Biopolymers

Plants naturally synthesize a variety of polymers that have been used by mankind as a source of useful biomaterials. For example, cellulose, the main constituent of plant cell wall and the most abundant polymer on earth, has been used for several thousand years as a source of fibers for various fabrics. Similarly, rubber extracted from the bark of the tree Hevea brasiliensis, has been a major source of elastomers until the development of similar synthetic polymers. In the last century, the usefulness of plant polymers as biomaterials has been expanded through the chemical modification of the natural polymers. For example, a number of plastics have been made by substituting the hydroxyl groups present on the glucose moiety of cellulose with larger groups, such as nitrate or acetate, giving rise to materials such as cellulose acetate, a clear plastic used in consumer products such as toothbrush handles and combs. Similarly, starch has been used in the manufacture of plastics by either using it in blends with synthetic polymers or as the main constituent in biodegradable plastics. The advent of transformation and expres- sion of foreign genes in plants has created the possibility of expanding the usefulness of plants to include the synthesis of a range of biomolecules. In view of the capacity of certain crops to produce a large quantity of organic raw material at low cost, such as oils and starch, it is of interest to explore the possibility of using transgenic plants as efficient vectors for the synthesis of biopolymers. Such plant based biopolymers could replace, in part, the synthetic plastics and elastomers produced from petroleum, offering the advantage of renewability and sustainability. Furthermore, being natural pro- ducts, biopolymers are usually biodegradable and can thus contribute to alleviate problems associated with the management of plastic waste. In this article, the emphasis will be on the use of transgenic plants for the synthesis of two novel classes of industrially useful polymers, namely protein based polymers made from natural or artificial genes, and polyhydroxyalkanoates, a family of bacterial poly- esters having the properties of biodegradable plastics and elastomers.

Guayule and Russian dandelion as alternative sources of natural rubber.

Natural rubber, obtained almost exclusively from the Para rubber tree (Hevea brasiliensis), is a unique biopolymer of strategic importance that, in many of its most significant applications, cannot be replaced by synthetic rubber alternatives. Several pressing motives lead to the search for alternative sources of natural rubber. These include increased evidence of allergenic reactions to Hevea rubber, the danger that the fungal pathogen Microcyclus ulei, causative agent of South American Leaf Blight (SALB), might spread to Southeast Asia, which would severely disrupt rubber production, potential shortages of supply due to increasing demand and changes in land use, and a general trend towards the replacement of petroleum-derived chemicals with renewables. Two plant species have received considerable attention as potential alternative sources of natural rubber: the Mexican shrub Guayule (Parthenium argentatum Gray) and the Russian dandelion (Taraxacum koksaghyz). This review will summarize the current production methods and applications of natural rubber (dry rubber and latex), the threats to the production of natural rubber from the rubber tree, and describe the current knowledge of the production of natural rubber from guayule and Russian dandelion.

Ciclo biológico de Calacarus heveae Feres, 1992 (Acari, Eriophyidae)

Calacarus heveae Feres, 1992 is an Eriophyidae mite described from rubber tree (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) in the northwest region of the State of São Paulo. This mite prefers the adaxial face of the folioles and it can reduce the brightness of the leaves, turning them progressively yellow and brownish, and consequently premature fall. The aim of this work was to study the biology of C. heveae in laboratory, on detached rubber tree folioles. The study was conducted at 28±1 ºC in the photophase (12h), 25±1 ºC in the dark phase (12h), and 90±5% relative humidity. The study was initiated with a total of 59 eggs. The average duration of egg, larva and nymph stages was 5.8, 2.0 and 1.4 days, respectively. The period from egg to adult lasted 9.3 days, and the average periods of pre-oviposition, oviposition and post-oviposition, 1.8, 6.1 and 1.2 days, respectively. The average longevity of the adult male was ca. 4.0 days, while the longevity adult female was about 8.4 days. The average daily oviposition rate was 2.3 egg per female while the average fecundity was 16.2 eggs per female.

Dinâmica populacional de ácaros fitófagos (Acari, Eriophyidae, Tenuipalpidae) em seis clones de seringueira no sul do Estado de Mato Grosso

Foi estudada a dinâmica populacional de Calacarus heveae Feres, 1992, Phyllocoptruta seringueirae Feres, 1998 (Eriophyidae) e Tenuipalpus heveae Baker, 1945 (Tenuipalpidae) em seis clones de seringueira (Hevea brasiliensis Muell. Arg.), com o intuito de conhecer a sazonalidade e as possíveis diferenças nos níveis de infestação dessas espécies sobre os diferentes clones, em seringal localizado no sul do Estado de Mato Grosso. Para isso, no período de março de 2004 a março de 2005, foram realizadas coletas num intervalo médio de catorze dias em seis parcelas clonais. Em cada amostragem, foram analisados 100 folíolos de cada parcela, registrando-se o número total de ácaros encontrados em ambas as faces. Os níveis de infestação das espécies variaram entre os diferentes clones. O clone RRIM 600 apresentou maior abundância de T. heveae, enquanto que PB 235 e PB 260 de P. seringueira e C. heveae, respectivamente. Por outro lado, esse último clone apresentou menor número de indivíduos de T. heveae e P. seringueirae, e PB 235 de C. heveae. O primeiro semestre foi o período crítico de infestação, porém a duração da ocorrência e o pico de abundância dos fitófagos variaram nos diferentes clones.

Biological cycle of Tenuipalpus heveae Baker (Acari, Tenuipalpidae) on leaflets of three rubber tree clones

Life cycle of Tenuipalpus heveae Baker (Acari, Tenuipalpidae) on leaflets from three rubber tree clones. The biological cycle of Tenuipalpus heveae Baker, 1945 (Tenuipalpidae), a potential rubber tree pest mite, was studied by the observation of individuals reared on leaflets of the clones GT 1, PB 235 and RRIM 600, in controlled environmental conditions. Three daily observations were done of 60 eggs on leaflets from each clone in order to verify the development of immature stages and the female oviposition. The fertility life table was constructed based in the collected data. Mites reared on PB 235 had faster rate of development, requiring less time in days, to double its population in number (TD), and had the highest values for egg production, female longevity, net reproductive rate (Ro), intrinsic rate of natural increase (r m) and finite rate of increase (λ). Lower reproductive values and the longest time necessary to reach adult stage were recorded for the mites on GT 1. In all studied clones, the deutonymphal phase had the highest viability, while the larval phase had the lowest, highlighted by the survivorship curve that indicated high mortality during this life stage. The clone PB 235 allowed the most suitable conditions for the development of T. heveae, followed by RRIM 600, while GT 1 was the less suitable substratum to rear this mite species.

Efeitos da adubação NPK na fertilidade do solo, nutrição e crescimento da seringueira

O trabalho teve por objetivo avaliar o efeito de diferentes combinações de doses de fertilizantes NPK, durante o período de formação do seringal, sobre as características químicas do solo, nutrição mineral e crescimento de árvores de seringueira [Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Müell. Arg.], clone RRIM 600. O experimento foi instalado em 1985 e realizado até 1993, no delineamento de blocos ao acaso, num esquema fatorial fracionado 1/2 (4 x 4 x 4), testando as doses anuais de 0, 40, 80 e 120 kg ha-1 de N, P2O5 e K2O, aplicadas na forma de uréia, superfosfato triplo e cloreto de potássio. Foi usado Latossolo Vermelho-Amarelo Podzólico distrófico A moderado de textura arenosa/média, localizado no município de Avaí, estado de São Paulo, no período entre dois e oito anos de idade das árvores. A avaliação do experimento foi feita por meio da análise de solo, de folha e medida do perímetro do caule. O fertilizante nitrogenado (uréia) foi o que causou maiores alterações com intensa acidificação do solo. Além de alterar diversos atributos do solo, a aplicação de uréia elevou as concentrações de N e reduziu as de K e S nas folhas. A fertilização fosfatada aumentou a disponibilidade de P no solo e a concentração nas folhas, o mesmo acontecendo com a adubação potássica em relação à disponibilidade de K no solo e na planta. Apesar disso, as correlações entre as concentrações de P e K no solo e nas folhas e o período de imaturidade não foram coerentes com esse aumento de disponibilidade. Mesmo sem a aplicação de micronutrientes, observou-se que as concentrações de B nas folhas correlacionaram-se positivamente com o período de imaturidade, enquanto os demais micronutrientes pouco influíram na fertilidade do solo.

Establishment of new crops for the production of natural rubber.

Natural rubber is a unique biopolymer of strategic importance that, in many of its most significant applications, cannot be replaced by synthetic alternatives. The rubber tree Hevea brasiliensis is the almost exclusive commercial source of natural rubber currently and alternative crops should be developed for several reasons, including: a disease risk to the rubber tree that could potentially decimate current production, a predicted shortage of natural rubber supply, increasing allergic reactions to rubber obtained from the Brazilian rubber tree and a general shift towards renewables. This review summarizes our knowledge of plants that can serve as alternative sources of natural rubber, of rubber biosynthesis and the scientific gaps that must be filled to bring the alternative crops into production.

Bactérias diazotróficas em solos sob seringueira

Diversos relatos evidenciam os benefícios de procariotos fixadores de nitrogênio atmosférico no crescimento e na nutrição de muitas espécies vegetais; entretanto, não há, até o momento, nenhum trabalho visando à prospecção desses microrganismos na rizosfera da seringueira (Hevea brasiliensis). Assim, os objetivos deste trabalho foram verificar a ocorrência de bactérias diazotróficas em solos sob plantio de seringueira, assim como em suas raízes, e isolar e caracterizar essas bactérias. Para essa finalidade, coletaram-se amostras de solo e de raízes finas de seringueiras cultivadas no Campus Experimental da Universidade Federal de Lavras (Lavras, MG) para inoculação em meios de cultura semissólidos sem N na forma combinada, de modo a favorecer o crescimento de algumas espécies de bactérias diazotróficas. Foram obtidos 19 isolados nas amostras de solo, e não houve crescimento de bactérias fixadoras de nitrogênio nas culturas com amostras de raízes. A caracterização celular e das colônias desses isolados indicou que 17 deles produzem grande quantidade de exopolissacarídeo elástico, algumas vezes cartilaginoso. Eles são todos Gram-negativos, com formato celular de bastonete, imóveis e com dois glóbulos de poli-β-hidroxibutirato (PBH), um em cada extremidade do bastonete. O sequenciamento do 16S rDNA e sua análise filogenética confirmaram que isolados representativos desse grupo pertencem ao gênero Beijerinckia (B. indica e B. derxii) e que os outros dois isolados Gram-positivos pertencem ao gênero Bacillus. A presença da nitrogenase - a enzima responsável pela fixação biológica do nitrogênio atmosférico (FBN) - foi confirmada por meio da técnica de redução do acetileno. Conclui-se que, no solo sob plantio de seringueira, houve predominância de diazotróficas de vida livre pertencentes ao gênero Beijerinckia (B. indica e B. derxii), não havendo indícios de bactérias endofiticas ou rizosféricas.

Contrasts in Areas of Rubber Tree Clones in Regard to Soil and Biomass Carbon Stocks

ABSTRACT Rubber tree (Hevea brasiliensis) crop may accumulate significant amounts of carbon either in biomass or in the soil. However, a comprehensive understanding of the potential of the C stock among different rubber tree clones is still distant, since clones are typically developed to exhibit other traits, such as better yield and disease tolerance. Thus, the aim of this study was to address differences among different areas planted to rubber clones. We hypothesized that different rubber tree clones, developed to adapt to different environmental and biological constrains, diverge in terms of soil and plant biomass C stocks. Clones were compared in respect to soil C stocks at four soil depths and the total depth (0.00-0.05, 0.05-0.10, 0.10-0.20, 0.20-0.40, and 0.00-0.40 m), and in the different compartments of the tree biomass. Five different plantings of rubber clones (FX3864, FDR 5788, PMB 1, MDX 624, and CDC 312) of seven years of age were compared, which were established in a randomized block design in the experimental field in Rio de Janeiro State. No difference was observed among plantings of rubber tree clones in regard to soil C stocks, even considering the total stock from 0.00-0.40 m depth. However, the rubber tree clones were different from each other in terms of total plant C stocks, and this contrast was predominately due to only one component of the total C stock, tree biomass. For biomass C stock, the MDX 624 rubber tree clone was superior to other clones, and the stem was the biomass component which most accounted for total C biomass. The contrast among rubber clones in terms of C stock is mainly due to the biomass C stock; the aboveground (tree biomass) and the belowground (soil) compartments contributed differently to the total C stock, 36.2 and 63.8 %, respectively. Rubber trees did not differ in relation to C stocks in the soil, but the right choice of a rubber clone is a reliable approach for sequestering C from the air in the biomass of trees.

Desempenho de novos clones de seringueira: III. seleções promissoras para a região de Votuporanga, Estado de São Paulo

É apresentado o resultado da primeira seleção de 25 clones de seringueira (Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Müell. Arg.), a maior parte constituída de introduções de diferentes origens. Após multiplicados, foram avaliados em experimentos do tipo pequena escala, obedecendo ao delineamento de blocos ao acaso, instalado na Estação Experimental de Votuporanga, SP. Os caracteres avaliados foram: produção de borracha seca, vigor expresso pelo perímetro do caule, espessura de casca e número de anéis de vasos laticíferos. Com relação à produção de borracha seca, destacaram-se os clones IAN 3156, IAC 40, 7/6, 3/5 e 3/1, produzindo 124%, 105%, 27%, 26% e 19% superiores em relação ao RRIM 600, recomendando-se seu plantio em pequena escala na região de Jaú. Caracteres secundários tais como o vigor, espessura de casca e número de anéis de vasos laticíferos dos clones testados são também discutidos. Sugere-se sua avaliação em experimentos do tipo grande escala com o objetivo de avaliar, além da produção, outros caracteres secundários para futuras recomendações no Estado de São Paulo.

Influência da diferenciação pedológica no desenvolvimento da seringueira no município de Oratórios, MG

A expansão da heveicultura em regiões não tradicionais que apresentam condições edafoclimáticas diferentes do seu habitat natural, tem seu desempenho prejudicado pela carência de informações técnicas. No Estado de Minas Gerais, a falta de conhecimento dos fatores inerentes às relações solo-planta tem-se tornado uma séria limitação no processo de implantação e exploração de seringais. Neste trabalho foi estudado um transecto sob vegetação de seringueira, situada na fazenda experimental da Epamig no vale do Piranga, no município de Oratórios, MG. As caracterizações morfoestruturais revelaram forte diferenciação lateral dos solos na vertente, sendo os Latossolos predominantes no topo, e nas partes mais baixas, os Podzólicos, com presença de horizontes B texturais, maciços, coerentes, adensados e pouco porosos. Tais observações foram complementadas por determinações in situ, por meio de testes de infiltração de água e resistência à penetração. Os resultados de laboratório que abrangem as densidades (aparente e real), porosidade (macro e micro) através de curvas de retenção de água, assim como as análises físicas e químicas, confirmam as observações e determinações de campo. Os diferentes resultados foram relacionados com o desenvolvimento do clone de seringueiras IAN 873 (biomassa total, aérea e radicular) e mostram uma estreita dependência entre as características físicas dos solos e o desenvolvimento da seringueira. Foi observado um melhor comportamento do seringal nos Latossolos, quando comparados aos Podzólicos, que apresentam uma forte restrição mecânica à penetração das raízes, uma porosidade globalmente reduzida e uma drenagem interna muito deficiente.

Seleção combinada univariada e multivariada aplicada ao melhoramento genético da seringueira

Este trabalho objetivou estimar os coeficientes de herdabilidade e de predição genética, pelo método multivariado, e comparar os ganhos genéticos obtidos por meio da seleção entre e dentro de progênies, individual e combinada, em seringueira (Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Müell. Arg.). Vinte e duas progênies de meios-irmãos foram plantadas na Estação Experimental de Votuporanga, SP, no delineamento de blocos ao acaso, com cinco repetições e dez plantas por parcela. Aos três anos de idade foram avaliados os caracteres: número de anéis de vasos laticíferos (NA), produção de borracha seca (PB), espessura de casca (EC) e circunferência do caule (CC). Os resultados demonstraram haver variabilidade significativa entre progênies quanto aos caracteres PB, EC e CC. As estimativas de coeficientes de herdabilidade e de predição genética foram mais elevadas nas progênies, com valores mais expressivos quanto aos coeficientes de predição genética. Ganhos genéticos adicionais foram obtidos pela seleção combinada. Embora os referidos ganhos tenham sido de pequena magnitude, recomenda-se o uso do método, por propiciar maior acurácia e ganho genético. Os valores mais expressivos de acurácia e ganho genético foram estimados pelo método multivariado.

Efeito da freqüência de sangria e estimulação no desempenho produtivo e econômico de clones de seringueira

Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho produtivo e os aspectos econômicos de dez clones de seringueira [Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Muell. Arg.] em diferentes freqüências de sangria e com estimulação à base de ethefon. O experimento foi instalado na Fazenda Indiana, no município de Indiana, SP, sob o delineamento de blocos ao acaso com parcelas subdivididas. Os tratamentos principais foram os clones GT 1, RRIM 701, RRIM 600, PB 235, PR 261, PB 252, Fx 4098, Fx 2261, Fx 3864 e IAN 873, submetidos a três sistemas de sangria: 1/2S d/2 6d/7 (testemunha), 1/2S d/4 6d/7.10m/y. ET 5,0% Ba 10y e 1/2S d/6 6d/7.10m/y. ET 5,0% Ba 10/y. As variáveis estudadas foram: perímetro do caule, produção, secamento do painel e os aspectos econômicos. Os resultados mostraram superioridade no sistema 1/2S d/2 6d/7 na maioria dos clones, exceto o GT 1 e o PB 235, que no sistema 1/2S d/4 ET 5,0% apresentaram ganhos líquidos de 12,0% e 54,0%, respectivamente, acima do obtido no sistema testemunha. Somente os clones Fx 3864 e PB 235 apresentaram ganhos líquidos de 18,0% e 28,0% no sistema 1/2S d/6 ET 5% superiores em relação ao obtido no sistema testemunha. A maior porcentagem de secamento do painel foi observada no clone PB 235 no sistema 1/2S d/4 ET 5,0%.

Influência de porta-enxertos no crescimento de clones de seringueira no Estado de São Paulo

Este trabalho foi instalado na Estação Experimental de Agronomia de Pindorama, SP, com a finalidade de avaliar a interação enxerto vs. porta-enxertos de seringueira, Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Müell. Arg. Os clones utilizados foram IAN 873, RRIM 600, RRIM 701, PB 235, PR 107 e GT 1, enxertados em seis diferentes porta-enxertos provenientes de sementes ilegítimas dos clones IAN 873, RRIM 600, RRIM 701, PB 235, GT 1 e de sementes não selecionadas. O delineamento utilizado foi o de blocos ao acaso, com parcelas subdivididas, tendo os porta-enxertos como tratamentos e os clones (enxertos) como subtratamentos, em quatro repetições. Os resultadosmostram que no período de avaliação o porta-enxerto GT 1 e IAN 873 foram os que produziram os maiores perímetros por planta, sendo 10,20 % maior que o de sementes não selecionadas. Paralelamente, os enxertos em vigor mostraram que os clones PB 235, RRIM 600 e PR 107 apresentaram melhor desempenho, com um perímetro do caule 8,12% maior que o dos clonesRRIM 701 e GT 1,notadamente os de menor vigor. A interação enxerto vs. porta-enxerto não foi significativa.

Clones promissores de seringueira para a região do Vale do Ribeira, São Paulo

Este trabalho objetivou apresentar resultados da primeira seleção de clones de seringueira (Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Muell.Arg.) da série IAC 300, e amazônicos das séries IAN e Fx, em experimento de pequena escala, visando produção, crescimento e resistência ao mal-das-folhas. A produção e o vigor de 20 clones foram avaliados por dois e nove anos, respectivamente, em PariqüeraAçú, no Vale do Ribeira, SP. Os clones IAC 301, IAC 304, IAC 306 e IAC 319 produziram satisfatoriamente nos dois primeiros anos de sangria. Os clones amazônicos IAN 6323, Fx 3864 e IAN 2903, com produções de 1.078 kg, 945 kg e 900 kg/ha/ano, respectivamente, foram superiores à testemunha IAN 873 (878 kg/ha/ano). Os clones selecionados apresentaram crescimento vigoroso, com extremos de perímetro do caule, na abertura do painel, de 37,40 cm (IAN 4493) a 53,75 cm (IAN 6323), e percentual de plantas aptas à sangria de 7,0% (IAN 4493) a 100% (IAN 6323 e IAC 302), exceto os clones Fx 3899 e IAN 3044. O IAC 315, com 7,37 mm, mostrou maior espessura de casca virgem que o IAN 873 (6,44 mm). Os clones IAC 320, IAC 306 e IAC 315 foram os mais resistentes ao Microcyclus ulei.