Photoinhibition of Photosystem II. Kinetics, Photoprotection and Mechanism

Photosystem II (PSII) is susceptible to light-induced damage defined as photoinhibition. In natural conditions, plants are capable of repairing the photoinhibited PSII by on-going degradation and re-synthesis of the D1 reaction centre protein of PSII. Photoinhibition is induced by both visible and ultraviolet light and photoinhibition occurs under all light intensities with the same efficiency per photon. In my thesis work, I studied the reaction kinetics and mechanism of photoinhibition of PSII, as well as photoprotection in leaves of higher plants. Action spectroscopy was used to identify photoreceptors of photoinhibition. I found that the action spectrum of photoinhibition in vivo shows resemblance to the absorption spectra of manganese model compounds of the oxygen evolving complex (OEC) suggesting a role for manganese as a photoreceptor of photoinhibition under UV and visible light. In order to study the protective effect of non-photochemical quenching, the action spectrum was measured from leaves of wild type Arabidopsis thaliana and two mutants impaired in nonphotochemical quenching of chlorophyll a excitations. The findings of action spectroscopy and simulations of chlorophyll-based photoinhibition mechanisms suggested that quenching of antenna excitations protects less efficiently than would be expected if antenna chlorophylls were the only photoreceptors of photoinhibition. The reaction kinetics of prolonged photoinhibition was studied in leaves of Cucurbita maxima and Capsicum annuum. The results indicated that photoinhibitory decrease in both the oxygen evolution activity and ratio of variable to maximum fluorescence follows firstorder kinetics in vivo. The persistence of first-order kinetics suggests that already photoinhibited reaction centres do not protect against photoinhibition and that the mechanism of photoinhibition does not have a reversible intermediate. When Cucurbita maxima leaves were photoinhibited with saturating single-turnover flashes and continuous light, the light response curve of photoinhibition was found to be essentially a straight line with both types of illumination, suggesting that similar photoinhibition mechanisms might function during illumination with continuous light and during illumination with short flashes.

Powdery mildew of ornamental species caused by Oidiopsis haplophylli in Brazil

Oidiopsis haplophylli (syn. Oidiopsis sicula) was identified as the causal agent of powdery mildew diseases occurring on five ornamental species in Brazil. This disease was observed in plastic house-grown lisianthus (Eustoma grandiflorum: Gentianaceae), in nasturtium (Tropaeolum majus: Tropaeolaceae) cultivated under open field conditions and in greenhouse-grown calla lily (Zantedeschia aethiopica: Araceae), impatiens (Impatiens balsamina: Balsaminaceae) and balloon plant (Asclepias physocarpa: Asclepiadaceae). Typical disease symptoms consisted of chlorotic areas on the upper leaf surface corresponding to a fungal colony in the abaxial surface. With the disease progression, these chlorotic areas eventually turned to necrotic (brown) lesions. Fungi morphology on all hosts was similar to that described for the imperfect stage of Leveillula taurica (O. haplophylli). The Koch's postulates were fulfilled by inoculating symptom-free plants via leaf-to-leaf contact with fungal colonies. Additional inoculations using an isolate of O. haplophylli from sweet pepper (Capsicum annuum) demonstrated that it is pathogenic to all five species belonging to distinct botanical families, indicating lack of host specialization. This is the first formal report of a powdery mildew disease on lisianthus, calla lilly, impatiens and nasturtium in Brazil. It is, to our knowledge, the first report of O. haplophyllii infecting A. physocarpa, extending the host range of this atypical powdery mildew-inducing fungus. This disease might become important on these ornamental crops especially in protected cultivation and also under field conditions in hot and dry areas of Brazil.

Avaliação da resistência a tobamovirus em acessos de Capsicum spp.

A resistência em Capsicum spp a tobamovírus é governada pelos genes L¹ a L4. Baseado na capacidade de alguns isolados suplantarem a resistência destes genes, os tobamovírus podem ser classificados nos patótipos P0, P1, P1-2 e P1-2-3. No Brasil, até o momento as três espécies de tobamovírus conhecidas são: Tobacco mosaic virus (TMV), Tomato mosaic virus (ToMV), pertencentes aos patótipos P0 e Pepper mild mottle virus (PMMoV) pertencente ao patótipo P1-2, respectivamente e podem infectar pimentas e pimentões. Oitenta e seis genótipos de pimentão e pimenta foram avaliados quanto à resistência a tobamovírus, sendo 62 de Capsicum annuum, 18 de C. baccatum e seis de C. chinense. Oito acessos de C. annuum, seis de C. baccatum e os acessos ICA #39, Pimenta de cheiro e PI 152225 de C. chinense apresentaram reação de hipersensibilidade ao ToMV, enquanto que o acesso Ancho de C. annuum foi considerado tolerante, permanecendo assintomático, porém permitindo a recuperação do vírus quando inoculado em Nicotiana glutinosa. Para o PMMoV patótipo P1,2 foram avaliados os acessos de pimentão e pimenta considerados resistentes ao ToMV. Somente o PI 152225 de C. chinense desencadeou reação de hipersensibilidade ao PMMoV, sendo fonte potencial de resistência para programas de melhoramento a este vírus no Brasil.

Especificidade de Puccinia pampeana a cultivares de Capsicum spp. e outras solanáceas

A ferrugem de espécies de Capsicum spp. (pimenta e pimentão), é causada pelo fungo Puccinia pampeana, pode causar perdas totais em plantios de diversas espécies de Capsicum, onde preodminam temperaturas ao redor de 21ºC. Esta ferrugem, mesmo sendo específica do gênero Capsicum, e mesmo muitas espécies dentro deste gênero sendo suscetíveis, algumas apresentam reação de hipersensibilidade. Foi o caso de Capsicum annuum (pimenta cv. Cayenne) e C. chinense (pimenta cv. Habañero), que após a formação dos espermogônios (11 dias), apresentou manchas necróticas na região periférica aos espermogônios, aos 15 dias após a inoculação, não havendo evolução da infecção. Também foi observada reação de hipersensibilidade, de forma mais moderada em folhas C. annuum (pimenta serrano) e C. baccatum (chapéu-de-frade). Com relação às outras solanáceas inoculadas (jiló e berinjela) não foram observados os sintomas e sinais da infecção.

Begomovírus infectando a cultura de pimentão no estado de São Paulo

Vírus do gênero Begomovirus são transmitidos por mosca-branca Bemisia tabaci G., e constituem um dos problemas fitossanitários sérios em diversas culturas. Plantas de pimentão coletadas em oito regiões do Estado de São Paulo, foram submetidas a extração de DNA total e PCR com primers universais e degenerados para begomovírus, que amplificam parte da região codificadora para a proteína capsicial. Os dados indicam a presença de begomovírus em pimentão nas cinco regiões coletadas. Análise das seqüências do DNA viral e análise filogenética revelaram identidade com dois begomovírus nativo da América. Tomato severe rugose virus - ToSRV (AY029750) e com Tomato yellow vein streak virus (ToYVSV, AY829113), espécies descritas infectando tomateiro no Brasil. A presença de begomovírus em pimentão foi verificada nas regiões de Alvinlândia, Ubirajara, Botucatu, Elias-Fausto, Paulínia, Mogi Guaçu, Paranapanema e Pirajú.

Solanum americanum: reservoir for Potato virus Y and Cucumber mosaic virus in sweet pepper crops

Weeds can act as important reservoirs for viruses. Solanum americanum (Black nightshade) is a common weed in Brazil and samples showing mosaic were collected from sweet pepper crops to verify the presence of viruses. One sample showed mixed infection between Cucumber mosaic virus (CMV) and Potato virus Y (PVY) and one sample showed simple infection by PVY. Both virus species were transmitted by plant extract and caused mosaic in tomato (Solanum lycopersicum cv. Santa Clara), sweet pepper (Capsicum annuum cv. Magda), Nicotiana benthamiana and N. tabaccum TNN, and local lesions on Chenopodium quinoa, C. murale and C. amaranticolor. The coat protein sequences for CMV and PVY found in S. americanum are phylogenetically more related to isolates from tomato. We conclude that S. americanum can act as a reservoir for different viruses during and between sweet pepper crop seasons.

Avaliação da Dispersão primária e secundária do Tomato severe rugose virus para genótipos de Capsicum spp. por Bemisia tabaci MEAM1

A mosca branca Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) é considerada uma das pragas agrícolas mais ameaçadoras em todo o mundo, pelo seu efeito direto na sucção de seiva das plantas e principalmente pelo seu efeito indireto de transmitir vírus, em especial os begomovírus. No Brasil, a espécie de begomovírus predominante em solanáceas é o Tomato severe rugose vírus - ToSRV. Uma possibilidade de manejo da doença é a utilização de cultivares resistentes ou tolerantes tanto ao vírus, como ao inseto vetor. Foram avaliados neste trabalho a dispersão primária e secundária do ToSRV por Bemisia tabaci, espécie MEAM1, também conhecida como biótipo B, em cultivares tolerantes ao ToSV Capsicum baccatum (IAC-1357) C. annuum (IAC-1566) e C. frutescens (IAC-1544). O genótipo (IAC-1544) apresentou menor número de plantas infectadas pelo ToSRV no ensaio de dispersão primária e nenhuma eficiência na transmissão do isolado na dispersão secundária. Estes resultados colaboram para o melhoramento de pimentão e pimentas visando a resistência ao ToSRV e seu inseto vetor.

Uso da fertirrigação e teores de macronutrientes em planta de pimentão

Este estudo teve o objetivo de determinar os teores de macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg e S) nos diferentes órgãos do híbrido de pimentão Elisa, sob fertirrigação e ambiente protegido, por meio de coletas de plantas durante o ciclo. Ao final do experimento, obtiveram-se os teores dos macronutrientes no fruto, folha, caule, raiz e na planta como um todo, em cada etapa de crescimento. A fertilização no ciclo estudado, 140 dias, foi feita via irrigação localizada (gotejamento). O experimento foi desenvolvido nas dependências do Departamento de Recursos Naturais - Ciência do Solo, FCA-UNESP, Câmpus de Botucatu - SP, e constou de oito tratamentos (épocas de coleta de planta: 0; 20; 40; 60; 80; 100; 120 e 140 dias após o transplante das mudas) e quatro repetições, sendo cada repetição formada por quatro plantas. Os resultados mostram que os teores de macronutrientes encontrados na planta de pimentão seguem, na média, a seguinte ordem decrescente: K (39,9 g kg-1) > N (28,3 g kg-1) > Ca (12,8 g kg-1) > Mg (5,9 g kg-1) > S (4,1 g kg-1) > P (3,7 g kg-1).

Effects of light intensity modification by reflective aluminized screenhouse on sweet pepper growth and yield

Sweet pepper is one of the ten most consumed vegetables in world. Although it develops better under protected environment, the cultivation in tropical countries is practiced in open field due greenhouse structure higher costs. Unfortunately, such practice has compromised the crop to reach either best yield or fruit quality. Since production and cost are the most important criteria for agricultural production, we aimed to evaluate reflective aluminized polypropylene shading net influence on sweet pepper (Capsicum annuum L.) growth and production as intermediary alternative for low/middle income producers from Brazilian tropical regions. Sweet pepper Magali R hybrid was cultivated in two environments: FC - field conditions (control) and RS - reflective shading net with 40% shading rate. RS caused reductions in incident solar radiation (SR) and photosynthetically active radiation (PAR) on the amount of 46.3% and 48.3%, respectively. There were no significant changes in temperature and relative humidity recorded for the two environments. In addition, RS allowed best use efficiency of photosynthetically active radiation since it promoted higher values of plant height, leaf number and area index than those reached on FC on the amount of 29%, 22% and 80 %, respectively. Similarly, plants grown under RS showed higher yield and marketable fruits and promoted less loses by sunscald.

Diversidade genética de Begomovirus que infectam plantas invasoras na região nordeste

Os Begomovirus fazem parte de uma família numerosa de fitovírus denominada Geminiviridae. Eles infectam ampla gama de hospedeiras, incluindo muitas espécies cultivadas, como tomate (Lycopersicon esculentum), feijão (Phaseolus vulgaris), pimentão (Capsicum annuum), caupi (Vigna unguiculata), mandioca (Manihot esculenta) etc., além de plantas invasoras de várias espécies. Em alguns casos, plantas invasoras podem funcionar como reservatórios desses vírus para plantas cultivadas, mediante transmissão pelo inseto-vetor. No presente trabalho, plantas invasoras com sintomas de mosaico amarelo, deformação do limbo foliar e redução do crescimento foram avaliadas no tocante à presença de Begomovirus mediante a técnica de PCR, empregando-se oligonucleotídeos universais para detecção desses vírus. Foram avaliadas 11 amostras, correspondendo a 10 espécies, coletadas em municípios dos Estados de Alagoas, Pernambuco e Bahia. Algumas, como Herissantia crispa, Waltheria indica e Triumfetta semitriloba, são relatadas pela primeira vez como espécies hospedeiras de Begomovirus. Para estimar a variabilidade genética dos Begomovirus detectados, o produto de amplificação dos diversos isolados foi clivado com as enzimas de restrição EcoRI, HinfI e TaqI. Confirmando resultados obtidos para plantas cultivadas por outros grupos de pesquisa, foram observados padrões distintos de clivagem para os isolados estudados, evidenciando a grande variabilidade genética desses vírus.

Coberturas do solo sobre a amplitude térmica e a produtividade de pimentão

Com o objetivo de avaliar o efeito dos sistemas de plantio direto e convencional e estratégias de manejo de plantas daninhas na variação da temperatura do solo e na produtividade de pimentão, realizou-se, na Universidade Federal do Semiárido, em Mossoró-RN, um experimento no esquema de parcelas subdivididas, distribuídas no delineamento experimental em blocos casualizados com quatro repetições. Os sistemas de plantio direto e convencional do pimentão foram avaliados nas parcelas; nas subparcelas, avaliaram-se três estratégias de manejo de plantas daninhas (cobertura do solo com filme de polietileno preto, com capinas e sem capinas). Em cada subparcela foram instalados sensores tipo termopares, a 5 cm de profundidade, para medir a temperatura do solo. A partir dos dados obtidos, determinou-se a variação da temperatura ao longo do dia, no período de 20 a 30 dias após o plantio das mudas de pimentão, e a cada cinco dias, a média das temperaturas máxima e mínima e a amplitude térmica diária. Aos 60 e 147 dias após o transplante das mudas de pimentão, foram feitas avaliações da densidade e massa seca de plantas daninhas nos tratamentos sem capinas. Os tratamentos com filme de polietileno e capinado no sistema de plantio convencional apresentaram elevação na temperatura máxima diária do solo em 6,7 e 5,0 ºC, respectivamente, em relação ao sistema de plantio direto com capinas. A amplitude térmica no sistema de plantio convencional nos tratamentos com capinas regulares e com filme de polietileno foi de 11 ºC, ao passo que no sistema de plantio direto a amplitude foi de 6,3, 4,5 e 4,0 ºC nos tratamentos com capinas, sem capinas e com filme de polietileno, respectivamente. A interferência das plantas daninhas nos tratamentos sem capinas resultou em redução de 94,95 e 92,10% da produtividade comercial nos sistemas de plantio direto e convencional, respectivamente.

Preparo e caracterização de microcápsulas de oleoresina de páprica obtidas por atomização

A páprica (Capsicum annuum L.) é um corante vermelho largamente empregado na indústria de alimentos. Entretanto, por ser à base de carotenóides este produto é suscetível à oxidação. Assim, o objetivo deste trabalho foi microencapsular oleoresina de páprica, avaliar a morfologia das microcápsulas, a distribuição e o tamanho das partículas e a solubilidade. Para tanto, foi utilizado o processo de microencapsulação por atomização e os agentes encapsulantes goma arábica e grânulos porosos de amido/gelatina. A avaliação morfológica, feita por microscopia eletrônica de varredura, mostrou que as microcápsulas elaboradas com goma arábica possuíam formato arredondado, com concavidades, sem poros ou rachaduras, paredes contínuas e o recheio estava distribuído em vacúolos nas paredes; já as produzidas com grânulos porosos de amido/gelatina apresentavam formato arredondado, paredes formadas pela aglomeração dos grânulos e coladas pela gelatina, entretanto, apresentavam poros ou interstícios. A distribuição do tamanho de partículas apresentou comportamento unimodal, com tamanho médio de 16 e 20,3µm para as microcápsulas produzidas com goma e amido/gelatina, respectivamente. Portanto, foi possível microencapsular oleoresina de páprica pelo método de atomização, com os dois agentes encapsulantes testados; a análise da morfologia deu indícios de que a oleoresina estaria mais protegida quando encapsulada em goma arábica; as temperaturas utilizadas na microencapsulação foram adequadas; as microcápsulas apresentaram tamanhos dentro da faixa obtida para este tipo de processo e excelente solubilidade.

Características físico-químicas e nutricionais de pimentão produzido em campo e hidroponia

O trabalho objetivou avaliar as características físicas, químicas e a composição centesimal de cultivares de pimentão armazenadas em condição ambiente natural (temperatura de 21 ± 2 °C e umidade relativa do ar de 70 ± 5%). O experimento foi realizado em delineamento experimental inteiramente casualizado, com quatro tipos de pimentão (Paloma e Impacto com cultivares produzidas hidroponicamente; e Paloma e Magali produzidas em campo) e seis períodos de análise, com três repetições. As cultivares Paloma produzida em campo e Impacto produzida em hidroponia apresentaram a maior massa. O maior teor de umidade e o menor teor de fibra bruta foram obtidos na cultivar Paloma, e o maior teor de proteínas e carboidratos na cultivar Magali. Os sólidos solúveis foram mais elevados no tratamento Magali campo. A umidade não foi influenciada pelos tratamentos e armazenamento. Aos 12 dias de armazenamento todos os tratamentos apresentaram valores elevados de vitamina C, sendo maior no Impacto hidropônico e menor no Magali campo. A perda de massa fresca atingiu 14,11% aos 12 dias de armazenamento, sendo considerado o período limite para o armazenamento do pimentão. A cultivar Paloma e a Impacto podem ser recomendadas para o cultivo.

Atividade antioxidante de pimentas do gênero Capsicum

Foi avaliada a atividade antioxidante pelo Sistema β-caroteno/Ácido Linoleico, ensaio do radical DPPH• (2,2-difenil-1-picrilhidrazila), do extrato bruto (EB) e frações hexânica (FH), clorofórmica (FC) e acetato de etila (FA) das pimentas malagueta (C. frutescens), cambuci (C. baccatum var. pendulum), cumari (C. baccatum var praetermissum) e pimentão magali (C. annuum var. annuum). As concentrações de capsaicinoides e de fenólicos totais presentes nas pimentas também foram determinadas. Os resultados obtidos demonstraram que as FC e FA das pimentas apresentaram maior concentração de fenólicos totais e capsaicinoides, sendo que a pimenta cumari foi a espécie com maior concentração destes compostos. A melhor atividade antioxidante pelo Sistema β-caroteno/Ácido Linoleico, foi obtida para o EB e FA da pimenta cambuci, seguida do EB da pimenta malagueta. Pelo método DPPH a FC e FA apresentaram menores valores de EC50, sendo a pimenta cumari e cambuci as mais efetivas. Estes resultados demonstram que as pimentas cumari, cambuci e malagueta podem ser utilizadas como agentes antioxidantes naturais em alimentos.

Temperatura de armazenamento e desempenho de sementes hidratadas e osmocondicionadas de pimentão

A propagação do pimentão (Capsicum annuum L.) é feita pela semente. Normalmente, tanto a germinação quanto a emergência das plântulas são lentas à temperatura ambiente e mais demorada ainda à baixa temperatura, sendo, portanto necessários estudos que propiciem a germinação mais rápida e uniforme principalmente a baixas temperaturas. Observou-se em trabalho anterior que ao submeter as sementes de pimentão à hidratação em água destilada por 24 e 72 horas e ao condicionamento osmótico com polietileno glicol (PEG 6000) no potencial de -0,5 MPa por 21 dias, foi possível aumentar e acelerar a germinação das sementes a baixa temperatura. Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar as temperaturas de armazenamento das sementes hidratadas por 24 e 72 horas e condicionadas com PEG 6000 a -0,5 MPa por 21 dias, na preservação da sua viabilidade. As sementes foram tratadas, secas e acondicionadas em embalagem impermeável e armazenadas sob temperaturas de 5º e 25ºC. Ao término de cada mês de armazenamento, a germinação e emergência das sementes foram avaliadas sob temperaturas de 20º e 25ºC. Observou-se que as sementes hidratadas por 72 horas não suportaram o armazenamento, devendo estas, serem utilizadas imediatamente após o tratamento. As sementes hidratadas por 24 horas e aquelas osmocondicionadas com PEG quando armazenadas sob temperatura de 5ºC, mantiveram a sua porcentagem de germinação e emergência ao longo dos quatro meses de armazenamento, apresentando os maiores índices de germinação a 20ºC.