Estimation of light interception in research environments: A joint approach using directional light sensors and 3D virtual plants applied to sunflower (Helianthus annuus) and Arabidopsis thaliana in natural and artificial conditions

Light interception is a major factor influencing plant development and biomass production. Several methods have been proposed to determine this variable, but its calculation remains difficult in artificial environments with heterogeneous light. We propose a method that uses 3D virtual plant modelling and directional light characterisation to estimate light interception in highly heterogeneous light environments such as growth chambers and glasshouses. Intercepted light was estimated by coupling an architectural model and a light model for different genotypes of the rosette species Arabidopsis thaliana (L.) Heynh and a sunflower crop. The model was applied to plants of contrasting architectures, cultivated in isolation or in canopy, in natural or artificial environments, and under contrasting light conditions. The model gave satisfactory results when compared with observed data and enabled calculation of light interception in situations where direct measurements or classical methods were inefficient, such as young crops, isolated plants or artificial conditions. Furthermore, the model revealed that A. thaliana increased its light interception efficiency when shaded. To conclude, the method can be used to calculate intercepted light at organ, plant and plot levels, in natural and artificial environments, and should be useful in the investigation of genotype-environment interactions for plant architecture and light interception efficiency. This paper originates from a presentation at the 5th International Workshop on Functional–Structural Plant Models, Napier, New Zealand, November 2007.

DNA markers linked to the R(2) rust resistance gene in sunflower (Helianthus annuus L.) facilitate anticipatory breeding for this disease variant.

Pre-emptive breeding for host disease resistance is an effective strategy for combating and managing devastating incursions of plant pathogens. Comprehensive, long-term studies have revealed that virulence to the R (2) sunflower (Helianthus annuus L.) rust resistance gene in the line MC29 does not exist in the Australian rust (Puccinia helianthi) population. We report in this study the identification of molecular markers linked to this gene. The three simple sequence repeat (SSR) markers ORS795, ORS882, and ORS938 were linked in coupling to the gene, while the SSR marker ORS333 was linked in repulsion. Reliable selection for homozygous-resistant individuals was efficient when the three markers, ORS795, ORS882, and ORS333, were used in combination. Phenotyping for this resistance gene is not possible in Australia without introducing a quarantinable race of the pathogen. Therefore, the availability of reliable and heritable DNA-based markers will enable the efficient deployment of this gene, permitting a more effective strategy for generating sustainable commercial cultivars containing this rust resistance gene.

Stem cankers on sunflower (Helianthus annuus) in Australia reveal a complex of pathogenic Diaporthe (Phomopsis) species.

The identification of Diaporthe (anamorph Phomopsis) species associated with stem canker of sunflower (Helianthus annuus) in Australia was studied using morphology, DNA sequence analysis and pathology. Phylogenetic analysis revealed three clades that did not correspond with known taxa, and these are believed to represent novel species. Diaporthe gulyae sp. nov. is described for isolates that caused a severe stem canker, specifically pale brown to dark brown, irregularly shaped lesions centred at the stem nodes with pith deterioration and mid-stem lodging. This pathogenicity of D. gulyae was confirmed by satisfying Koch's Postulates. These symptoms are almost identical to those of sunflower stem canker caused by D. helianthi that can cause yield reductions of up to 40% in Europe and the USA, although it has not been found in Australia. We show that there has been broad misapplication of the name D. helianthi to many isolates of Diaporthe ( Phomopsis) found causing, or associated with, stem cankers on sunflower. In GenBank, a number of isolates had been identified as D. helianthi, which were accommodated in several clades by molecular phylogenetic analysis. Two less damaging species, D. kochmanii sp. nov. and D. kongii sp. nov., are also described from cankers on sunflower in Australia.

Respuesta del girasol (Helianthus annuus L.) a la aplicación de diferentes dosis de nitrógeno y fósforo

En el campo experimental de la Escuela Nacional de Agricultura y Ganaderia, Managua, en 1971 se realizo una prueba de campo con cinco niveles de nitrogeno y cinco niveles de fosforo (P205), usando intervalos de 0,50, 100, 150 y 200 kilogramos por hectarea para ambos nutrientes, de conformidad a un diseño de cuadro doble. El diseño usado en el campo fue de bloques al azar con seis repeticiones. La parcela experimental constaba de seis surcos espaciados entre si 0.92 metros, equivalente a un area de 55.20 metros cuadrados. El terreno fue preparado en seco. el fertilizante fue depositado en el fondo del surco y luego tapado con tierra. La variedad de semilla usada es la Mennonite. La siembra se hizo en el mismo surco a distancias fijas de 0.20 metros entre puntos. El agua fue proporcionada segun la necesidad. El raleo se hizo 20 dias despues de la siembra ajustando la poblacion a 54,347 plantas por hectarea. La cosecha se realizo a los 85-88 dias despues de la siembra. Para analizar las diferencias entre tratamientos se uso analisis de varianza del diseño en bloques al azar y la optimizacion de los niveles de nitrogeno se realizo con el procedimiento de "Modelos rectilineos discontinuos". Se obtuvo respuesta del girasol a la aplicacion de nitrogeno. Fosforo no produjo ningun incremento en la cosecha, ni en ninguno de los caracteres estudiados. El rendimiento maximo estable de frutos fue de 2797.39 kilogramos por hectarea y se obtuvo con la aplicacion de 101.38 kilogramos por hectarea de nitrogeno. El grosor de tallo maximo estable fue de 15.72 milimetros y correspondio a la aplicacion de 82.29 kilogramos por hectarea de nitrogeno. El diametro de capitulo se estabilizo en 116.74 milimetros con la adicion de 89.84 kilogramos por hectarea de nitrogeno, con una densidad de poblacion de 54.347 plantas por hectarea. El peso de capitulo maximo estable fue de 71.81 gramos y se consiguio con un nivel de aplicacion de 102,90 kilogramos de nitrogeno. El acame aumento con los incrementos de nitrogeno, su nivel maximo estable fue de 31.82 por ciento de plantas acamadas, cuando se aplico al suelo la cantidad de 77.50 kilogramos por hectarea de nitrogeno. Se presento ataque se Sclerotium rolfsii saco despues de la floracion y no causo daños significativos a la cosecha, pero si incremento el acame de tallo. El porcentaje de plantas dañadas por Sclerotium se incremento cuando aumentaron los valores de nitrogeno. El nivel maximo estable fue de 35.95 por ciento de plantas dañadas, cuando la aplicacion de nitrogeno fue mayor de 80,86 kilogramos por hectarea de nitrogeno. La duracion del periodo de floracion no se modifico al usar nitrogeno y fosforo.

Síntese e caracterização de biodiesel obtido via catálises homogênea e heterogênea de óleo extraído de sementes de Helianthus annuus

O biodiesel é definido como um mono alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa derivado de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Sua importância esta associada ao uso como um combustível alternativo para motores do ciclo Diesel podendo ser utilizado puro ou em misturas com o diesel representando economia de petróleo e menor poluição ambiental. Em geral é obtido por meio da reação de transesterificação na qual os triacilgliceróis, principais constituintes dos óleos e gorduras reagem com álcool, em presença de um catalisador ácido ou básico, produzindo ésteres de ácidos graxos e glicerol. A transesterificação pode ser conduzida por catálise homogênea ou heterogênea. O grande desafio da indústria é otimizar o processo a fim de alcançar um produto e uma rota de produção tecnologicamente eficiente e ambientalmente correta. O objetivo desta pesquisa foi estudar a síntese do biodiesel utilizando o processo de transesterificação do óleo de girassol por catálises homogênea e heterogênea. Foram realizadas reações de transesterificação via rotas metílica e etílica, empregando como catalisador homogêneo alcóxido de potássio e como catalisador heterogêneo a resina comercial de troca iônica Amberlyst 26

向日葵（Helianthus annuus L.）种质资源的RAPD标记研究与应用

向日葵原产北美，通过人工培育，在不同生境上形成许多品种，具有丰富的遗传多态性，是一种集观赏植物、药用植物、油料作物于一体，经济价值很高的资源植物，产量高，具有较强的适应性。运用现代生物技术加强对向日葵种质资源的开发和保护，开展遗传多样性分析，加速新品种的选育，是当前向日葵研究工作的重点。随着现代生物技术的发展，从分子水平检测生物的遗传多态性已成为现实。本论文以向日葵生产中使用的基因型为实验材料，使用RAPD技术在向日葵种质资源遗传多态性分析以及向日葵杂交种种子纯度鉴定两方面进行了探讨。 采用RAPD 技术对我国21个向日葵基因型和11个国外的向葵基因型的遗传多态性进行分析。从80个10碱基随机引物中筛选出25个有效引物，在32个基因型中共扩增出188条DNA片段，其中164条带具有遗传多态性，约占总数的87.2%。使用NTSYS软件计算32个基因型间的Nei氏相似性系数，在此基础上通过非加权配对算术平均法（UPGMA）聚类，将32个向日葵基因型明显地聚成A、B两大类群。A类群包括21个国内向日葵基因型，并聚成了A1、A2二个亚类。B类群包括11个国外向日葵基因型，并划分为B1、B2两个亚类。根据聚类结果作出的遗传树谱图反映了所研究的向日葵基因型的亲缘关系。 在杂交种A15种子纯度鉴定中，从180个RAPD随机引物中扩增筛选出3个可将亲本和子代区分开的引物OPD09、OPD12和OPK12。OPD09产生亲本互补的特征带OPD09-1470bp、OPD09-870bp;OPD12产生母本特征带OPD12-1230bp，OPK12产生父本特征带OPK12-1540bp、OPK12-940bp，上述谱带均在子代中出现。以单引物（OPD09）和双引物（OPD12和OPK12）产生的这两组特征谱带作为分子标记分别对杂交油葵种子纯度进行鉴定得到了一致的结果，并与大田纯度检测结果基本符合。 实践表明，用RAPD对向日葵种质资源进行分析是可行的。

向日葵 (Helianthus annuus L.) 种质资源相关的基础研究

向日葵原产自北美,通过人工培育,形成了具有不同遗传多态性的品种,是一种集观赏、药用、食用、油用于一体，经济价值很高的资源植物。前人已经利用传统育种、辐射育种以及现代生物技术手段对向日葵种质资源的开发和保护进行了深入研究，这也加速了向日葵新品种的选育。随着离子注入等新型辐射方式的出现，离子注入对向日葵的诱变育种研究逐渐成为向日葵新品种选育的一个新增长点。另外，作为世界四大油料作物之一，向日葵种子老化问题一直存在于向日葵种质资源保存过程。向日葵种子作为向日葵的主要物质储存库，除了含有丰富的油、脂肪酸外，还含有丰富的维生素E资源。提高向日葵种子维生素E含量可以延长向日葵种子保存时间，也可以提高向日葵的经济价值。本文以向日葵种子为实验材料，分别用蛋白质组学的方法和生理方法对N+注入后向日葵种子、人工衰老向日葵种子以及向日葵种子成熟过程中维生素E代谢进行了初步分析。 对N+注入后向日葵种子蛋白质组变异研究发现，对照种子蛋白中的No.29特异蛋白与MADS盒转录因子HAM59有23.48%的匹配率;处理种子中的No.279特异蛋白与亮氨酸拉链蛋白的同源蛋白HAHB-4有23.20%的匹配率。说明离子注入能引起向日葵种胚蛋白质组水平上的变异，以期对离子注入的诱变机制进行初步探讨，为进一步探讨离子注入对于DNA及蛋白质的是否存在诱变热点提供一些初步的证据。 种子在高温和高含水量情况下曝露数天诱发的加速衰老比一般衰老引起更多的生化分解;另一方面，在长期贮存条件下的低温贮存环境和种子低含水量可能使种子处于玻璃态。种子胞质的极高粘度和低分子运动能够阻止或抑制很多有害过程。尽管种子衰老的生理机制已有大量研究，但衰老过程中的主要过程和相互作用仍未完全清楚。本文报道向日葵种子在较宽范围的含水量和温度条件下的脂过氧化、非酶蛋白糖基化对种子衰老的影响;同时，对种子玻璃态在长期贮存中对生化分解的阻滞作用并由此延长种子存活力也进行了探讨;与此同时我们借用蛋白质组学手段对加速老化的向日葵种子进行蛋白质组变异分析，结果发现随着老化程度的加深，出现部分蛋白含量随之增加，同时老化速率随之下降。通过质谱鉴定发现其中两个蛋白分别与resistance gene analog NBS4和 NBS5具有一定的同源性。因此我们推测，在加速老化过程中，亦可出现一些延缓老化的蛋白质，同时这些蛋白的出现是否标志着加速老化过程中也存在“玻璃态”有待于进一步的证实。 另外，我们以20份向日葵种质资源为实验材料，通过对维生素E含量、含油率、皮壳率以及百粒重的测定及统计分析，试图了解向日葵种质资源中维生素E含量变异及相关数据。结果表明，在20份向日葵种质资源中，油葵的维生素E含量和含油率明显高于食葵;含油率与维生素E含量在0.01水平呈极显著正相关，含油率与百粒重在0.05水平呈显著负相关;百粒重与皮壳率在0.01水平呈极显著负相关。通过初步评价，发现3份富含天然维生素E的向日葵种质。为了提高向日葵种子中维生素E含量，我们对向日葵胚胎发育过程中维生素E的积累以及短时高温对维生素E代谢的影响做了分析。我们发现，生育酚含量在开花后12到33天期间呈线性增长，并于33天后基本达到最大值，直至种子成熟。在上述生育酚增长期，我们将以每7天作为一个时间单位，对向日葵种胚发育过程进行高温处理。我们发现，高温对维生素E积累具有明显的刺激作用（以干重为基础）。但是由于在开花后12到19天之内高温处理会极大的影响干重的增加，因此当温度超过35℃时，生育酚总量还是大大下降的。然而，35℃的高温在向日葵开花后12到19天内并没有影响种胚的干重，而大大提高了单粒种子中的生育酚含量。因此，这些结果说明，我们可以调整播种时间提高向日葵中生育酚的含量，从而提高向日葵油的品质和向日葵种质的价值。

观赏向日葵（Helianthus annuus L.）花色及其花青素的研究

观赏向日葵作为一种新型花卉，具有巨大的市场开发潜力。而花色作为向日葵的重要观赏性状之一，对其的研究却比较少。本文从向日葵花色多样性、花色遗传规律、花色与虫媒传粉的关系及其对向日葵花色遗传的影响做了分析和讨论，利用英国皇家园艺学会比色卡和分光色差仪对向日葵的花色做了归类总结，并且利用高效液相色谱法对向日葵的花青苷成分做了分析研究。 本研究结果表明，彩色向日葵色系可以分为两大类，即黄色系和红色系，其中红色系向日葵的花色变异较小;而黄色系向日葵的花色变异较大，可以再细分为橙黄色和柠檬黄色两个亚类。利用高效液相色谱法测定了39份向日葵舌状花瓣中的花青苷大概有9种(A、B、C、D、E、F、G、H、I)，这9种花青苷并不是在所有39份样品中都出现，且红色系向日葵中花青苷的种类较多。花青苷G在红色系和黄色系向日葵中均被检出。对红色向日葵花瓣的花青苷提取液进行多级质谱分析发现，花青苷元类型主要是矢车菊苷元，其糖苷类型主要是和葡萄糖、鼠李糖和/或阿拉伯糖结合;而在纯黄色的向日葵中通过多级质谱分析未检测到这些花青苷，说明矢车菊类花青苷是红色向日葵舌状花红色形成的化学基础。

Avaliação de genótipos de girassol (helianthus annuus l.) em Campo Novo Do Parecis - MT.

RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo avaliar genótipos de girassol semeados em segunda safra no ano de 2014 em Campo Novo do Parecis ? MT, no campo experimental do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Mato Grosso. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com 16 tratamentos (16 genótipos) e quatro repetições. As parcelas experimentais foram constituídas de 4 linhas com 6,5 m de comprimento, com espaçamento entrelinhas de 0,45 m, contendo área de 11,7 m², totalizando uma área de 748m². Foi utilizada a população de 45000 plantas por hectare. Os dados foram submetidos à análise de variância e ao teste Scott-Knott, a 5% de probabilidade. Para a massa de mil aquênios, os genótipos que se destacaram foram BRS 323, MG 360 e M734 enquanto que as os mais produtivos foram os genótipos MG 360, AGUARÁ 06, MG 305, AGUARÁ 04, CF 101, SYN 045, GNZ NEON, HELIO 251 e SYN 3950HO. ABSTRACT: This study aimed to evaluate genotypes of sunflower seeded second harvest in the year 2014 in Campus Campo Novo do Parecis, in the experimental field of the Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Mato Grosso. The experimental design was a randomized block design with treatments 16 (16 genotypes) and four replications. The experimental plots consisted of four rows 6.5 m long with row spacing of 0.45 m, containing area of 11.7 m², totaling an area of 748 m². The population of 45000 plants per hectare is used. Data were subjected to analysis of variance and the Scott - Knott test at 5 % probability. For the mass of thousand achenes, genotypes that stood out were BRS 323, MG 360 and M734 while the most productive genotypes were the MG 360, AGUARÁ 06, MG 305, AGUARÁ 04, CF 101, SYN 045, GNZ NEON, HELIO 251 and SYN 3950HO.

Efectos del ambiente térmico explorado durante la etapa de llenado y almacenaje sobre el nivel de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus L.)

A pesar de que la frecuente presencia de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus) suele dificultar las tareas de procesamiento y utilización de los mismos como semilla, existe escasa información en relación a la regulación ambiental de la dormición en frutos de esta especie. Entre los factores ambientales que actúan como reguladores de la dormición, la temperatura ha sido identificada como uno de los principales. En este contexto, el presente trabajo tuvo por objetico principal estudiar el efecto del ambiente térmico durante las etapas de llenado y almacenaje post cosecha sobre el nivel de dormición en frutos de girasol. Como objetivos secundarios, se evaluó el efecto de 1) las estructuras del fruto (embrión y cubiertas), 2) la sensibilidad de los frutos al ácido abscísico (ABA), giberelinas (GAs) y etilieno y 3) los cambios en el contenido endógeno de ABA sobre la determinación del nivel de dormición y su relación con el ambiente térmico explorado por los frutos en ambas etapas. Mayores temperaturas durante el llenado determinaron mayores niveles de dormición a cosecha, que se asociaron a una mayor dormición impuesta por cubiertas y una mayor sensibilidad al ABA de los frutos. Mayores temperaturas durante el almacenaje post cosecha (25 grados C) determinaron mayores tasas de salida de la dormición, que se asociaron a una menor dormición embrionaria, una menor sensibilidad al ABA, un menor contenido de endógeno ABA antes y durante la incubación y una mayor sensibilidad a GAs de los frutos, sin diferencias en la sensibilidad a etileno. Los resultados obtenidos representan un aporte significativo para el diseño de estrategias de manejo, como fechas de siembra y condiciones de almacenaje que permitan disminuir los niveles de dormición en frutos de girasol. A su vez, la exploración de las bases fisiológicas de las respuestas observadas resulta relevante para la comprensión de los mecanismos que regulan la dormición de esta especie.

Efectos del ambiente térmico explorado durante la etapa de llenado y almacenaje sobre el nivel de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus L.)

A pesar de que la frecuente presencia de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus)suele dificultar las tareas de procesamiento y utilización de los mismos como semilla, existe escasa información en relación a la regulación ambiental de la dormición en frutos de esta especie. Entre los factores ambientales que actúan como reguladores de la dormición, la temperatura ha sido identificada como uno de los principales. En este contexto, el presente trabajo tuvo por objetico principal estudiar el efecto del ambiente térmico durante las etapas de llenado y almacenaje post cosecha sobre el nivel de dormición en frutos de girasol. Como objetivos secundarios, se evaluó el efecto de 1)las estructuras del fruto (embrión y cubiertas), 2)la sensibilidad de los frutos al ácido abscísico (ABA), giberelinas (GAs)y etilieno y 3)los cambios en el contenido endógeno de ABA sobre la determinación del nivel de dormición y su relación con el ambiente térmico explorado por los frutos en ambas etapas. Mayores temperaturas durante el llenado determinaron mayores niveles de dormición a cosecha, que se asociaron a una mayor dormición impuesta por cubiertas y una mayor sensibilidad al ABA de los frutos. Mayores temperaturas durante el almacenaje post cosecha (25 grados C)determinaron mayores tasas de salida de la dormición, que se asociaron a una menor dormición embrionaria, una menor sensibilidad al ABA, un menor contenido de endógeno ABA antes y durante la incubación y una mayor sensibilidad a GAs de los frutos, sin diferencias en la sensibilidad a etileno. Los resultados obtenidos representan un aporte significativo para el diseño de estrategias de manejo, como fechas de siembra y condiciones de almacenaje que permitan disminuir los niveles de dormición en frutos de girasol. A su vez, la exploración de las bases fisiológicas de las respuestas observadas resulta relevante para la comprensión de los mecanismos que regulan la dormición de esta especie.

Dinámica de la acumulación de lípidos en girasoles (Helianthus annuus L.) con diferentes rendimientos de aceite

p.119-122