Über den Ullucus tuberosus Lozano, franz. l'Ulloco

Von Dr. W. Godoffsky

Teores de carboidratos, proteínas e aminoácidos livres durante o desenvolvimento de raízes tuberosas do feijão macuco (Pachyrrhizus tuberosus (Lam.) Spreng.), em área de várzea, Amazonas, Brasil

Entre as espécies que produzem tubérculos amiláceos nas condições tropicais, encontra-se Pachyrrhizus tuberosus, leguminosa conhecida popularmente como feijão macuco ou jacatupé. Propôs-se estudar alguns aspectos fisiológicos do desenvolvimento dessa espécie em uma area de várzea. Foi estudado o comportamento de três introduções (2.2, 1.2 e 1.1.6) da coleção do programa de melhoramento de hortaliças do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA (definidas como 1, 2 e 3), submetidas a duas formas de manejo: com e sem tutoramento das plantas e com e sem poda das inflorescências. A poda das inflorescências resultou em um aumento nos teores de xilose, glicose, açúcares redutores, proteínas e aminoácidos ao longo do desenvolvimento. Foram observadas variações nos teores de xilose, açúcares redutores e proteínas entre as introduções estudadas. O teor de amido nas raízes tuberosas não mostrou variação ao longo do desenvolvimento, em nenhum dos tratamentos estudados.

Effects of tubers of the Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) and potatoes (Solanum tuberosum) on the intestinal microbiota of pigs and evaluation of a procedure for quantification of microbial mass in pig faeces

Die Mikrobiota im Gastrointestinaltrakt (GIT) spielt eine bedeutende Rolle beim Fermentationsprozess im Bezug auf die Nährstoffversorgung sowie die Gesundheit des Darms und des gesamten Organismus. Inulin und resistente Stärke (RS) konnten als präbiotisch wirksame Substanzen identifiziert werden und sind jeweils auch in den Knollen der Topinamburpflanze (Helianthus tuberosus) und in Kartoffeln (Solanum tuberosum) enthalten. Da sie ebenfalls energiereiche Futtermittel für Schweine sind, war es das Ziel der ersten beiden Studien, die Auswirkungen der Aufnahme von Topinamburknollen und Kartoffeln auf die intestinale Mikrobiota und Parameter des Immunsystems bei Endmastschweinen zu bestimmen. In der dritten Studie wurde die mikrobielle Biomasse quantitativ mit einem Verfahren zur Isolation von Bakterien in einer Flüssigkeit durch Hochgeschwindigkeits-Zentrifugation erfasst und der bakteriell gebundene Stickstoff (MP-N) mit dem bakteriellen und endogenem Kotstickstoff (BEDN) verglichen. Im ersten Versuch wurden 72 Endmastschweine in einem Freilandhaltungssystem in eine Kontroll- (CT), die mit Kraftfutter entsprechend des Bedarfs der Tiere für ein Leistungsniveau von 700 g täglichem Lebendmassezuwachs versorgt wurde, und eine Versuchsvariante (ET) aufgeteilt. In der Versuchsvariante erhielten die Tiere nur 70% der Kraftfuttermenge der Kontrollvariante, hatten aber Zugang zu einer abgeteilten Fläche, auf der Topinamburknollen angebaut waren. Die freie Aufnahme von Topinamburknollen wurde auf 1•24 kg Trockenmasse (TM)/Tag bestimmt, entsprechend einer Inulinaufnahme von durchschnittlich 800 g/Tag. Während sich die Wachstumsleistung in der Kontrollvariante auf 0•642 ± 0•014 kg/Tag belief, war sie in der Versuchsvariante mit 0•765 ± 0•015 kg/Tag (P=0•000) höher. Die freie Verfügbarkeit von Inulin und Fructo-oligosacchariden (FOS) im GIT der Schweine erhöhte die Keimzahlen der anaeroben Bakterien (P=0•000), Laktobazillen (P=0•046) und Hefen (P=0•000) signifikant und verringerte das Vorkommen von Clostridium perfringens im Schweinekot erheblich von lg 5•24 ± 0•17 kolonie-bildende Einheiten pro g Frischmasse (KbE/ g FM) in der Kontrollvariante auf lg 0•96 ± 0•20 KbE/ g FM in der Versuchsvariante (P=0•000). C-reaktives Protein (CRP) und Antikörper gegen Lipopolysaccharide (LPS) von Escherichia coli J5 ließen keine Unterschiede zwischen den Fütterungsvarianten erkennen. In der zweiten Untersuchung wurden 58 Endmastschweine einer Kontrollvariante (CT), die bedarfsgerecht mit einer Kraftfuttermischung für ein Leistungsniveau von 700 g Tageszunahmen gefüttert wurde, und zwei Versuchsvarianten zugeteilt. Die Versuchsvarianten erhielten eine Menge von 1•2 kg TM gedämpften Kartoffeln (potato treatment, PT) oder gedämpften und einsilierten Kartoffeln (silage treatment, ST) pro Tag und nur 46% bzw. 43% der Menge des Kraftfutters der Kontrollvariante. Die Wachstumsleistung und Schlachtkörperzusammensetzung ließen keine signifikanten Unterschiede zwischen den Varianten erkennen. Im PT und ST waren gegenüber dem CT im Kot der pH-Wert sowie die Gehalte von TM, Neutral-Detergenz-Faser (NDF), unverdautem Futterstickstoff (UDN) und teilweise von Säure-Detergenz-Faser (ADF) signifikant niedriger (P=0•000) und die von Ammonium (NH4) und Ammoniumstickstoff (NH4-N) signifikant höher (P=0•000). Das hohe Angebot von hitzebehandelten Kartoffeln führte zu einer erheblichen Verringerung von E. coli (P=0•000), C. perfringens (P=0•000) und Immunoglobulin A gegen LPS von E. coli J5 (P=0•001). Darüber hinaus waren in der ersten Versuchsperiode im ST die aeroben und anaeroben Gesamtkeimzahlen sowie die Laktobazillen und Hefen gegenüber dem PT signifikant erhöht. Die Unterschiede in der Mikrobiota zwischen der Kontroll- und Versuchsvarianten weisen auf die positiven Auswirkungen von Topinamburknollen und hitzebehandelten Kartoffeln auf die Mikrobiota im hinteren Darmabschnitt hin. Das Ziel der dritten Untersuchung war die Modifizierung des Verfahrens zur Isolation von Bakterien in einer Flüssigkeit mittels verschiedener Zentrifugationsschritte, um ein mikrobielles Pellet (MP) zu erhalten, welches die quantitative Abtrennung und Erfassung der Bakterien in Schweinekot ermöglicht. Zusätzlich wurde der BEDN Anteil sowie die Gehalte der Aminozucker Galactosamin, Glucosamin, Mannosamin und Muraminsäure im Kot und im MP bestimmt. Die untersuchten Kotproben stammten von Schweinen eines Phosphor (P) Stoffwechselversuch. Zehn männlich-kastrierte Schweine mit einem durchschnittlichen Lebendgewicht von 51•1 ± 8•5 kg wurden einzeln in Stoffwechselkäfigen gehalten. Die Tiere wurden fünf Fütterungsvarianten zugeteilt, die dem Bedarf der Tiere für ein Leistungsniveau von 700 g Tageszunahmen entsprachen, in den Rationen 2 bis 5 jedoch eine P-Gehalt unter dem Tagesbedarf der Tiere aufwiesen und in den Rationen 3 bis 5 mit abgestuften Gehalten von 50, 100 sowie 200 mg/kg einer experimentellen Phytase ergänz waren. Die Absenkung des P Gehaltes im Futter verringerte den Asche- (P=0•024) und Trockenmassegehalt im Kot (P=0•017) sowie die P Konzentration im MP (P=0•000) signifikant. Die mikrobielle Biomasse im Kot wurde durch die Wiegung des MP auf durchschnittlich 467 g/kg TM bestimmt. Der Stickstoffgehalt im Kot betrug im Mittel 46•1 g/kg TM und der in die Bakterienmasse eingebaute Stickstoffanteil 27•1 g/kg TM bzw. 58% vom Gesamtstickstoffgehalt im Kot. Die BEDN Fraktion wurde auf 73% am Kotstickstoff bestimmt. Der P-Gehalt im Kot sowie der N Gehalt im MP mit durchschnittlichen 10•4 und 57•9 g/kg TM lagen im Bereich von Literaturangaben. Die P Gehalte im MP schwankten in Abhängigkeit von der Zugabe von Phytase signifikant (P=0•000) von 1•8 bis 4•8 g/kg TM. Die Aminozucker wiesen keine signifikanten unterschiede zwischen Fütterungsvarianten auf und lagen im Bereich von Werten von Rinderkot. Ergebnisse weisen darauf hin, dass die angewandte Methode zur direkten Quantifizierung der mikrobiellen Biomasse geeignet ist.

Cereus (Echinocereus) tuberosus

von G. A. Lindberg

Über Ullucus

Von C. A. Meyer

Caracterización de germoplasma de topinambur (Helianthus tuberosus L.) por aptitud agronómica e industrial

El topinambur pertenece a la familia de las Asteráceas, es una especie originaria de América del Norte, de la que fundamentalmente se aprovechan sus tubérculos; tiene gran potencial como alimento, materia prima para productos industriales y producción de biocombustibles. En Argentina no hay cultivares de topinambur registrados. Sin embargo hay documentación y testimonios del ingreso de distintas variedades al país a principios del siglo XX. El objetivo de esta tesis fue caracterizar el germoplasma de topinambur que se cultiva, a pequeña escala, en distintas regiones de la Argentina. Se formó una colección de trabajo con introducciones provenientes de 5 provincias del país (Río Negro, Chubut, Buenos Aires, Mendoza y Córdoba), y se condujeron ensayos experimentales en dos ambientes de la provincia de Mendoza. Se evaluaron caracteres morfológicos (altura de plantas, dimensiones y ángulo de inserción de hojas, tamaño de tubérculos), fenológicos (emergencia, inicio, fin y duración de floración, senescencia del cultivo) y rendimiento. Se detectaron diferencias morfológicas que permitieron agrupar a las introducciones en dos grupos, correspondiendo uno a introducciones de tubérculos rojos y el otro a introducciones de tubérculos blancos. Se valoró la aptitud hortícola de las introducciones mediante evaluación sensorial; se realizó una prueba de preferencia y percepción de distintos aspectos de la hortaliza (color, olor, sabor y textura), consumida cruda. El nivel de aceptación general de la hortaliza fue bueno. Se evaluó el potencial industrial (obtención de inulina y producción de etanol). Se determinó por HPLC el contenido de inulina de cada introducción, que varió de 18.07 a 22.95 % y se estimó el potencial para producir etanol a partir de los hidratos de carbono fermentables de los tubérculos, que llegó a 4.934 litros por ha, aunque sin diferencias entre introducciones.

Potencial de obtención de bioetanol a partir de topinambur (Helianthus tuberosus L.) regado con aguas residuales urbanas

Helianthus tuberosus L. presenta potencial para producir etanol, sustituto de la nafta, y que deberá incorporarse a la misma en un 5% a partir del 2010 en Argentina. Hay antecedentes que señalan que a partir de 50 toneladas de tubérculos pueden obtenerse 4500 l de etanol. En este trabajo se comparó el rendimiento de dos variedades de topinambur regado con agua residual urbana o cloacal (AC) y agua subterránea (AS). El ensayo se realizó en la planta de tratamiento de agua cloacal de Obras Sanitarias Mendoza en el Departamento Tunuyán (33°32’89’’ S y 69°00’80’’ O), Mendoza, Argentina. El potencial para producir bioetanol se estimó a partir de la cantidad de hidratos de carbono fermentables en los tubérculos. El rendimiento de tubérculos presentó diferencias entre los tratamientos de riego, siendo de 177750 kg/ha en AC y de 144000 kg/ha en AS. La estimación del potencial para producir etanol generó un valor de 15000 l de alcohol en las parcelas regadas con AC y 13000 l en las regadas con AS. Para obtener 1 l de alcohol a partir de los tubérculos serían necesarios alrededor de 11 kg, relacionado con un valor de sólidos solubles de 16% en los mismos.

Efecto de la densidad de plantación sobre el rendimiento de topinambur (Helianthus tuberosus L.) regado con aguas residuales urbanas

Helianthus tuberosus L. produce tubérculos ricos en hidratos de carbono fermentables que pueden ser usados para producir etanol. Para el destino energético el cultivo puede ser regado con aguas residuales urbanas. La densidad poblacional en un cultivo de topinambur afecta los parámetros de crecimiento y rendimiento. Se evaluó el efecto de la densidad de plantación sobre el rendimiento de tubérculos. Se compararon 6 tratamientos de densidad, combinando 2 espaciamientos entre hileras (0,70 y 0,80 m) y 3 espaciamientos entre plantas en la hilera (0,30; 0,40 y 0,50 m), generando stands desde las 25.000 a 47.600 plantas/ha. Se presentaron los mayores rendimientos con distancias entre plantas en la hilera de 0,30 ó 0,40 m; no se presentaron diferencias en respuesta a la distancia entre hileras. Los componentes del rendimiento (rendimiento de tubérculos por planta, número de tubérculos por planta y tamaño medio de los tubérculos) respondieron a cambios en la densidad generados por la distancias entre plantas y fueron indiferentes a la variación de distancia entre hileras. La altura de las plantas, el número de tallos principales, el porcentaje de MS y de SS en los tubérculos no se modificaron ante variaciones de densidad.

Efecto del momento de cosecha sobre la calidad hortícola del topinambur (Helianthus tuberosus L.) conservado en cámara frigorífica

El interés por el cultivo de Topinambur (Helianthus tuberosus L.) es creciente a nivel mundial. Como toda hortaliza que se lleva al mercado, o se utiliza como materia prima para la industria, debe estar disponible a lo largo de todo el año. Por esto es importante desarrollar sistemas de almacenamiento que permitan conservar la calidad del producto el mayor tiempo posible. Existen muy pocos antecedentes sobre la conservación poscosecha de tubérculos de topinambur y las variaciones de calidad, que sufre el producto. A través del trabajo de tesis se buscó generar antecedentes sobre los efectos de la fecha de cosecha y la variedad de topinambur sobre las diferentes variables de calidad; la evolución de cada tratamiento conservado en cámara frigorífica y el efecto del lugar/condiciones (cámara frigorífica – campo) y tiempo de conservación sobre la calidad de los tubérculos. Se utilizaron dos variedades de topinambur (tubérculos rojos y blancos). Las variables respuesta ensayadas para definir atributos de calidad fueron: materia seca, sólidos solubles, firmeza, índice de color de piel y de pulpa, presencia de brotes, desarrollo de Penicillium y evolución del peso fresco. Se detectó que el período de cosecha, para garantizar la calidad de los tubérculos y buena evolución en cámara frigorífica durante todo el año, no debería extenderse más allá de los 49 días desde la ocurrencia de la primera helada para la zona de estudio, no observándose diferencias entre variedades. Para consumo en fresco se puede cosechar hasta el 98 días luego de la primera helada, pero estos tubérculos no se conservan correctamente en cámara frigorífica.

Utilización del cultivo plurianual de pataca (Helianthus tuberosus L.) para la producción de hidratos de carbono fermentables a partir de los tallos

La pataca (Helianthus tuberosus L.) es una especie de cultivo con un alto potencial en la producción de hidratos de carbono de reserva en forma de polifructanos, especialmente inulina, que se acumulan temporalmente en los tallos en forma de polisacáridos para translocarse posteriormente a los tubérculos, donde son almacenados. Aunque tradicionalmente el producto de interés del cultivo son los tubérculos, que acumulan gran cantidad de hidratos de carbono fermentables (HCF) cuando se recogen al final del ciclo de desarrollo, en este trabajo se pretende evaluar el potencial de la pataca como productor de HCF a partir de los tallos cosechados en el momento de máximo contenido en HCF, mediante un sistema de cultivo plurianual. Se han realizado los siguientes estudios: i) Determinación del momento óptimo de cosecha en ensayos con 12 clones ii) Potencial del cultivo plurianual de la pataca en términos de producción anual de biomasa aérea y de HCF en cosechas sucesivas, iii) Ensayos de conservación de la biomasa aérea, iv) Estimación de los costes de las dos modalidades de cultivo de pataca para producción de HCF y v) Estimación de la sostenibilidad energética de la producción de bioetanol mediante la utilización de los subproductos. Para la determinación del momento óptimo de la cosecha de la biomasa aérea se ensayaron 12 clones de diferente precocidad en Madrid; 4 tempranos (Huertos de Moya, C-17, Columbia y D-19) y 8 tardíos (Boniches, China, K-8, Salmantina, Nahodka, C-13, INIA y Violeta de Rennes). El máximo contenido en HCF tuvo lugar en el estado fenológico de botón floral-flor que además coincidió con la máxima producción de biomasa aérea. De acuerdo con los resultados obtenidos, la cosecha de los clones tempranos se debería realizar en el mes de julio y en los clones tardíos en septiembre, siendo éstos últimos más productivos. La producción media más representativa entre los 12 clones, obtenida en el estado fenológico de botón floral fue de 23,40 t ms/ha (clon INIA), con un contenido medio en HCF de 30,30 % lo que supondría una producción potencial media de 7,06 t HCF/ha. La producción máxima en HCF se obtuvo en el clon Boniches con 7,61 t/ha y 22,81 t ms/ha de biomasa aérea. En el sistema de cultivo plurianual la cantidad de tallos por unidad de superficie aumenta cada año debido a la cantidad de tubérculos que van quedando en el terreno, sobre todo a partir del 3er año, lo que produce la disminución del peso unitario de los tallos, con el consiguiente riesgo de encamado. El aclareo de los tallos nacidos a principios de primavera mediante herbicidas tipo Glifosato o mediante una labor de rotocultor rebaja la densidad final de tallos y mejora los rendimientos del cultivo. En las experiencias de conservación de la biomasa aérea se obtuvo una buena conservación por un período de 6 meses de los HCF contenidos en los tallos secos empacados y almacenados bajo cubierta. Considerando que el rendimiento práctico de la fermentación alcohólica es de 0,5 l de etanol por cada kg de azúcar, la producción potencial de etanol para una cosecha de tallos de 7,06 t de HCF/ha sería de 3.530 l/ha. El bagazo producido en la extracción de los HCF de la biomasa aérea supondría 11,91 t/ha lo que utilizado para fines térmicos supone más de 3 veces la energía primaria requerida en el proceso de producción de etanol, considerando un poder calorífico inferior de 3.832,6 kcal/kg. Para una producción de HCF a partir de la biomasa aérea de 7,06 t/ha y en tubérculos al final del ciclo de 12,11 t/ha, los costes de producción estimados para cada uno de ellos fueron de 184,69 €/t para los HCF procedentes de la biomasa aérea y 311,30 €/t para los de tubérculos. Como resultado de este trabajo se puede concluir que la producción de HCF a partir de la biomasa aérea de pataca en cultivo plurianual, es viable desde un punto de vista técnico, con reducción de los costes de producción respecto al sistema tradicional de cosecha de tubérculos. Entre las ventajas técnicas de esta modalidad de cultivo, cabe destacar: la reducción de operaciones de cultivo, la facilidad y menor coste de la cosecha, y la posibilidad de conservación de los HCF en la biomasa cosechada sin mermas durante varios meses. Estas ventajas, compensan con creces el menor rendimiento por unidad de superficie que se obtiene con este sistema de cultivo frente al de cosecha de los tubérculos. Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) (JA) is a crop with a high potential for the production of carbohydrates in the form of polyfructans, especially inulin, which are temporarily accumulated in the stems in the form of polysaccharides. Subsequently they are translocated to the tubers, where they are finally accumulated. In this work the potential of Jerusalem artichoke for fermentable carbohydrates from stems that are harvested at their peak of carbohydrates accumulation is assessed as compared to the traditional cultivation system that aims at the production of tubers harvested at the end of the growth cycle. Tubers are storage organs of polyfructans, namely fermentable carbohydrates. Studies addressed in this work were: i) Determination of the optimum period of time for stem harvesting as a function of clone precocity in a 12-clone field experiment; ii) Study of the potential of JA poly-annual crop regarding the annual yield of aerial biomass and fermentable carbohydrates (HCF) over the years; iii) Tests of storage of the aerial biomass, iv) Comparative analysis of the two JA cultivation systems for HCF production: the poly-annual system for aerial biomass harvesting versus the annual cultivation system for tubers and v) Estimation of the energy sustainability of the bioethanol production by using by-products of the production chain. In order to determine the best period of time for aerial biomass harvesting twelve JA clones of different precocity were tested in Madrid: four early clones (Huertos de Moya, C-17, Columbia and D-19) and eight late clones (Boniches, China, K-8 , Salmantina, Nahodka, C-13, INIA and Violeta de Rennes). Best time was between the phenological stages of floral buds (closed capitula) and blossom (opened capitula), period in which the peak of biomass production coincides with the peak of HCF accumulation in the stems. According to the results, the early clones should be harvested in July and the late ones in September, being the late clones more productive. The clone named INIA was the one that exhibited more steady yields in biomass over the 12 clones experimented. The average potential biomass production of this clone was 23.40 t dm/ha when harvested at the floral buds phenological stage; mean HCF content is 30.30%, representing 7.06 t HCF/ha yield. However, the highest HCF production was obtained for the clone Boniches, 7.61 t HCF/ha from a production of 22.81 t aerial biomass/ha. In the poly-annual cultivation system the number of stems per unit area increases over the years due to the increase in the number of tubers that are left under ground; this effect is particularly important after the 3rd year of the poly-annual crop and results in a decrease of the stems unit weight and a risk of lodging. Thinning of JA shoots in early spring, by means of an herbicide treatment based on glyphosate or by means of one pass with a rotary tiller, results in a decrease of the crop stem density and in higher crop yields. Tests of biomass storing showed that the method of keeping dried stems packed and stored under cover results in a good preservation of HCF for a period of six months at least. Assuming that the fermentation yield is 0.5 L ethanol per kg sugars and a HCF stem production of 7.06 t HCF/ha, the potential for bioethanol is estimated at 3530 L/ha. The use of bagasse -by-product of the process of HCF extraction from the JA stems- for thermal purposes would represent over 3 times the primary energy required for the industrial ethanol production process, assuming 11.91 t/ha bagasse and 3832.6 kcal/kg heating value. HCF production costs of 7.06 t HCF/ha yield from aerial biomass and HCF production costs of 12.11 t HCF/ha from tubers were estimated at 184.69 €/t HCF and 311.30 €/t HCF, respectively. It can be concluded that the production of HCF from JA stems, following a poly-annual cultivation system, can be feasible from a technical standpoint and lead to lower production costs as compared to the traditional annual cultivation system for the production of HCF from tubers. Among the technical advantages of the poly-annual cultivation system it is worth mentioning the reduction in crop operations, the ease and efficiency of harvesting operations and the possibility of HCF preservation without incurring in HCF losses during the storage period, which can last several months. These advantages might compensate the lower yield of HCF per unit area that is obtained in the poly-annual crop system, which aims at stems harvesting, versus the annual one, which involves tubers harvesting.

Localización óptima de una planta de bioetanol a partir de tubérculos de pataca (Helianthus tuberosus l.) en la Cuenca del Duero

El objetivo del presente trabajo es determinar la localización óptima de una planta de producción de 30.000 m3/año de bioetanol a partir de tubérculos de pataca (Helianthus tuberosus L.) cultivada en regadío, en tierras de barbecho de la Cuenca Hidrográfica del Duero (CH Duero). Inicialmente se elaboró, a partir de datos bibliográficos, un modelo de producción de pataca en base a una ecuación de regresión que relaciona datos experimentales de rendimientos de variedades tardías con variables agroclimáticas. Así se obtuvo una función de producción basada en la cantidad de agua disponible (precipitación efectiva + dosis de riego) y en la radiación global acumulada en el periodo brotación‐senescencia del cultivo. A continuación se estima la superficie potencial de cultivo de pataca en la CH Duero a partir de la superficie arable en regadío cartografiada por el Sistema de Ocupación del Suelo (SIOSE), a la cual se le aplican, en base a los requerimientos del cultivo, unas restricciones climáticas, edafológicas, topográficas y logísticas mediante el uso de Sistemas de Información Geográfica (SIG). La proporción de superficie de regadío restringida se cuantifica a escala municipal con el fin de calcular la superficie de barbecho en regadío apta para el cultivo de pataca. A partir de las bases de datos georreferenciadas de precipitación, radiación global, y la dotación de agua para el riego de cultivos no específicos establecida en el Plan Hidrológico de la Cuenca del Duero a escala comarcal, se estimó la producción potencial de tubérculos de pataca sobre la superficie de barbecho de regadío según el modelo de producción elaborado. Así, en las 53.360 ha de barbecho en regadío aptas para el cultivo de pataca se podrían producir 3,8 Mt de tubérculos al año (80 % de humedad) (761.156 t ms/año) de los que se podría obtener 304.462 m3/año de bioetanol, considerando un rendimiento en la transformación de 12,5 kg mf/l de etanol. Se estiman los costes de las labores de cultivo de pataca así como los costes de la logística de suministro a una planta de transformación considerando una distancia media de transporte de 25 km, en base a las hojas de cálculo de utilización de aperos y maquinaria agrícola oficiales del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente (MAGRAMA). Considerando el balance de costes asociados a la producción de bioetanol (costes de transformación, distribución y transporte del producto, costes estructurales de la planta, ahorro de costes por la utilización de las vinazas generadas en el proceso como fertilizante y un beneficio industrial), se ha estimado que el coste de producción de bioetanol a partir de tubérculos de pataca asciende a 61,03 c€/l. Se calculan los beneficios fiscales para el Estado por el cultivo de 5.522 ha de pataca que suministren la materia prima necesaria para una planta de bioetanol de 30.000 m3/año, en concepto de cotizaciones a la Seguridad Social de los trabajadores, impuestos sobre el valor añadido de los productos consumidos, impuesto sobre sociedades y ahorro de las prestaciones por desempleo. Se obtuvieron unos beneficios fiscales de 10,25 c€ por litro de bioetanol producido. El coste de producción de bioetanol depende del rendimiento de tubérculos por hectárea y de la distancia de transporte desde las zonas de producción de la materia prima hasta la planta. Se calculó la distancia máxima de transporte para que el precio de coste del bioetanol producido sea competitivo con el precio de mercado del bioetanol. Como resultado se determinó que el precio del bioetanol (incluido un beneficio industrial del 15%) de la planta sería igual o inferior al precio de venta en el mercado (66,35 c€/l) con una distancia máxima de transporte de 25 km y un rendimiento mínimo del cultivo de 60,1 t mf/ha. Una vez conocido el área de influencia de la planta según la distancia de transporte máxima, se determinó la localización óptima de la planta de producción de bioetanol mediante un proceso de ubicación‐asignación realizado con SIG. Para ello se analizan los puntos candidatos a la ubicación de la planta según el cumplimiento de unos requerimientos técnicos establecidos (distancia a fuentes de suministro eléctrico y de recursos hídricos, distancia a estaciones de ferrocarril, distancia a núcleos urbanos y existencia de Espacios Naturales Protegidos) que minimizan la distancia de transporte maximizando la cantidad de biomasa disponible según la producción potencial estimada anteriormente. Por último, la superficie destinada al cultivo de pataca en el área de influencia de la planta se determina en base a un patrón de distribución del cultivo alrededor de una agroindustria. Dicho patrón se ha obtenido a partir del análisis del grado de ocupación del cultivo de la remolacha en función de la distancia de transporte a la planta azucarera de Miranda de Ebro (Burgos). El patrón resultante muestra que la relación entre el grado de ocupación del suelo por el cultivo y la distancia de transporte a la planta siguen una ecuación logística. La localización óptima que se ha obtenido mediante la metodología descrita se ubica en el municipio leonés de El Burgo Ranero, donde la producción potencial de tubérculos de pataca en la superficie de barbecho situada en un radio de acción de 25 km es de 375.665 t mf/año, superando las 375.000 t mf requeridas anualmente por la planta de bioetanol. ABSTRACT Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) is a harsh crop with a high potential for biomass production. Its main use is related to bioethanol production from the carbohydrates, inulin mainly, accumulated in its tubers at the end of the crop cycle. The aerial biomass could be used as solid biofuel to provide energy to the bioethanol production process. Therefore, Jerusalem artichoke is a promising crop as feedstock for biofuel production in order to achieve the biofuels consumption objectives established by the Government of Spain (PER 2011‐2020 and RDL 4/2013) and the European Union (Directive 2009/28/EC). This work aims at the determination of the optimal location for a 30,000 m3/year bioethanol production plant from Jerusalem artichoke tubers in the Duero river basin. With this purpose, a crop production model was developed by means of a regression equation that relates experimental yield data of late Jerusalem artichoke varieties with pedo‐climatic parameters from a bibliographic data matrix. The resulting crop production model was based on the crop water availability (including effective rainfall and irrigation water supplied) and on global radiation accumulated in the crop emergence‐senescence period. The crop potential cultivation area for Jerusalem artichoke in the Duero basin was estimated using the georeferenced irrigated arable land from the “Sistema de Ocupación del Suelo” (SIOSE) of Spain. Climatic, soil, slope and logistic restrictions were considered by means of Geographic Information Systems (GIS). The limited potential growing area was then applied to a municipality scale in order to calculate the amount of fallow land suitable for Jerusalem artichoke production. Rainfall and global radiation georeferenced layers as well as data of irrigation water supply for crop production (established within the Duero Hydrologic Plan) were use to estimate the potential production of Jerusalem artichoke tubers in the suitable fallow land according to the crop production model. As a result of this estimation, there are 53,360 ha of fallow land suitable for Jerusalem artichoke production in the Duero basin, where 3.8 M t fm/year could be produced. Considering a bioethanol processing yield of 12.5 kg mf per liter of bioethanol, the above mentioned tuber potential production could be processed in 304,462 m3/year of bioethanol. The Jerusalem crop production costs and the logistic supply costs (considering an average transport distance of 25 km) were estimated according to official agricultural machinery cost calculation sheets of the Minister of Agriculture of Spain (MAGRAMA). The bioethanol production cost from Jerusalem artichoke tubers was calculated considering bioethanol processing, transport and structural costs, industrial profits as well as plant cost savings from the use of vinasses as fertilizer. The resulting bioetanol production cost from Jerusalem artichoke tubers was 61.03 c€/l. Additionally, revenues for the state coffers regarding Social Security contributions, added value taxes of consumed raw materials, corporation tax and unemployment benefit savings due to the cultivation of 5,522 ha of Jerusalem artichoke for the 30.000 m3/year bioethanol plant supply were calculated. The calculated revenues amounted to 10.25 c€/l. Bioethanol production cost and consequently the bioethanol plant economic viability are strongly related to the crop yield as well as to road transport distance from feedstock production areas to the processing plant. The previously estimated bioethanol production cost was compared to the bioethanol market price in order to determine the maximum supply transport distance and the minimum crop yield to reach the bioethanol plant economic viability. The results showed that the proposed plant would be economically viable at a maximum transport distance of 25 km and at a crop yield not less than 60.1 t fm/ha. By means of a GIS location‐allocation analysis, the optimal bioethanol plant location was determined. Suitable candidates were detected according to several plant technical requirements (distance to power and water supply sources, distance to freight station, and distance to urban areas and to Natural Protected Areas). The optimal bioethanol plant location must minimize the supply transport distance whereas it maximizes the amount of available biomass according to the previously estimated biomass potential production. Lastly, the agricultural area around the bioethanol plant finally dedicated to Jerusalem artichoke cultivation was planned according to a crop distribution model. The crop distribution model was established from the analysis of the relation between the sugar beet (Beta vulgaris L.) cropping area and the road transport distance from the sugar processing plant of Miranda de Ebro (Burgos, North of Spain). The optimal location was situated in the municipality of ‘El Burgo Ranero’ in the province of León. The potential production of Jerusalem artichoke tubers in the fallow land within 25 km distance from the plant location was 375,665 t fm/year, which exceeds the amount of biomass yearly required by the bioethanol plant.

Stratégies reproductives et sex-ratio chez le termite Cavitermes tuberosus (Emerson, 1925) -- Biologie des Organismes et Ecologie

Recently shown in some termites, Asexual Queen Succession (AQS) is a reproductive strategy in which the primary queen is replaced by numerous parthenogenetically-produced neotenic queens that mate with the primary king. In contrast, the workforce and alate dispersers are produced sexually. If the primary king is replaced by a sexually-produced neotenic son, the matings between neotenic male and females beget asymmetries in the reproductive value of alates, promoting a female-biased alate sex-ratio. Cavitermes tuberosus (Termitidae: Termitinae) is a soil-feeding tropical species, which shows parthenogenetically-produced neotenics and an AQS syndrome. Our work aims to characterize the reproductive strategies in this species by determining (i) the developmental scheme, (ii) the genetic origin of sexuals, (iii) the level of genetic structure (analysis of 65 nests distributed in 14 sites) and (iv) the alate sex-ratio.Our results show that (i) neotenic females develop from the third or fourth nymphal instar; (ii) the majority of neotenic females (82%) are parthenogenetically-produced while only 2% of female alates are so; (iii) nests are differentiated within sites, indicating that the foundation of new nests mainly occurs by nuptial flights; (iv) numerical sex-ratio of alate-destined sexuals is balanced (SRN=0.509, IC95%=0.497-0.522) while investment sex-ratio is slightly female-biased (SRE=0.529, IC95%=0.517-0.542). Altogether, our results demonstrate AQS and its implications in C. tuberosus, and reveal particularities compared to other species in which AQS has been demonstrated: neotenic-headed nests are less frequent than primary-headed ones and neotenic females never become physogastric. AQS is found in various ecological contexts and seems phylogenetically more widespread than previously thought. This strategy shows some evolutionary advantages but these seem to differ depending on species.

Increased expression of fructan 1-exohydrolase in rhizophores of Vernonia herbacea during sprouting and exposure to low temperature

Rhizophores of Vernonia herbacea, an Asteraceae found in the Brazilian Cerrado, store high amounts of fructans that vary in composition over the phenological cycle. Fructan 1-exohydrolase (1-FEH) activity is detectable during the sprouting phase, mainly in the proximal regions of rhizophores, of plants induced to sprout by defoliation and/or cold storage. We found an increase in 1-FEH gene expression during natural and induced sprouting and further enhancement through low-temperature treatment. Furthermore, a comparative analysis of 1-FEH gene expression in different regions of the rhizophores during the transition from dormancy to sprouting is presented. Transcripts were detected mainly in the proximal region, coinciding with high 1-FEH activity and a high concentration of free fructose. Low temperature promoted the accumulation of fructans of a low degree of polymerization (DP) and enhanced 1-FEH activity and gene expression. It is hypothesized that a set of 1-FEH proteins acts in two different ways during fructan mobilization: (1) by hydrolyzing fructo-oligosaccharides and -polysaccharides in sprouting plants (naturally or induced) for carbon supply and (2) by hydrolyzing preferably fructo-polysaccharides under low temperature to maintain the oligosaccharide pool for plant cold acclimation. (C) 2010 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Cloning, characterization and functional analysis of a 1-FEH cDNA from Vernonia herbacea (Vell.) Rusby

Variations in the inulin contents have been detected in rhizophores of Vernonia herbacea during the phenological cycle. These variations indicate the occurrence of active inulin synthesis and depolymerization throughout the cycle and a role for this carbohydrate as a reserve compound. 1-Fructan exohydrolase (1-FEH) is the enzyme responsible for inulin depolymerization, and its activity has been detected in rhizophores of sprouting plants. Defoliation and low temperature are enhancer conditions of this 1-FEH activity. The aim of the present work was the cloning of this enzyme. Rhizophores were collected from plants induced to sprout, followed by storage at 5C. A full length 1-FEH cDNA sequence was obtained by PCR and inverse PCR techniques, and expressed in Pichia pastoris. Cold storage enhances FEH gene expression. Vh1-FEH was shown to be a functional 1-FEH, hydrolyzing predominantly -2,1 linkages, sharing high identity with chicory FEH sequences, and its activity was inhibited by 81 in the presence of 10 mM sucrose. In V. herbacea, low temperature and sucrose play a role in the control of fructan degradation. This is the first study concerning the cloning and functional analysis of a 1-FEH cDNA of a native species from the Brazilian Cerrado. Results will contribute to understanding the role of fructans in the establishment of a very successful fructan flora of the Brazilian Cerrado, subjected to water limitation and low temperature during winter.

A fructan: fructan fructosyltransferase activity from Lolium rigidum

Fructan:fructan fructosyltransferase (FFT) activity was purified about 300-fold from leaves of Lolium rigidura Gaudin by a combination of affinity chromatography, gel filtration, anion exchange and isoelectric focusing. The FFT activity was free of sucrose:sucrose fructosyltransferase and invertase activities. It had an apparent pI of 4.7 as determined by isoelectric focusing, and a molecular mass of about 50000 (gel filtration). The FFT activity utilized the trisaccharides 1-kestose and 6(G)-kestose as sole substrates, but was not able to use 6-kestose as sole substrate. The FFT activity was not saturated when assayed at concentrations of 1-kestose, 6(G)-kestose or (1,1)-kestotetraose of up to 400 mM The rate of reaction of the FFT activity was most rapid when assayed with 1-kestose and was less rapid when assayed with 6(G)-kestose, (1,1)-kestotetraose or (1,1,1)-kestopentaose. The FFT activity when assayed at a relatively high concentration of enzyme activity (approximately equivalent to about half the activity in crude extracts per gram fresh mass) did not synthesize fructan of degree of polymerization > 6, even during extended assays of up to 10 h. When assayed with a combination of 1-kestose and uniformly labelled [C-14]sucrose as substrates, the major reaction was the transfer of a fructosyl residue from 1-kestose to sucrose resulting in the re-synthesis of 1-kestose. Tetrasaccharide and 6(G)-kestose were also synthesized. When assayed with 6(G)-kestose and [C-14]sucrose as substrates, the major reaction of the FFT activity was the synthesis of tetrasaccharide. However, some synthesis of 1-kestose and re-synthesis of 6(G)-kestose also occurred. When 6, kestose was the sole substrate for the FFT activity, synthesis of tetrasaccharide was 2.7 to 3.4-fold slower than when 1-kestose was used as the sole substrate. Owing to differences in the fructan:sucrose fructosyltransferase activity of the FFT with each of the trisaccharides, net synthesis of tetrasaccharide by the FFT was altered significantly in the presence of sucrose. The magnitude of this effect depended on the concentration of the trisaccharides. In the presence of sucrose, 6(G)-kestose could be a substrate of equivalent importance to 1-kestose for synthesis of tetrasaccharide.