MN-599 e MN-698 (Cia. de Bebidas das Américas, AMBEV) foram bombardeadas com partículas de tungstênio e avaliadas quanto à expressão do gene repórter gusA através de ensaios histoquímicos de GUS e quanto ao efeito dos bombardeamentos na indução estruturas embriogênicas e regeneração de plantas. As condições de biobalística analisadas incluíram a região promotora regulando a expressão de gusA, tipo e pressão de gás hélio de dois aparelhos de bombardeamento, distância de migração das partículas, número de tiros e a realização de pré e pós-tratamento osmótico dos tecidos-alvo. No presente trabalho foram obtidos um número bastante alto de pontos azuis por calo, a indução de calos embriogênicos e embriões somáticos em uma freqüência de até 58,3% e a regeneração de 60 plantas, sendo 43 de calos bombardeados. As melhores condições observadas foram o promotor e primeiro íntron do gene Adh de milho (plasmídeo pNGI), o aparelho de bombardeamento “ Particle Inflow Gun” (PIG) utilizando-se a distância de migração de partículas de 14,8 cm, dois tiros disparados por placa e a realização de tratamento osmótico dos explantes com 0,2 M de manitol e 0,2 M de sorbitol 4-5 horas antes e 17-19 horas depois dos bombardeamentos. Das 43 plantas obtidas de calos bombardeadas, 3 apresentaram atividade de GUS na base das suas folhas. A utilização de primers sintéticos definidos a partir de genes de quitinases descritos na literatura em PCRs resultou na amplificação de dois fragmentos de aproximadamente 700 e 500 pb a partir de DNA total das cvs. MN-599 e MN-698 de cevada e um fragmento, com aproximadamente 500 pb, a partir do DNA total do isolado A4c de Trichoderma sp. Estes fragmentos foram purificados dos géis de agarose e diretamente seqüenciados de forma manual e automática. Os fragmentos de 700 e 500 pb amplificados do genoma da cultivar MN-599 foram identificados como genes de quitinases de cevada e o fragmento de 500 pb do isolado A4c de Trichoderma sp. não apresentou homologia com seqüências conhecidas de quitinases depositadas no EMBL/GenBank. A utilização de novos pares de primers, representando seqüências conservadas de quitinases do fungo Metarhizium anisopliae, resultou na amplificação de 3 fragmentos a partir do DNA total do isolado A4b de Trichoderma sp., que estão sendo purificados para realização de seqüenciamento.

Características biométricas de colmos e raízes de plantas de cevada e aveia relacionadas à suscetibilidade ao acamamento

O acamamento é um dos principais problemas que prejudica o rendimento e a qualidade de grãos de cevada e aveia no sul do Brasil e as características das plantas relacionadas com o acamamento ainda são pouco conhecidas. Com este trabalho objetivou-se identificar as possíveis causas intrínsecas das plantas associadas à suscetibilidade ao acamamento, em genótipos de aveia branca (Avena sativa) e de cevada (Hordeum vulgare), avaliando características biométricas de colmo e de raiz. Dois experimentos foram realizados nos anos de 2002 e 2003 na EEA/UFRGS. quando foram cultivados quatro genótipos de aveia (L93605, UFRGS 19, URS 21 e UPF 18) e dois de cevada (BRS 195 e MN 698) com doses crescentes de N em cobertura (30, 60, 90, 120, 150 kg ha-1), além da testemunha sem N. Os genótipos menos suscetíveis ao acamamento (BRS 195, UFRGS 19 e L93605) apresentaram colmos mais compactos e com maior resistência mecânica em decorrência do menor porte e melhor distribuição da matéria seca. O sistema radical foi incrementado com a maior disponibilidade de nitrogênio melhorando a ancoragem das plantas. Os genótipos de maior suscetibilidade (MN 698, URS 21 e UPF 18) apresentaram colmos com menor resistência mecânica em decorrência do maior momento de torque pelo maior porte das plantas e pior partição da matéria seca. Estes genótipos exibiriam menor peso das raízes e, conseqüentemente, tiveram pior ancoragem predispondo as plantas ao acamamento de raiz. O acamamento não pôde ser atribuído especificamente a uma ou outra das características estudadas, já que cada genótipo exibiu estratégias diferenciais cujos efeitos aditivos contribuíram com maior ou menor grau de suscetibilidade ao acamamento.

Desempenho de cultivares transgênicas de soja em sucessão a culturas de inverno em semeadura direta

The objective of this research was to evaluate crop yield and some characteristics and yield components of transgenic soybean cultivars sown after different winter cover crops in the first year under no tillage system. The experimental design was the completely randomized block with split plots and four replications. The main plots consisted of five winter cover crops, white oat (Avena sativa L.), forage turnip (Raphanus sativus L.), barley (Hordeum vulgare L.), wheat (Triticum aestivum L.) and ground pea (Pisum sativum L.) and an area under fallow (spontaneous vegetation). The subplots consisted of six soybean cultivars (BRS 243 RR, BRS 245 RR, BRS 247 RR, BRS 255 RR, BRS 256 RR and BRS 244 RR). Variance analysis for agronomic characteristics showed that soybean yield components were influenced by the interaction between winter crop and soybean cultivar. Thus, final population, number of nodes and pods per plant, nodes dry matter per plant, number of grains per pod and grain yield were affected significantly. When soybean nodulation was evaluated, the treatment with the area under fallow showed lower values. There was difference among winter crops for BRS 243 RR grain yield, white oat showed the highest values.

Simulação do caminhamento da água da chuva e herbicidas em palhadas utilizadas em sistemas de plantio direto

Um experimento foi conduzido no NuPAM/FCA/UNESP, Botucatu-SP, objetivando avaliar a dinâmica de retenção de água e o caminhamento de um traçante (simulando um herbicida) em diferentes coberturas mortas. Os tratamentos foram constituídos pelo monitoramento do traçante FD&C-1 pulverizado sobre coberturas mortas de cevada, trigo, aveia-preta colhida, aveia-preta rolada, azevém, milheto e capim-braquiária, nas quantidades de 3.000, 6.000 e 9.000 kg ha-1, antes e após simulação de chuvas. As repetições constituíram-se de oito conjuntos de PVC + funil + béquer com palha, onde, através da chuva lixiviada pelas palhadas e do peso dos suportes de PVC, foram estimadas a retenção e transposição da água, assim como quantificado o traçante extraído, através de procedimentos espectrofotométricos. Os diferentes tipos de resíduos culturais mostraram-se similares quanto à retenção da água da chuva, ocorrendo uniformização entre os primeiros 7,5 e 15 mm de precipitação. A formação de pontos secos associados a canais preferenciais de escorrimento induziu menor capacidade de embebição e retenção da água das chuvas pelas palhadas. As máximas capacidades médias de retenção da chuva pelas coberturas foram de 1,22, 1,99 e 2,59 mm para 3.000, 6.000 e 9.000 kg de matéria seca ha-1, respectivamente. As precipitações iniciais entre 10 e 20 mm foram fundamentais para o molhamento uniforme das palhadas e carregamento do traçante até o solo, independentemente do tipo e da quantidade de palha. Esse comportamento indica ser viável a utilização de programas similares de controle de plantas daninhas para diferentes tipos e quantidades de palha em sistemas de plantio direto.

Efeito da presença das plantas daninhas no microclima da cultura da cevada

Um experimento foi realizado com cevada (Hordeum vulgare L.) em condições de campo, com o objetivo de avaliar , durante um período de estiagem (82 e 89 dia após a emergência da cevada), o microclima formado pela cultura mantida na presença ou ausência de plantas daninhas desde o início do ciclo. Foram avaliados o teor de água do solo, umidade relativa, temperatura, tensão de vapor d'água, déficit de saturação de vapor d'água, potencial água e teor de água do ar nos períodos da s 8: 30 às 9:00, 11:30 às 12:00, 14:30 às 15:00 e 17:30 às 18:00 horas a 0,0m, 0,10m, 0,20m, 0,30m, 0,40m, 0,50m, 0,60m e 0,70m de altura na entrelinha da cultura. A presença das plantas daninhas na cultura durante o período de estiagem contribuiu para reduzir as perdas de água do solo para a atmosfera. Nos três primeiros períodos do dia e nas áreas mais próximas do solo, a cultura mantida no mato os menores valores de temperatura e déficit de saturação de vapor d'água do ar, e os maiores valores de umidade relativa, tensão de vapor d'água, potencial água e teor de água do ar, que proporcionaram redução do consumo de água do solo.

Efeitos da cultura da cevada e de períodos de controle sobre o crescimento e produção de sementes de Raphanus sativus L.

Este experimento teve por objetivo avaliar os efeitos da cultura da cevada e de períodos de controle das plantas daninhas sobre o crescimento e produção de sementes de Raphanus sativus. Foram considerados dois tratamentos testemunha sem controle das plantas daninhas, com e sem a cultura. Nos oito demais tratamentos, a cultura esteve sempre presente, controlando-se as plantas daninhas até 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80 e 100 dias após a emergência da cevada. A comunidade infestante da área era composta quase exclusivamente por R. .sativus. Avaliou-se o número de plantas, acúmulos de matéria seca, número médio de frutos e sementes de nabiça por planta e por unidade de área ; foram ainda avaliados o número médio de sementes por fruto, peso médio de 1.000 sementes e a contribuição das sementes na composição da matéria se catota. A análise dos resultados evidenciou que a espécie Raphanus sativus apresenta elevado potencial reprodutivo, sendo possível concluir pela ineficiência de programas de controle de curta duração, em termos de redução do banco de sementes. A presença da cultura da cevada reduziu tanto o crescimento quanto o número de sementes produzidas pela nabiça (R. sativus). Na ausência da cultura e de práticas de controle foram produzidas 5.074 sementes/m, a partir de 125 plantas/m ainda presentes na colheita da cultura.

Desempenho de cultivares transgênicas de soja em sucessão a culturas de inverno em semeadura direta

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Simulação do caminhamento de herbicidas em diferentes tipos e quantidades de palhadas utilizadas no sistema de plantio direto

Pós-graduação em Agronomia (Agricultura) - FCA

Constituintes químicos e atividades antioxidante e alelopática de Bauhinia holophylla (Bong.) Steud

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Botânica) - IBB

Desempenho agronômico de cultivares de cevada cervejeira sob diferentes lâminas de irrigação

The research work aimed to evaluate the performance of barley cultivars under different irrigation depths in Brazilian Cerrado. The experiment was conducted in a split plot completely randomized design, with irrigation depths (50, 75, 100 and 125% of crop evapotranspiration) in the plots and barley cultivars (BRS Sampa, BRS Manduri and BRS 195) in the split-plots, with four replications. Barley cultivars were different regarding number of tillers per plant, number of spikelets per spike, and root depth. The maximum yields for BRS Sampa, BRS Manduri and BRS 195 were 5,848; 5,449; and 4,767 kg ha(-1), respectively. BRS Sampa showed a value 17% higher than the yield reported by the holder. The irrigation depth affected all the agronomic traits. It is recommended BRS Sampa for Brazilian Cerrado, that didn't differ from other cultivars and was developed in region of similar climate; with replacement of 100% of crop evapotranspiration.