Developing correlative Optical-Photoacustic microscopy for high-resolution in vivo imaging

PhotoAcoustic Imaging (PAI) is a branch in clinical and pre-clinical imaging, that refers to the techniques mapping acoustic signals caused by the absorption of the short laser pulse. This conversion of electromagnetic energy of the light to the mechanical (acoustic) energy is usually called photoacoustic effect. PAI, by combining optical excitation with acoustical detection, is able to preserve the diffraction limited spatial resolution. At the same time, the penetration depth is extended beyond the diffusive limit. The Laser-Scanning PhotoAcoustic Microscope system (LS-PAM) has been developed, that offers the axial resolution of 7.75 µm with the lateral resolution better than 10 µm. The first in vivo imaging experiments were carried out. Thus, in vivo label-free imaging of the mouse ear was performed. The principle possibility to image vessels located in deep layers of the mouse skin was shown. As well as that, a gold printing sample, vasculature of the Chick Chorioallantoic Membrane Assay, Drosophila larvae were imaged by PAI. During the experimental work, a totally new application of PAM was found, in which the acoustic waves, generated by incident light can be used for further imaging of another sample. In order to enhance the performance of the presented system two main recommendation can be offered. First, the current system should be transformed into reflection-mode setup system. Second, a more powerful source of light with the sufficient repetition rate should be introduced into the system.

Caracterização morfológica de frutos e sementes e desenvolvimento pós-seminal de monjoleiro (Acacia polyphylla DC.)

Acacia polyphylla DC. é uma espécie arbórea, característica dos estádios iniciais da sucessão secundária, de ocorrência natural no Brasil. Pertence à família Leguminosae-Mimosoideae, sendo recomendada em programas de reflorestamento misto, recuperação de áreas degradadas e manejo de fragmentos florestais. Entretanto, não foi encontrado nenhuma referência que fizesse menção aos aspectos químicos e morfológicos das sementes, bem como, aos aspectos do desenvolvimento pós-seminal desta espécie. Assim sendo, o presente trabalho objetivou caracterizar morfologicamente e ilustrar frutos e sementes, quantificar alguns componentes químicos presentes nas sementes e descrever as diferentes fases do desenvolvimento pós-seminal. Para tanto, foram realizadas descrições associadas às estruturas externa e interna das sementes. As descrições morfológicas dos frutos e das sementes foram efetuadas em relação a forma, ao tamanho, a superfície, a micrópila e a forma e a localização do embrião. Para a descrição morfológica das plântulas, as sementes foram colocadas para germinar em meio de cultura Murashige & Skoog reduzido à metade da concentração e incubadas a temperatura de 25ºC, sendo descritas e ilustradas as plântulas normais e anormais. O fruto é uma vagem deiscente contendo de oito a 16 sementes achatadas, de tegumento testal, embrião axial e invaginado. A germinação das sementes é epígea e as plântulas fanerocotiledonares.

Development of 3D super-resolution tomographic STED microscopy and its application to studies on bone resorption

In this doctoral thesis, a tomographic STED microscopy technique for 3D super-resolution imaging was developed and utilized to observebone remodeling processes. To improve upon existing methods, wehave used a tomographic approach using a commercially available stimulated emission depletion (STED) microscope. A certain region of interest (ROI) was observed at two oblique angles: one at a standard inverted configuration from below (bottom view) and another from the side (side view) via a micro-mirror positioned close to the ROI. The two viewing angles were reconstructed into a final tomogram. The technique, named as tomographic STED microscopy, was able to achieve an axial resolution of approximately 70 nm on microtubule structures in a fixed biological specimen. High resolution imaging of osteoclasts (OCs) that are actively resorbing bone was achieved by creating an optically transparent coating on a microscope coverglass that imitates a fractured bone surface. 2D super-resolution STED microscopy on the bone layer showed approximately 60 nm of lateral resolution on a resorption associated organelle allowing these structures to be imaged with super-resolution microscopy for the first time. The developed tomographic STED microscopy technique was further applied to study resorption mechanisms of OCs cultured on the bone coating. The technique revealed actin cytoskeleton with specific structures, comet-tails, some of which were facing upwards and some others were facing downwards. This, in our opinion, indicated that during bone resorption, an involvement of the actin cytoskeleton in vesicular exocytosis and endocytosis is present. The application of tomographic STED microscopy in bone biology demonstrated that 3D super-resolution techniques can provide new insights into biological 3D nano-structures that are beyond the diffraction-limit when the optical constraints of super-resolution imaging are carefully taken into account.

Determinação de inibidores da germinação no espermoderma de sementes de café (Coffea arabica L.)

Sementes de café apresentam germinação lenta, aumentando consequentemente o período de formação das mudas. A causa dessa germinação lenta, ainda não está elucidada. Aparentemente, a difusão de gases e da água tem papel secundário comparadas ao efeito de inibidores presentes. A presente pesquisa foi desenvolvida no Setor de Sementes do Departamento de Agricultura e no Laboratório de Química da Universidade Federal de Lavras. Em uma pesquisa preliminar, utilizando sementes de alface como indicadora de inibidores e extrato aquoso de espermoderma ("película prateada"), ficou evidenciada a presença de inibidores nesse tecido. Em uma segunda etapa o extrato aquoso da película prateada foi submetido a um fracionamento, em teste in vitro. Observou-se, por meio desse teste, que a fração ativa encontrava-se na fase metanólica, a qual foi concentrada sob vácuo e eluída através de coluna de sílica gel com metanol, água destilada e HCl 0,1M. Após concentração sob vácuo da fração ativa originou-se um sólido branco, que se mostrou homogêneo segundo análise por cromatografia em camada fina com placas de sílica gel. Por meio de análise de espectrometria de infravermelho, de massas e de ressonância magnética nuclear de ¹H e de 13C, atribuiu-se a tal sólido a estrutura da cafeína. Conclui-se que o espermoderma pode contribuir para a lenta germinação das sementes de café, possivelmente devido à presença de cafeína.

Secagem de sementes de milho em espiga, em função da altura da camada e fluxo de ar

Os objetivos do presente trabalho foram determinar a velocidade de secagem em função do fluxo de ar e seu efeito na qualidade de sementes de milho. Foram utilizadas sementes de milho em espiga com umidade inicial de 30% secas, em quatro protótipos de secador de fundo perfurado, com diâmetro de 0,92m, altura de 1,0m e ventilador axial, com cilindros de altura 2,0m instalados internamente. Utilizaram-se fluxos de ar de 5, 10 e 15m³.min-1.t-1 e aquecimento do ar de 30ºC, o que proporcionou uma UR entre 40 e 70%. As avaliações foram realizadas aos zero, seis e 12 meses de armazenamento, determinando-se a umidade das sementes durante a secagem, a percentagem de sementes fissuradas, a germinação e o vigor, pelos testes de envelhecimento acelerado, frio sem solo e emergência de plântulas em campo. Os resultados mostraram que a secagem estacionária, empregando ar com umidade relativa entre 40 e 70%, não ocasiona fissuras às sementes de milho em espiga. A velocidade mínima de secagem de milho em espiga, com grau de umidade superior a 25%, deve ser de 0,2 pontos percentuais por hora. O emprego de ar de secagem com umidade relativa entre 40 e 70% determina um gradiente máximo de umidade de dois pontos percentuais no final da secagem, numa camada de 1,50m de sementes de milho em espiga. A velocidade média de avanço da secagem de sementes de milho em espiga é afetada de forma não diretamente proporcional pelo fluxo de ar.

Morfologia e anatomia da semente de Balfourodendron riedelianum (Engler) Engler - Rutaceae

Foram descritos e ilustrados aspectos morfoanatômicos das sementes de Balfourodendron riedelianum (Engler) Engler, visando a caracterização dos tegumentos, endosperma e embrião. As sementes são elipsóides, pretas, anátropas, endotestais com tégmem reduzido, exariladas e albuminosas. O endosperma possui reserva lipo-protéica. Embrião axial, dominante, branco, com cotilédones carnosos, eixo hipocótilo-radícula curto e plúmula reduzida.

Morfologia e anatomia da semente de Esenbeckia grandiflora Mart. (Rutaceae)

Foram descritos e ilustrados aspectos morfo-anatômicos das sementes de Esenbeckia grandiflora Mart., visando o conhecimento dos tegumentos, endosperma e embrião. As sementes são de elipsóides a piramidais, marrom-escuras, anátropas, mesotestais, sem tégmem, exariladas e exalbuminosas. O embrião é axial, reto, total, branco, com cotilédones carnosos de reserva lipo-protéica, eixo hipocótilo-radícula curto e plúmula reduzida.

Morfologia e anatomia da semente de Dictyoloma vandellianum Adr. Juss.(Rutaceae)

Foram descritos e ilustrados aspectos morfo-anatômicos das sementes de Dictyoloma vandellianum Adr. Juss., visando o conhecimento dos tegumentos, endosperma e embrião. As sementes são reniformes, aladas, acobreadas, mesotestais, exariladas e albuminosas (reserva protéica). O embrião é axial, curvo, dominante, com cotilédones carnosos de reserva protéica, eixo hipocótilo-radícula longo e plúmula reduzida.

Morfologia de frutos e sementes de espécies arbóreas do gênero Solanum L.

O objetivo do trabalho foi caracterizar a morfologia do fruto e da semente de três espécies florestais nativas do Brasil, Solanum granuloso-leprosum Dunal, S. lycocarpum A.St.-Hil. e S. pseudoquina A.St.-Hil., recomendadas para plantações destinadas à recuperação de áreas degradadas. Os frutos são indeiscentes, carnosos, do tipo baga, globosos, polispérmicos e constituídos por dois ou mais lóculos. As sementes são estenospérmicas, campilótropas, elipsóides, comprimidas, apresentando seção longitudinal largo-ovalada ou achatado-ovalada e seção transversal elíptica. Hilo mediano-marginal localizado em uma depressão e micrópila arredondada. Sementes albuminosas, com endosperma abundante, periférico, carnoso-firme, semitransparente e de coloração esbranquiçada. Embrião axial, linear, contínuo e curvado. Em Solanum lycocarpum e S. pseudoquina o embrião é circinado e em S. granuloso-leprosum é espiralado.

Caracterização morfológica de frutos, sementes, plântulas e plantas jovens de mutamba (Guazuma ulmifolia Lam. - Sterculiaceae)

A Guazuma ulmifolia Lam. é uma espécie arbórea pioneira de ocorrência natural em quase todo o Brasil, desde a Amazônia até o Paraná. Pertence a família Sterculiaceae, sendo recomendada para recuperação de áreas degradadas. O objetivo deste trabalho foi descrever os caracteres morfológicos dos frutos, sementes, plântula e planta jovem. No fruto foram observados: forma, coloração, dimensões, textura, deiscência, e o número de sementes por fruto. Na semente foram observados: coloração, peso de 1000 sementes, forma, tegumento, embrião e endosperma. O estádio de plântula foi considerado até o momento em que tinha apenas os cotilédones e a partir da emissão de folhas passou a ser considerada planta jovem. Os aspectos vegetativos descritos e ilustrados foram: raiz primária, raízes secundárias e terciárias, hipocótilo, epicótilo, cotilédones, caule, folhas e gema apical. Fruto e uma cápsula loculicida globoso, de coloração preta, com faixas estreitas e superfície muricada. Semente de coloração acinzentada e formas variadas, envolta pela testa que quando umedecida torna-se gelatinosa. Embrião axial e contínuo; com cotilédones foliáceos, plicados e que após a emergência são arredondados, verdes e com nervuras. Após a emergência o hipocótilo e a raiz primária são brancos e cilíndricos, mas com passar do tempo se tornam mais escuros. Caule de coloração verde-escura; folhas pecioladas, com nervura principal e secundária; limbo com margem dentada.

Morphological characterization of fruits, seeds and seedlings of pseudima frutescens (aubl.) radlk. (sapindaceae)

A utilização das popularmente chamadas, sementes crioulas de soja ou sementes salvas pelos produtores é uma constante no Centro-Oeste Brasileiro. Este trabalho teve o objetivo de avaliar a qualidade das sementes de soja produzidas, colhidas e armazenadas por uma empresa produtora de sementes, e das sementes utilizadas pelos produtores de grãos, produzidas sem seguir os procedimentos técnicos de produção de sementes. As parcelas conduzidas para produção de sementes comerciais, foram retiradas do campo logo que atingiram a maturação de campo com umidade de 16,3%, receberam quatro aplicações de inseticidas durante o seu ciclo, para o controle de percevejos e, foram colhidas com colhedora de fluxo axial com rotação de cilindro de 500 rpm, enquanto as outras parcelas foram retiradas do campo com umidades de 14,7 e 12,3%, receberam apenas três aplicações de inseticida e, foram colhidas com colhedora de cilindro côncavo com velocidade de rotação do cilindro de 700 rpm. Após a colheita foram utilizados diferentes processos de secagem, beneficiamento e armazenamento para as sementes comerciais e para as sementes salvas. No início e no final do armazenamento, todas as unidades experimentais foram analisadas com os seguintes testes: de germinação, de tetrazólio 1-8 , do pH do exsudato, de envelhecimento acelerado, de desenvolvimento de plântula, de tetrazólio 1-3 e de 1º contagem do teste de germinação. Os resultados permitem concluir que: sementes comerciais, produzidas de acordo com as recomendações técnicas de produção de sementes, apresentam qualidade fisiológica superior; a qualidade fisiológica de materiais conduzidos como grãos é reduzida com o armazenamento, impedindo sua utilização como sementes para formação de lavouras de grãos comerciais.

Monitoramento da qualidade física de secagem de sementes de milho em secadores estacionários

Foi analisado o comportamento físico da secagem estacionária com distribuição axial de ar, com utilização de um secador comercial, em comparação com protótipos para secagem de sementes de milho, em camada de 0,70m. A temperatura do ar de secagem foi de 47 ±3ºC, no secador comercial e de 40 ±1ºC, nos protótipos de secador. Foram considerados o tempo de operação, a posição das sementes na massa e o efeito na qualidade física. Para tanto, foram caracterizados o ar ambiente, o ar de secagem, as temperaturas e os teores de água na massa de sementes e realizados exame visual de fissuras internas e teste de coloração com tintura de iodo. Com baixa umidade relativa ocorre super secagem na camada inferior e retardamento na camada superior, resultando em gradientes de umidade das sementes, no final da secagem, de até 4,5 pontos percentuais. O aumento da temperatura do ar de secagem determina uma elevação na taxa de remoção de água e aumento da percentagem de sementes de milho com fissuras internas e quando a camada de sementes mais próxima da entrada do ar aquecido atinge teor de água inferior a 14%, se inicia a secagem da camada seguinte.

Morfologia de frutos, sementes, plântulas e plantas de Erythrina velutina willd., leguminoseae - Papilionideae

O conhecimento dos aspectos morfológicos de sementes e plântulas pode ser usado em estudos de taxonomia, na interpretação de testes de germinação em laboratório, trabalhos em viveiro e em estudos relacionados à ecologia da espécie. Os objetivos deste trabalho foram o de descrever e ilustrar a morfologia externa e interna dos frutos e sementes, as fases de germinação, a plântula e as plantas de mulungu (Erythrina velutina Willd.). Os frutos e sementes foram coletados no solo, embaixo de árvores matrizes distribuídas em diferentes fragmentos florestais, no município de Areia - PB. Para a descrição morfológica dos frutos, sementes, germinação e desenvolvimento da plântula foram examinados cem unidades que foram selecionadas aleatoriamente. A semente é reniforme; embrião axial com cotilédones carnosos; germinação epígea fanerocotiledonar e na fase de plântula foi observado heterofilia. Os aspectos descritos e ilustrados mostraram-se homogêneos e confiáveis para a identificação da espécie. Deste modo, podem ser úteis em trabalhos de tecnologia de sementes, para a avaliação qualidade fisiológica de sementes e avaliação de plântulas em testes de germinação, além de servirem para identificação da espécie em viveiros e também para estudos de regeneração natural.

Morfo-anatomia da semente de Bauhinia monandra Kurz: (Leguminosae-caesalpinioideae)

Bauhinia monandra, espécie popularmente conhecida na Amazônia como pata-de-vaca, é indicada entre outros usos como planta medicinal nessa região. Visando contribuir para um melhor conhecimento foram coletadas sementes dessa espécie do banco de germoplasma da EMBRAPA - CPATU, Amazônia Oriental, no estado do Pará. O estudo morfo-anatômico revelou sementes estenospérmicas, oblongas, base arredondada, margem inteira, ápice assimétrico, perfil convexo pouco acentuado e hilo em forma de "V" na região apical. A testa é monocrômica, brilhante, lisa e constituída por dois estratos epidérmicos; linha lúcida presente. O endosperma é contínuo, espesso, adnato a testa. O embrião é axial e invaginado, apresenta dois cotilédones foliáceos e eixo embrionário com plúmula rudimentar e radícula imperceptível. Foram vistos grãos de amido no interior dos cotilédones.

Caracterização morfológica e germinação de sementes de Curitiba prismatica (D. Legrand) Salywon & Landrum

Este trabalho objetivou caracterizar morfologicamente as sementes e o desenvolvimento da plântula de Curitiba prismatica e verificar as melhores temperaturas, substratos e condição de luz para a germinação das sementes. A semente caracteriza-se como exalbuminosa e possui forma elíptica espiralada com tegumento coriáceo, de coloração castanho-escura. O embrião é descrito como cotiledonar pimentóide, axial, carnoso e cilíndrico, curvado em forma de "C" e de coloração branca. O desenvolvimento da plântula se inicia com a abertura do opérculo e uma pequena expansão do hipocótilo nesta região. Após esta expansão, ocorre o desenvolvimento de pêlos na base do hipocótilo, e a emissão da radícula por volta do 18o dia, sendo que aos 45 dias já se tem a plântula propriamente dita, caracterizada pelo surgimento dos eofilos. Os melhores valores para a porcentagem, tempo médio e velocidade de germinação das sementes de C. prismatica foram obtidos com a temperatura 25 ºC, nos substratos papel toalha e areia. A espécie pode ser classificada como fotoblástica positiva preferencial.