Bioenergia Em Dialogos - Artigo Vinho

Bioenergia em Revista: Diálogos

ano 2 | n. 1 | jan.2012 / jun.2012 | ISSN: 2236-9171

ISSN: 2236-9171

Bioenergia em Revista: Diálogos | publicação semestral | Piracicaba / Araçatuba

ano 2 | n. 1 | jan. 2012 / jun. 2012

Bioenergia em Revista: Diálogos

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Secretário de Desenvolvimento Econômico, Ciência e Tecnologia Paulo Alexandre Barbosa Diretora Superintendente do Centro “Paula Souza” Laura Laganá Diretor do CESU Angelo Luis Cortellazzo Diretor da Faculdade de Tecnologia de Piracicaba Dep. “Roque Trevisan” Hermas Amaral Germek Diretora da Faculdade de Tecnologia de Araçatuba Daniela Russo Leite Editoria Profª Drª Filomena Maria Formaggio Adriana Badioli - estagiária Editores de Seção Profª Drª Filomena Maria Formaggio – Fatec Piracicaba Prof. Dr. Luis Fernando Sanglade Marchiori – ESALQ-USP e Fatec Piracicaba Prof. Dr. Paulo Cesar Doimo Mendes – Fatecs de Piracicaba e Itapetininga, EEP Prof. Dr. Fernando de Lima Camargo – Fatec Piracicaba, EEP Prof. Dr. Christiano França da Cunha – Fatec Piracicaba e UNIMEP Prof. Msc. Fabio Augusto Pacano – Fatec Piracicaba, CNEC Capivari-SP Profª Msc. Luciana Fischer – Fatec Piracicaba e PUCCampinas-SP Bel. e Tecnólogo Maurício D. C. Pinheiro – Fatec Piracicaba Comissão Editorial Filomena Maria Formaggio - Fatec Piracicaba

Vanessa de Cillos S. Perina - Fatec Piracicaba Paulo Cesar Doimo Mendes - Fatec Piracicaba Carolina Ribeiro Germek - Fatec Araçatuba Marcia Nalesso Costa Harder - Fatec Piracicaba Fabio Augusto Pacano - Fatec Piracicaba Karenine Miracelly Rocha da Cunha - Fatec Araçatuba Conselho Editorial Hermas Amaral Germek – Fatec Piracicaba Daniela Russo Leite – Fatec Araçatuba Gisele Gonçalves Bortoleto - Fatec Piracicaba Eliana Maria G. Rodrigues de Siqueira - Fatec Piracicaba Daniela Defavari do Nascimento – Fatec Piracicaba Regina Movio de Lara - Fatec Piracicaba Siu Mui Tsai Saito - Cena – USP Raffaella Rossetto - APTA - polo regional Centro-Sul Ada Camolesi - FIMI Piracicaba Marly T. Pereira - ESALQ-USP Tomás Caetano Rípoli - ESALQ-USP Vitor Machado - Fatec Botucatu Adolfo Castillo Morán - Córdoba, Ver. México Gregório M. Katz - San Miguel de Tucumán - Argentina Guilherme A. Malagolli - Fatec Taquaritinga Murilo Melo - ESALQ-USP Angelo Luis Bortolazzo - CENTRO PAULA SOUZA Jorge Corbera Gorotiza - San Jose de Las Lajas - La Habana - Cuba

Bioenergia em Revista: Diálogos (ISSN 2236-9171) é uma publicação eletrônica semestral vinculada à Faculdade de Tecnologia de Piracicaba “Dep. Roque Trevisan” e à Faculdade de Tecnologia de Araçatuba (Fatecs). Objetivo: publicar estudos inéditos, na forma de artigos e resenhas, nacionais e internacionais, que contribuam ao debate acadêmico-científico, além de estimular a produção acadêmica nos níveis da graduação e pós-graduação. Os artigos são de responsabilidade exclusiva dos autores. É permitida sua reprodução, total ou parcial, desde que seja citada a fonte.



Bioenergia em Revista: Diálogos / Fatec - Faculdade de Tecnologia de Piracicaba / Faculdade de Tecnologia de Araçatuba. - - Piracicaba / Araçatuba, SP: a Instituição, 2011. v. Semestral - ISSN 2236-9171 1. Ciências Aplicadas / Tecnologia- periódico I. Bioenergia em Revista: Diálogos II. Fatec -Faculdade de Tecnologia de Piracicaba “Dep. Roque Trevisan” / Faculdade de Tecnologia de Araçatuba.

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Sumário

7 Apresentação

9 Chamada de Artigos

11 Matriz energética brasileira: uma reflexão sobre a situação atual e possíveis riscos de “apagões” Radamés Juliano Halmeman e Sergio Augusto Rodrigues

27 O Dendezeiro (Elaeis guineensis Jacq.) - Revisão Marcia Brazilio, Natalia Juliana Bistachio, Vanessa de Cillos Silva e Daniela Defavari do Nascimento

46 Efeito de embalagens de politereftalato de etileno em vinhos tintos suaves submetidos à radiação gama (co60) para envelhecimento precoce Juliana Angelo Pires, Mariana Scanholato, Marcia Nalesso Costa Harden Valter Arthur e Liz Mary Bueno de Moraes

60 Modulating Miox2 expression in nicotiana tabacum and impacts on genes involved in cell wall biosynthesis Daniela Defavari do Nascimento, Gabriela Conti, Mônica T. V. Labate, Gunta Gutmanis, Ana L. F. Bertollo, Alexander de Andrade, Juliano Bragatto, Luís Otávio Pagotto, Plínio Damin, David. Moon e Carlos A. Labate

85 Vegetative Growth And Maturation In Three Sugarcane Varieties Tadeu Alcides Marques, Weslei Hilário da Silva, Luiz Fabiano Palaretti e Erick Malheiros Rampazo

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Apresentação

O periódico Bioenergia em Revista: Diálogos, publicação das Faculdades de Tecnologia de Piracicaba Dep. “Roque Trevisan” e de Araçatuba oferecem à comunidade acadêmica o seu terceiro número cuja proposta vai além da usualmente pensada à formação tecnológica, mas que considera a pesquisa, a inovação e a dialogicidade como elementos constituidores desta formação.

Nesse sentido, o presente número traz à reflexão importantes temas que envolvem as áreas de abrangência deste periódico e inicia com uma discussão acerca da ‘Matriz energética brasileira: uma reflexão sobre a situação atual e possíveis riscos de “apagões”’. Apontam os autores que a matriz energética brasileira “é considerada limpa, quando comparada às matrizes de outros países”. O artigo está organizado em duas partes: na primeira é apresentado um histórico da geração de energia no Brasil desde 1970 até 2011 e as perspectivas até 2030. Na segunda é analisada a matriz elétrica brasileira, as principais ocorrências de blecautes e possíveis indicadores de riscos de novos apagões.

Ainda no âmbito da energia, o artigo ‘Seleção de leveduras para a produção de lipídios como matéria-prima para biodiesel’ propõe uma discussão acerca do uso de leveduras para produção de lipídios que vem sendo fonte de estudos de muitos pesquisadores, já que esses lipídios podem ser uma boa alternativa para sua conversão em biodiesel.

‘O Dendezeiro (Elaeis guineensis Jacq.)’ – artigo de revisão – propõe um levantamento sobre esta cultivar uma vez que tal planta “está entre as espécies com maior potencial para produção de biodiesel, considerando a alta produtividade de óleo e densidade energética. Além de ser uma fonte de energia alternativa renovável e uma opção ao diesel de petróleo, o óleo de palma apresenta diversas vantagens de potencialidade social, econômica e ecológica na matriz energética brasileira”.

Na perspectiva da energia, igualmente, o artigo ‘Efeito de embalagens de politereftalato de etileno em vinhos tintos suaves submetidos à radiação gama (co60) para envelhecimento precoce’ objetiva avaliar a influência do material politereftalato de etileno, durante o processo de irradiação dos vinhos tintos através da radiação gama (Co60) e a eficácia do material para o armazenamento desta bebida. O artigo procura demonstrar “através dos resultados das análises físico-químicas estarem dentro do esperado, pois os mesmos foram encontrados em outros experimentos. Constatou-se, também, a ausência de interferência dos materiais e politereftalato de etileno no processo de irradiação para fins de envelhecimento de vinhos tintos suaves. E pelo mesmo motivo, foi possível averiguar a eficácia dos materiais referidos, para o armazenamento dos vinhos, uma vez que não influenciaram os parâmetros analisados”.

Na sequência, o artigo Modulating Miox2 expression in nicotiana tabacum and impacts on genes involved in cell wall biosynthesis apresenta uma reflexão sobre as paredes celulares vegetais que, de acordo com os autores “são estruturas essenciais para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Além de suas diversas funções biológicas, os componentes polissacarídicos constituintes das paredes celulares (celulose, hemiceluloses e pectinas) são de vital importância como fonte natural de fibras, sendo consideradas as fontes principais de recursos renováveis do

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planeta, utilizados como matéria prima para diversos processos industriais, dentre eles, a produção de papel e celulose, carvão vegetal e biocombustíveis”. Os autores trazem à tona uma discussão sobre todos estes “fatores que têm despertado grande interesse no estudo da composição e biossíntese das paredes celulares”.

“Vegetative Growth And Maturation In Three Sugarcane Varieties” propõe a comparação de três cultivares (RB 72-454, RB 86-7515, IAC 86-2480), com relação aos parâmetros tecnológicos, biométricos, fisiológicos, bromatológicos e de produtividade. Os resultados revelaram que para os parâmetros bromatológicos a cultivar IAC 86-2480 apresentou valores inferiores estatisticamente de fibra bruta, no entanto esta mesma cultivar apresentou teores superiores de extrativo não nitrogenado, nutrientes digestivos totais e material mineral. Para análise fisiológica a IAC 86-2480 foi classificada no grupo de menor transpiração (E). A IAC 86-2480 apresentou índices interessantes para uma cultivar de potencial forrageiro, contudo a baixa produtividade comprometeu este potencial. As cultivares não apresentaram diferenças estatísticas para biometria e tecnologia.

A Editora

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Chamada de artigos

A Revista Bioenergia em Revista: Diálogos convida pesquisadores, docentes e demais interessados das áreas de Bioenergia, Gestão Empresarial, Agroindústria e áreas afins, a colaborarem com artigos científicos, de revisão e/ou resenhas para a próxima edição deste periódico.

As normas de submissão e análise estão disponíveis em nosso site – www.fatecpiracicaba.edu.br/revista. Os trabalhos serão recebidos por via eletrônica até 30/09/2012, e os autores poderão acompanhar o progresso de sua submissão através do sistema eletrônico da revista. Os dados apresentados, bem como a organização do texto em termos de formulação e encadeamento dos enunciados e das regras de funcionamento da escrita são de inteira responsabilidade dos articulistas.

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Matriz energética brasileira: uma reflexão sobre a situação atual e possíveis riscos de

“apagões”

RODRIGUES, Sérgio Augusto

HALMEMAN, Radamés Juliano

Resumo

Atualmente a matriz energética brasileira é considerada limpa, quando comparada às matrizes de outros países. Nos últimos 40 anos houve uma diversificação nas fontes primárias, reduzindo a dependência proporcional de petróleo e dando forte impulso a hidroeletricidade e uso de biomassa para gerar energia elétrica. O sistema de geração e distribuição de eletricidade é interligado e integrado, de modo que pequenas falhas são compensadas pelo sistema. No entanto, algumas vezes acontecem falhas que não podem ser contornadas e diversos locais ficam sem energia, a mídia apelidou esses blecautes de “apagões”. Este trabalho está organizado em duas partes, na primeira é apresentado um histórico da geração de energia no Brasil desde 1970 até 2011 e as perspectivas até 2030. Na segunda é analisada a matriz elétrica brasileira, as principais ocorrências de blecautes e possíveis indicadores de riscos de novos apagões.

Palavras-chave: indicadores descritivos, matriz energética, risco de apagões.

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Abstract

Currently the Brazilian energy matrix is considered clean when compared to arrays of other countries. In the last 40 years there has been a diversification in primary sources, reducing dependence on oil and proportionate giving strong impetus to the use of hydropower and biomass to generate electricity. The system of generation and distribution of electricity is interconnected and integrated, so that minor faults are compensated by the system. However, failures do sometimes happen that cannot be avoided and many places are without power, the media dubbed these blackouts "blackouts". This paper is organized into two parts; the first presents a history of power generation in Brazil from 1970 to 2011 and outlook 2030. In the second analyzes the Brazilian energy matrix, the principal occurrences of blackouts and possible indicators of risk of new blackouts.

Keywords: statistics, energy matrix, the risk of blackouts.

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Resumen

Actualmente la matriz energética brasileña es considerada limpia en comparación con las matrices de otros países. Durante los últimos 40 años se ha producido una diversificación de las fuentes primarias, lo que reduce la dependencia del petróleo y proporcional dando un fuerte impulso a la utilización de la energía hidroeléctrica y la biomasa para generar electricidad. El sistema de generación y distribución de energía eléctrica está interconectada e integrada, de modo que las pequeñas faltas son compensados por el sistema. Sin embargo, a veces se producen fallos que no se puede evitar, y muchos lugares están sin electricidad, los medios de comunicación denominado estas lagunas mentales "apagones". Este trabajo está organizado en dos partes, la primera presenta una historia de la generación de energía en Brasil desde 1970 hasta 2011 y perspectivas 2030. El segundo analiza la matriz energética brasileña, los acontecimientos principales de los apagones y posibles indicadores de riesgo de apagones nuevo.

Palabras-clave: indicadores descriptivos, las fuentes de energía, el riesgo de apagones..

bioenergia em revista: diálogos, ano 2, n.1, p. 11-26, jan./jun. 2012. HALMEMAN, Radamés Juliano; RODRIGUES, Sergio Augusto Matriz energética brasileira: uma reflexão sobre a situação atual e possíveis riscos de “apagões”

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1 INTRODUÇÃO

As principais fontes que compõem a matriz energética do Brasil são o petróleo, o gás natural, a energia elétrica, o carvão mineral, a energia eólica, o biodiesel e produtos da cana-de-açúcar. A demanda por energia tem crescido e a busca por maneiras de gerar mais e racionalizar seu uso são temas de diversos trabalhos de pesquisa.

Atualmente diversas fontes obtiveram aumentos significativos de produção. A energia eólica obteve um aumento de 4,7% no ano de 2009 em relação ao ano de 2008. Foram inaugurados três novos parques eólicos no Ceará e segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) alcançou 1,37 GW. O Biodiesel apresentou crescimento de 37,8%, atingindo 1.608.053m3 no mercado interno. Em julho de 2009, aumentou de 3% para 4% a proporção de biodiesel misturado ao diesel. A produção de cana-de-açúcar teve um acréscimo de 12,6%, com 622,6 milhões de toneladas. O açúcar teve aumento de 11,2%, com um total de 33,7 milhões de toneladas e a produção de etanol foi de 26.103.093 m3, com redução de 3,8% em relação ao ano anterior. A energia elétrica produzida foi de 466,2 TWh, 0,7% superior ao ano de 2008. Somando-se a energia importada à oferta de energia elétrica foi de 506,1 TWh em 2009. O consumo final foi de 426,0 TWh, uma redução de 0,5% em comparação com 2008. Aproximadamente 85% da eletricidade no Brasil são originadas de fontes renováveis. Desta forma, o país possui uma matriz energética limpa se comparada a outros países e há indicadores que mostram que essa característica se manterá até 2030 (BRASIL, 2011).

O objetivo deste trabalho é apresentar a evolução da matriz energética brasileira nos últimos anos e apresentar os possíveis riscos de blecautes com o aumento da demanda por energia elétrica.

Resultado de um levantamento bibliográfico, o trabalho foi organizado em duas partes. Na primeira é apresentado um histórico da geração de energia no Brasil desde 1970 até 2011 e são apresentados dados que demonstram a evolução da matriz energética brasileira nos últimos 40 anos e as perspectivas até 2030, analisando as tendências percebe-se uma diminuição no uso proporcional de petróleo e aumento significativo no uso de energias alternativas, com destaque para os derivados da cana-de-açúcar e gás natural. Na segunda parte foi analisada a matriz elétrica brasileira, as principais ocorrências de blecautes registradas pela mídia, a conotação política com que é tratado o assunto e verifica-se que há indicadores de riscos de apagões, principalmente causados por problemas nas linhas de transmissão.

2 HISTÓRICO, SITUAÇÃO ATUAL E PERSPECTIVAS PARA A MATRIZ ENÉRGÉTICA BRASILEIRA

Segundo Tolmasquim et al (2007), a série histórica da evolução do consumo de energia e do crescimento populacional indica que a demanda de energia primária a partir de 1970 era inferior a 70 milhões de tep (toneladas equivalentes de petróleo), enquanto a população atingia 93


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milhões de habitantes. Em 2000 a demanda de energia quase triplicou, alcançando 190 milhões de tep, e a população ultrapassava 170 milhões de habitantes.

2.1 A matriz energética brasileira nos anos de 1970, 2000 e 2011

Na década de 1970 a matriz energética brasileira era pouco diversificada e a principal fonte geradora era a lenha e carvão vegetal, seguida pelo petróleo e seus derivados. A Figura 1 apresenta um panorama da matriz energética brasileira em 1970.

Figura 1: Matriz energética brasileira em 1970. Fonte: Tolmasquim et al (2007).

Em 2000 a matriz energética brasileira estava mais diversificada se comparada a 1970, tendo como principais fontes o petróleo a hidroeletricidade. A Figura 2 apresenta uma vista da matriz energética brasileira no ano 2000.

Figura 2: Matriz energética brasileira em 2000

Fonte: Tolmasquim et al (2007)


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Atualmente, a matriz energética brasileira apresenta, em comparação com a matriz do ano 2000, um aumento considerável na porcentagem de derivados da cana-de-açúcar, com crescimento de 11% para 17% nesta fonte de energia, um decréscimo de 3% no uso de lenha e carvão vegetal e queda de 46% para 38% no uso de petróleo e seus derivados. O gás natural passou de 5% para 10,2% da matriz energética, dobrando a participação em 10 anos (Figura 3).

Figura 3: Matriz energética brasileira em 2011

Fonte: Tolmasquim et al (2007) 2.2 Perspectivas para os anos de 2020 e 2030

Segundo Rio de Janeiro (2011), com base no Plano Decenal de Energia para 2020, a matriz energética brasileira tende a diminuir a porcentagem de uso do petróleo e aumentar a participação de produtos derivados da cana-de-açúcar e gás natural. A previsão para a matriz energética brasileira em 2020 é mostrada na Figura 4.

No estudo de Tolmasquim et al (2007), pressupõem um relativo equilíbrio entre diversas fontes geradoras. O petróleo terá uma diminuição na porcentagem de participação se comparado com a matriz de 2011 e haverá aumento nas demais fontes. A Figura 5 mostra a perspectiva da matriz energética em 2030.

A Figura 6 apresenta um comparativo entre as fontes geradoras considerando os anos de 1970, 2000, 2011 e as perspectivas para 2020 e 2030.

Comparando as fontes geradoras por períodos, observa-se que há uma tendência para a diminuição do uso de petróleo, lenha e carvão vegetal e aumento ou equilíbrio nas outras fontes.


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Figura 4: Matriz energética brasileira em 2020 (perspectiva).

Fonte: Rio de Janeiro (2011)

Figura 5: A matriz energética brasileira em 2030 (perspectiva).

Fonte: Tolmasquim et al (2007).

Figura 6: Matriz energética brasileira de 1970 a 2011 e perspectivas para 2020 e 2030

Fonte: Tolmasquim et al (2007) e Rio de Janeiro (2011)

bioenergia em revista: diálogos, ano 2, n.1, p. 11-26, jul./dez. 2011. HALMEMAN, Radamés Juliano; RODRIGUES, Sergio Augusto Matriz energética brasileira: uma reflexão sobre a situação atual e possíveis riscos de “apagões”

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2.3 Demanda de energia

O crescimento econômico não foi uniforme durante o período de 1970 a 2000. A taxa média anual foi de 3,5%, chegando a 5,5% entre 1970 e 1980 e oscilando entre 2,2% e 3% nas décadas seguintes devido à volatilidade em crises macroeconômicas. Observa-se também significativa expansão do consumo de energia nos intervalos em que houve uma expansão da economia. Isso indica que em um ambiente de maior crescimento econômico possivelmente haverá maior crescimento da demanda de energia. A Figura 7 apresenta a demanda total de energia até 2000 e as projeções de demanda e crescimento econômico para os anos seguintes até 2030 (TOLMASQUIM et al, 2007).

Figura 7: Evolução da demanda de energia e da taxa de crescimento econômico–Brasil 1970 a 2030.

Fonte: Brasil (2011). De 2011 a 2020 a demanda total de energia do país deverá crescer em mais de 60%. Sendo que em 2020, aproximadamente 66% do consumo total acontecerá nos setores industrial e transporte. O PDE (Plano Decenal de Expansão de Energia) prevê ganhos com eficiência energética. O estudo considera que o progresso técnico e as ações de política energética permitirão ao país evitar, em 2020, o consumo equivalente a 440 mil barris de petróleo por dia (cerca de ¼ da atual demanda nacional). Mais de 60% destes ganhos são devidos ao aumento da eficiência do uso da energia na indústria. No que diz respeito especificamente à energia elétrica, o Plano Decenal considera que a eletricidade economizada nos próximos 10 anos será equivalente à produção de uma hidrelétrica de 7.000 MW (RIO DE JANEIRO, 2011).

2.4 Previsão de produção

O percentual de participação do conjunto das fontes renováveis de energia (hidráulica, eólica, etanol, biomassa, entre outras) vai aumentar na matriz energética brasileira nos próximos 10 anos. A presença destes recursos, que somou 44,8% em 2010, chegará a 46,3% em 2020, de acordo com o mais recente ciclo do PDE, estudo produzido pela Empresa de Pesquisa


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Energética (EPE) e que ficará em consulta pública no Ministério de Minas e Energia até o dia 1º de julho de 2011. De acordo com o novo planejamento energético de médio prazo do país, haverá uma leve queda da participação da hidroeletricidade nesta década, bem como da lenha e carvão vegetal. Esta redução é compensada pelo aumento da presença dos derivados da cana-de-açúcar, em especial do etanol (RIO DE JANEIRO, 2011).

No caso do petróleo e derivados, presume-se que haverá um aumento da produção nos próximos anos, verifica-se uma diminuição da sua fatia na composição da matriz, visto que a maior parte da oferta adicional será voltada para o mercado externo (exportação). No mercado interno, a gasolina continuará a ser gradativamente substituída pelo álcool hidratado. A priorização das usinas hidrelétricas e das fontes alternativas no planejamento depende principalmente da obtenção de Licenças Ambientais Prévias, exigidas por lei para que usinas indicadas possam participar dos leilões de energia nova. Caso contrário, a expansão através de projetos termelétricos, preferencialmente aqueles movidos a gás natural, poderá constituir alternativa de atendimento à demanda frente a eventuais atrasos dos projetos indicados (RIO DE JANEIRO, 2011).

2.5 Investimentos

Segundo Rio de Janeiro (2011), a capacidade instalada no Sistema Interligado Nacional deverá evoluir dos cerca de 110.000 MW em dezembro de 2010 para 171.000 MW em dezembro de 2020, com a priorização das fontes renováveis (hidráulica, eólica e biomassa). Se por um lado a participação das hidrelétricas cairá de 76% para 67%, a geração oriunda de fontes alternativas, como a de usinas eólicas, de térmicas à biomassa e de PCHs, poderá dobrar em 10 anos, de 8% para 16%. A geração eólica será destaque, aumentando de 1% para 7%. Com isso, a fatia de fontes renováveis se manterá em torno de 83% ao final do decênio. Esta expansão demandará investimentos da ordem de R$ 190 bilhões. Cabe ressaltar que parte destes investimentos refere-se a empreendimentos já autorizados, incluindo as usinas com contratos assinados nos leilões de energia nova. O montante a investir em novas usinas – ainda não contratadas ou autorizadas – é da ordem de R$ 100 bilhões, sendo 55% em hidrelétricas e 45% no conjunto de outras fontes renováveis.

Nos próximos 10 anos haverá expansão da produção de petróleo, 67% do investimento previsto de R$ 1 trilhão para todo o setor energético do país será destinado ao petróleo e gás natural especialmente devido ao pré-sal, fato que indica a possibilidade de triplicar a produção, passando de 2,1 milhões de barris diários em 2010 para 6,1 milhões de barris em 2020. Em 2020, cerca de 50% da produção brasileira será destinada ao mercado externo (GONÇALVES, 2011).

Em relação ao gás natural, projeta-se uma forte ampliação da oferta nacional, saindo de um patamar de 58 milhões de m³/dia em 2011 para 142 milhões de m³/dia em 2020. Esta oferta interna, acrescida das importações – 30 milhões de m³/dia de gás boliviano e 21 milhões de m³/dia de GNL –, irá ampliar a oferta total de cerca de 109 milhões de m³/dia em 2011 para 193 milhões de m³/dia em 2020. Prevê-se cerca de R$ 510 bilhões em investimentos para as


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atividades de E&P (petróleo e gás natural) no Brasil para o período 2011-2020 (RIO DE JANEIRO, 2011).

Projeta-se para os biocombustíveis uma expansão da demanda de etanol no mercado brasileiro, devido ao aumento da frota de veículos flexfuel e à competitividade do preço do etanol hidratado em relação à gasolina. Os investimentos totais previstos na área de biocombustíveis somam R$ 97 bilhões até o final desta década, concentrados quase que integralmente na oferta de etanol (RIO DE JANEIRO, 2011).

A Tabela 1 mostra um resumo dos investimentos que serão feitos na geração de energia por fonte.

Tabela 1: Investimentos previstos para o período de 2011 a 2020

R$ bilhões

2011 a 2020 %

OFERTA DE ENERGIA ELÉTRICA 236 23

Geração 190 18

Transmissão 46 5

PETRÓLEO E GÁS NATURAL 686 67

Exploração e Produção de Petróleo e Gás natural 510 50

Oferta de Derivados de Petróleo 167 16

Oferta de Gás Natural 9 1

OFERTA DE BIOCOMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 97 10

Etanol – Usinas de produção 90 9

Etanol – Infraestrutura dutoviária e portuária 7 0,9

Biodísel – Usinas de produção 0,2 0,1

Total 1019 100

Fonte: Rio de Janeiro (2011)

Para manter a matriz energética brasileira limpa serão necessários investimentos e integração entre as áreas de energia e meio ambiente, segundo o Instituto de pesquisa Econômica Aplicada (IPEA, 2011). O estudo considera o componente ambiental da matriz brasileira como uma vantagem comparativa, com benefícios e responsabilidades que devem ser compartilhado pelo governo e pelo setor privado. A sustentabilidade ambiental deve ser vista como uma oportunidade para o desenvolvimento socioeconômico. Apesar do potencial de matriz limpa, com base em dados do Ministério de Minas e Energia (MME), o IPEA prevê um aumento da participação de fontes de energia não renováveis na matriz brasileira. A principal delas será a geração em usinas termelétricas, movidas, na maioria, a carvão, óleo e diesel. Essas usinas


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térmicas derivadas de combustíveis fósseis passarão de 17,7 para 23,1%. O uso de resíduos sólidos e efluentes para fins energéticos pode ser um importante fator para diminuição de problemas ambientais causados por resíduos, como poluição do solo, das águas e emissão de gases de efeito estufa segundo Craide (2011).

3 MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA

Segundo Agência Nacional de Energia Elétrica - Aneel (2011), a matriz elétrica brasileira é composta principalmente pela hidroeletricidade. No entanto, a geração com fontes como biomassa, gás natural e eólica tem se destacado.

A Figura 8 mostra a matriz elétrica brasileira em junho de 2011 e a quantidade de energia outorgada para cada fonte. O total de energia produzida é de 117.681.093 kWh.

Figura 8: Matriz elétrica brasileira.

Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica - Aneel (2011).


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3.1 Linhas de Transmissão

A extensão do sistema de transmissão interligado, da ordem de 100.000 km em 2010, irá evoluir para cerca de 142.000 km em 2020. Ou seja, o equivalente a quase a metade do sistema hoje existente será construído nos próximos dez anos. Grande parte dessa expansão virá com os grandes troncos de transmissão associados às interligações das usinas da região Norte – entre as quais Jirau e Santo Antônio, no Rio Madeira, e Belo Monte – com o resto do país. A estimativa total de investimentos no período decenal atinge cerca de R$ 46,4 bilhões, sendo R$ 30 bilhões em linhas de transmissão e R$ 16,4 bilhões em subestações, incluindo as instalações de fronteira (RIO DE JANEIRO, 2011).

Por exemplo, a ANEEL assinou no dia 16 de junho de 2011 seis contratos com empresas para a construção de linhas de transmissão e subestações que serão construídas em seis estados: Rio Grande do Sul, Goiás, Minas Gerais, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul e Pará. Os empreendimentos estão previstos no Programa de Expansão da Transmissão, elaborado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Os lotes foram leiloados em dezembro de 2010 e somam mais de 500 quilômetros de linhas de transmissão, além de nove subestações (CRAIDE, 2011).

Estão sendo realizados os investimentos em linhas de transmissão, no entanto, o histórico de problemas aponta que há vulnerabilidades do sistema de ordem técnica e riscos relativos a problemas climáticos.

3.2 Riscos de blecautes

Desde 2001 ocorreram diversos blecautes de energia elétrica, apelidados pelos meios de comunicação de “apagões”. Dentre as diversas causas, as principais foram a falta de investimentos nas décadas de 1980 e 1990, a escassez de chuvas nos anos 2000 e 2001, danos a redes de transmissão e falhas técnicas.

O relatório do Operador Nacional do Sistema (ONS) revela que, só nos dois primeiros meses de 2011 foram registradas 14 grandes ocorrências de falta de energia. A maior delas, no dia 3 de fevereiro atingiu oito estados nordestinos, em alguns casos, foram necessárias cinco horas para que fosse restabelecido o fornecimento. Diferente do que ocorreu em 2001, a crise não está na falta de energia e sim em dificuldades com a transmissão da energia elétrica. Dentre as consequências dos blecautes, o indicador de qualidade do fornecimento de eletricidade, medido pela ANEEL tem piorado nos últimos três anos, o tempo médio que o brasileiro ficou sem luz subiu quatro horas (APAGÃO... 2011).

Outra consequência do apagão que atingiu a região Nordeste em fevereiro de 2011 foi o possível desaquecimento do setor industrial da região, refletido na redução do consumo de energia das fábricas dos estados atingidos. A avaliação é apresentada pelo presidente da Empresa de Pesquisa Energética (EPE), que divulgou dados sobre o consumo de energia no país, segundo o jornal Bahia Toda Hora (APAGÃO... 2011). O documento mostra que, entre janeiro e fevereiro de 2011, o crescimento do consumo foi de 5,1% em relação ao mesmo período de


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2010. Segundo o presidente da EPE, o indicador poderia ter sido maior se não tivesse sido afetado pela redução da demanda no Nordeste. Para ele, o que puxou para baixo o consumo de energia no país foi o Nordeste, o qual teve dois problemas pontuais: a queda do consumo de fábrica de alumínio na Bahia, que representava 8% do consumo no estado, além do blecaute. Se não fossem os impactos destes dois fatores, o consumo de energia pela indústria, no acumulado do ano, subiria de 1,8% para 3,8% (APAGÃO... 2011).

Em novembro de 2009 ocorreu um blecaute em 17 estados brasileiros e no Distrito Federal, especialistas em diferentes ramos da área de energia elétrica concluíram que o apagão elétrico ocorrido no dia 10 de novembro foi resultado da associação de descargas elétricas e de intensas chuvas que atingiram a Usina de Itaipu, entre as cidades de Ivaiporã (PR) e Itaberá (SP). Os fenômenos climáticos provocaram curtos-circuitos simultâneos em várias outras regiões. O diretor-geral do Centro de Pesquisa de Energia Elétrica (CEPEL), Albert Cordeiro, ressaltou que o fato de o Brasil dispor de um sistema elétrico interligado é bom, pois permite que falhas possam ser corrigidas sem causar grandes prejuízos. Ele destacou que não existe algum sistema no mundo totalmente seguro, mas, graças às tecnologias atualmente disponíveis, a maioria das falhas não é percebida. Em sua exposição, Albert Cordeiro observou, ainda que alguns isoladores de Itaipu já estejam em operação há mais de 20 anos e apresentam trincas, pode-se garantir que eles não foram responsáveis pelo blecaute. Afirmou, no entanto, que chuvas intensas como as ocorridas no dia 10 de novembro podem reduzir a capacidade de isoladores de hidrelétricas. Existe a necessidade de estudar como aumentar a capacidade desses isoladores para apontar uma solução melhor para esse tipo de evento (CASTANHO, 2011).

O setor de geração e transmissão de energia elétrica é estratégico para o país, por esse motivo percebe-se grande interesse político em assuntos dessa natureza. O governo, responsável por promover o desenvolvimento do país procura ressaltar os investimentos e avanços alcançados. A oposição, critica as falhas que ocorrem, sejam elas evitáveis ou não. Em algumas situações, não ficam claros os acontecimentos e a veracidade dos números divulgados devido à diversidade de explicações antagônicas sobre um mesmo fato.

Segundo Governo... (2011), o presidente da Empresa de Pesquisa Elétrica (EPE), Maurício Tolmasquim, afirmou que o Brasil não corre riscos de “apagões”, referindo-se à situação da geração e da distribuição de energia no país para os próximos dez anos. Ao participar do lançamento do Plano Decenal de Energia (projeto do governo que traça as perspectivas para o setor em dez anos) para o período entre 2011 e 2020, o Brasil se encontra em uma posição privilegiada, com segurança na oferta de energia e investidores interessados nesse mercado. O atual interesse de investidores por novos empreendimentos elétricos permite que o país adote um rigor maior no acompanhamento de projetos. Como exemplo, citou o caso das usinas térmicas do Grupo Bertin, que corre risco de ter sua concessão cassada devido a não cumprimento do cronograma de construção das produtoras (GOVERNO... 2011).

Os indicativos são que não haverá problemas de geração que possam causar blecautes, mesmo em condições climáticas desfavoráveis, como os ocorridos em 2001 devido à falta de chuvas. Os últimos blecautes foram causados, na maioria, por problemas nas linhas de transmissão, principalmente por adversidades climáticas e nota-se que há vulnerabilidade nos sistemas de produção.


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4 CONCLUSÕES

O Brasil apresenta uma matriz energética considerada limpa se comparada a outros países. Há indicadores que mostram que essa característica será mantida se forem feitos investimentos e houver integração entre as áreas de energia e meio ambiente.

Estão sendo feitos investimentos em geração de energia elétrica e em redes de transmissão apontando que não há riscos de blecautes nos próximos 10 anos causados por problemas de geração de energia. No entanto, as linhas de transmissão são mais vulneráveis, especialmente a problemas climáticos. Alguns problemas de ordem técnica tem se apresentado, indicando que há vulnerabilidade nas subestações.

Com a implantação no norte do país de diversas geradoras, de grandes hidrelétricas principalmente, há uma tendência a que essa região se torne exportadora de energia elétrica para o sul do país. Para que isso ocorra, há necessidade de mais investimentos em linhas de transmissão.

Por ser um setor estratégico para o desenvolvimento do país há intensa exploração política dos assuntos relativos à energia elétrica, em alguns momentos as informações divulgadas são conflitantes e representam os interesses dos grupos politicamente contrários, isto contribui para que haja insegurança e dificuldades para se obter informações confiáveis. Os panoramas se apresentam otimistas ou pessimistas, dependendo dos interesses políticos presentes.

Estudos apontam que há uma relação entre as taxas de crescimento econômico e a demanda de energia elétrica. Deste modo, se mantidos os índices atuais de crescimento econômico serão necessárias novas medidas para suprir a demanda de energia.

A diversificação das fontes tem contribuído significantemente. A geração com fonte em biomassa, especialmente de bagaço de cana-de-açúcar e a energia eólica tem se apresentado com setores que se destacaram na produção de energia elétrica.

Ainda há fontes a ser explorada, como a solar fotovoltaica, a maré-motriz entre outras. O Brasil apresenta grande potencial para essas fontes, no entanto, ainda não são economicamente viáveis. Não há sequer regulamentação para esse tipo de geração de energia.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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APAGÃO no Nordeste afetou crescimento do consumo de energia no país. 24 mar. 2011. Jornal eletrônico Bahia toda hora. Disponível em: <http://www.bahiatodahora.com.br/noticias/brasil/apagao-no-nordeste-afetou-crescimento-do-consumo-de-energia-no-pais>. Acesso em: 20 jun. 2011. BRASIL. Empresa de Pesquisa Energética (epe). Ministério de Minas e Energia (Ed.). Balanço Energético Nacional - 2011: BEN 2011. 276 p. Disponível em: <http://www.brasil.gov.br/noticias/arquivos/2011/02/15/pais-tera-que-investir-para-manter-matriz-energetica-limpa-diz-ipea>. Acesso em: 23 jun. 2011. CASTANHO, Valéria. Especialistas concordam que blecaute foi causado por raios e chuvas fortes. Rede Brasil Atual Revista. 03 dez. 2009. Disponível em: < http://www.redebrasilatual.com.br/temas/cidades/2009/12/especialistas-concordam-que-blecaute-foi-causado-por-raios-e-chuvas-fortes >. Acesso em: 20 jun. 2011. CRAIDE, Sabrina. Assinados contratos para linhas de transmissão e subestações de energia que vão atender a seis estados. Site de Notícias da Empresa Brasil de Comunicação. Disponível em: <http://agenciabrasil.ebc.com.br/noticia/2011-06-16/assinados-contratos-para-linhas-de-transmissao-e-subestacoes-de-energia-que-vao-atender-seis-estados>. Acesso em: 23 jun. 2011. GONÇALVES, Carolina. Petróleo vai ficar com dois terços dos investimentos em energia nos próximos dez anos. Empresa Brasil de Comunicação. Disponível em: <http://agenciabrasil.ebc.com.br/noticia/2011-06-06/petroleo-vai-ficar-com-dois-tercos-dos-investimentos-em-energia-nos-proximos-dez-anos>. Acesso em: 23 jun. 2011. GOVERNO descarta risco de apagão: Para presidente da EPE, Brasil se encontra em posição privilegiada na geração de energia. Site de notícias R7 Notícias. Disponível em: <http://noticias.r7.com/economia/noticias/governo-descarta-risco-de-apagao-eletrico-para-proximos-10-anos-20110331.html>. Acesso em: 21 jun. 2011. IPEA. Secretaria de Assuntos Estratégicos da Presidência da República. Eixos do desenvolvimento brasileiro: Sustentabilidade ambiental no Brasil - biodiversidade, economia e bem estar humano. 15 fev. 2001. Disponível em: <http://www.ipea.gov.br/portal/images/stories/PDFs/comunicado/110215_comunicadoipea77.pdf>. Acesso em: 20 jun. 2011. RIO DE JANEIRO. Oldon Machado. Empresa de Pesquisa Energética (epe). Matriz energética terá aumento de participação das renováveis nesta década: De acordo com o Plano Decenal, fontes alternativas (eólica, biomassa e pequenas hidrelétricas) dobrarão de tamanho no setor elétrico até 2020. Ministério de Minas e Energia. Disponível em: <http://www.epe.gov.br/imprensa/PressReleases/20110606_1.pdf>. Acesso em: 06 jun. 2011. TOLMASQUIM, M. T.; GUERREIRO, A.; GORINI, R. Matriz energética brasileira: uma prospectiva. Novos Estudos - CEBRAP, São Paulo, n. 79, p.47-69, nov. 2007. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-33002007000300003&lng=en&nrm=iso>. Acesso em: 22 jun. 2011.


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Radamés Juliano HALMEMAN é Professor da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UFTPR). Pós-graduando em Agronomia - Energia na Agricultura – FCA/Unesp, Botucatu, SP. E-mail: [email protected]. Sergio Augusto RODRIGUES é Mestre em Estatística pela UFSCar. Professor da Faculdade de Tecnologia de Botucatu e do Departamento de Bioestatística IBB/UNESP, Botucatu, SP. E-mail: [email protected].

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O Dendezeiro (Elaeis guineensis Jacq.) - Revisão

BRAZILIO, Marcia (In memorian)

BISTACHIO, Natalia Juliana

SILVA, Vanessa de Cillos

NASCIMENTO, Daniela Defavari do

Resumo

O dendezeiro (Elaeis guineenses Jacq.) é uma palmeira de origem africana que se destaca por possuir elevada produção de óleo por unidade de área. No Brasil, dentre os óleos vegetais, o dendê está entre as espécies com maior potencial para produção de biodiesel. Pode ser afetado por pragas e enfermidades, que muitas vezes dificultam a expansão da cultura. Dentre as pragas que infestam essa oleaginosa estão os roedores, insetos e lagartas desfolhadoras. E entre as doenças o Anel Vermelho (AV), Fusariose ou Secamento Letal (SL), Amarelecimento Fatal (AF), Marchitez Sorpresiva, Arcada Foliar ou Doença da Coroa e Podridão Seca do Coração ou Mancha Anular. Nos programas de melhoramento de dendezeiros, a propagação in vitro tem sido a técnica mais utilizada, visto que o dendê está entre as palmeiras que mais se desenvolvem através da micropropagação, embora seja comercialmente propagado por sementes. O dendê está entre as espécies com maior potencial para produção de biodiesel, considerando a alta produtividade de óleo e densidade energética. Além de ser uma fonte de energia alternativa renovável e uma opção ao diesel de petróleo, o óleo de palma apresenta diversas vantagens de potencialidade social, econômica e ecológica na matriz energética brasileira.

Palavras-chave: Elaeis guineenses Jacq., viabilidade econômica, pragas, doenças, biodiesel.

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Abstract

The palm oil (Elaeis guineenses Jacq.) is from Africa known by high oil production per hectare. In Brazil, oil palm is one of the main vegetal oils to biodiesel production. Oil Palm can be affected by pests and diseases, which often hinder the expansion of culture. Among the pests are rodents, insects and defoliating caterpillars. Among the diseases the Red Ring, Fusarium or lethal drying, Fatal Yellowing, Marchitez Sorpresiva, or Arcade Leaf and Crown Rot Disease of the Heart or Dry Spot Undo. In oil palm breeding programs in vitro propagation is more usual techniques because of their excellent results, however, this palm is propagated traditionally by seeds. The palm is among the species with greatest potential for biodiesel production, considering the high productivity of oil and energy density. Besides being a renewable alternative energy source and an option to diesel oil, palm oil has several potential advantages of social, economic and ecological effects in Brazilian energy matrix.

Key-words: Elaeis guineenses Jacq., economical viability, pests, diseases, biodiesel.

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Resumen

La palma aceitera (Elaeis Guinea Jacq.) es una palmera de origen africano que destaca por su alto rendimiento de aceite por unidad de área. En Brasil, entre los aceites vegetales, aceite de palma es una de las especies con mayor potencial para la producción de biodiesel. Puede verse afectada por plagas y enfermedades, que a menudo dificultan la expansión de los cultivos. Entre las plagas que infestan esta oleaginosa son los roedores, insectos y gusanos defoliadores. Entre las enfermedades del anillo rojo, Fusarium o secado letal, color amarillento Fatal, Marchitez sorpresiva, o la hoja de Arcade y la enfermedad de putrefacción seco de la corona del corazón. En los programas de mejoramiento de petróleo de palma, la propagación in vitro ha sido la técnica más utilizada, ya que la palma es una de las palmeras que crecen más a través de la micropropagación. Sin embargo, el aceite de palma se propaga por semilla comercial. La palma es una de las especies con mayor potencial para la producción de biodiesel, teniendo en cuenta la alta productividad de petróleo y la densidad de energía. Además de ser una fuente alternativa de energía renovable y una opción para el petróleo diesel, el aceite de palma tiene varias ventajas potenciales de los efectos sociales, económicos y ecológicos en la matriz energética brasileña.

Palabras-clave: Elaeis Guinea Jacq, viabilidad económica, plagas, enfermedades, biodiesel.

bioenergia em revista: diálogos, v. 2, n. 1, p.27-45, jan./jun. 2012. BRAZILIO, Marcia; BISTACHIO, Natalia Juliana; PERINA, Vanessa de Cillos Silva; NASCIMENTO, Daniela Defavari do Revisão: O Dendezeiro (Elaeis guineensis Jacq.)

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1 INTRODUÇÃO

O dendezeiro (Elaeis guineenses Jacq.) é uma palmeira de origem africana e, no Brasil, as maiores áreas cultivadas encontram-se na região amazônica. Seu principal produto é o óleo extraído da polpa do fruto, conhecido como óleo de palma, e se destaca por possuir elevada produção de óleo por unidade de área. A produção de mudas de dendê visa à obtenção de plantas de alta qualidade agronômica. Apesar disso, a cultura é suscetível às infestações de pragas e doenças, sendo as principais doenças, no Brasil, a fusariose, o anel vermelho e o amarelecimento fatal.

Nesse contexto, a cultura de tecidos vegetais apresenta-se como uma relevante ferramenta da agricultura pelas várias aplicações que possui dentro de um programa de melhoramento vegetal, como a clonagem de vegetais, o melhoramento genético e a produção de mudas sadias. Nos programas de melhoramento de dendezeiros, o objetivo é o aumento do potencial de produção de óleo. A micropropagação tem sido a técnica mais utilizada, pois, possibilita a multiplicação rápida de uma planta ou genótipo. O dendê é normalmente micropropagado a partir de sementes germinadas e demonstra grande desenvolvimento.

No Brasil, dentre os óleos vegetais, empregados na produção de biodiesel, o dendê se sobressai aos demais, sendo uma opção ao diesel de petróleo e contribuindo para a geração de um mercado para a produção em grande escala de biodiesel. Além de ocupar uma posição de destaque na produção e geração de energia renovável de origem agrícola, o país dispõe de extensas áreas agricultáveis que podem ser incorporadas ao processo produtivo de maneira sustentável.

Nesse sentido, a biotecnologia vegetal fornece elementos de grande relevância econômica para os processos industriais como, por exemplo, a clonagem vegetal que possibilita o desenvolvimento de produtos livres de doenças. Dentre as palmeiras, o dendê se destaca também pelo seu bom desenvolvimento através da micropropagação. Entretanto, a maioria dos protocolos de regeneração de dendê in vitro utilizam sementes como explantes (pequenos fragmentos de tecido vivo). Assim, a presente revisão tem por objetivo apresentar a viabilidade da produção de dendê, destacando também os principais problemas do seu cultivo, como produção de mudas e controle de pragas e doenças.

2 O DENDEZEIRO: ASPECTOS GERAIS

O dendezeiro (Elaeis guineenses Jacq.) é uma palmeira nativa da África ocidental e naturalizada no Brasil, inicialmente, no Estado da Bahia, no fim do século XVI e depois na região amazônica onde, atualmente, estão as maiores áreas cultivadas (VENTURIERI et al., 2009). De estipe anelado e ereto, esta palmeira pode chegar até 15 metros de altura, se desenvolve normalmente em regiões de clima tropical úmido e apresenta como principal produto o óleo extraído da polpa do fruto, conhecido internacionalmente como palm oil ou óleo de palma (CARVALHO, 2009).


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O fruto do dendê produz dois tipos de óleo: o azeite de dendê ou de palma, extraído do mesocarpo (parte externa do fruto); e o óleo de amêndoa chamado óleo de palmiste (palm kernel oil), extraído da semente. De acordo com Pandolfo (apud Cardoso, 2010), pode-se extrair até 22% de óleo da polpa e até 3,5% de óleo da amêndoa sobre o peso do cacho. Com ampla utilização, o azeite de dendê apresenta-se como matéria-prima para uso alimentício, medicinal, oleoquímico e industrial.

A cultura do dendê se destaca na agricultura mundial por possuir elevada produção de óleo por unidade de área, alcançando uma produtividade média de 4 a 5 toneladas de óleo por hectare/ano (MOURA, 2008). No Brasil, as maiores parcelas de cultivo estão situadas na região amazônica – mais de 60.000 hectares, sendo o Estado do Pará o maior produtor brasileiro, tanto do azeite de palma, quanto do óleo de palmiste, responsável por 80% da produção nacional (CARVALHO; BALDANI; REIS, 2001). No contexto ambiental e biológico, os aspectos mais importantes para o rendimento da cultura são os relacionados à planta, solo e clima.

3 PRODUÇÃO DE MUDAS

O clima exerce grande influência nos processos produtivos do dendezeiro, provocando respostas variadas, seja na produção do fruto, seja na produção do óleo. As variações pluviométricas anuais se refletem na sexualização das inflorescências e na produção dos cachos. Além disso, propriedades do solo como textura, umidade, drenagem, porosidade e características químicas, também podem interferir na produção das plantas (SANTOS, 2010).

A fase de produção de mudas de dendê tem a finalidade de obter plantas de alta qualidade agronômica e que estejam aptas para serem levadas ao campo no período apropriado, levando em consideração o regime pluviométrico da região (FABIANO et al., 2008). A formação de mudas normalmente é feita em duas etapas denominadas pré-viveiro, cuja fase de formação ocorre em área coberta com sombrite ou palha de palmeiras, e de viveiro, geralmente feito a céu aberto, próximo à fonte de água e em terreno plano com ligeira inclinação para drenagem.

Em um amplo período de pré-viveiro, a formação da muda final pode ser prejudicada. Normalmente, a fase de pré-viveiro tem sido administrada por aproximadamente 3 a 4 meses quando a muda deve apresentar quatro folhas lanceoladas estando apta para o viveiro (TEIXEIRA et al., 2009). Apenas as plantas sadias, livres de anomalias, pragas e doenças serão transplantadas para o viveiro. Além da fertilização, o tempo de viveiro (pode variar de 7-12 meses) deve ser levado em conta para que o espaçamento entre as mudas esteja na medida correta, visto que pode influenciar o crescimento vegetativo (CARVALHO; BALDANI; REIS, 2001).

O viveiro deve passar por cuidados como: irrigação, cujo abastecimento de água aumenta à medida que a muda cresce; monda, em que se efetua a eliminação de ervas daninhas; adubação, contendo uma mistura de fertilizantes; e controle de pragas. Quando a muda atingir cerca de 60 cm de altura e 10-12 folhas definitivas estará apta para o plantio definitivo. Contudo, deve-se


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ressaltar a alta suscetibilidade do dendezeiro às infestações acentuadas de pragas e doenças, o que certamente demanda métodos relacionados à resistência/tolerância (CARDOSO et al., 2010).

4 PRINCIPAIS PRAGAS E DOENÇAS

O dendezeiro pode ser afetado por pragas e enfermidades, que muitas vezes dificultam a expansão da cultura. Além de provocarem a morte da planta e a perda de grandes áreas de plantio, afetam negativamente a economia dos países que cultivam o dendê por causarem danos na produção. Dentre as pragas que infestam essa oleaginosa estão os roedores, insetos e lagartas desfolhadoras. E entre as doenças o Anel Vermelho (AV), Fusariose ou Secamento Letal (SL), Amarelecimento Fatal (AF), Marchitez Sorpresiva, Arcada Foliar ou Doença da Coroa e Podridão Seca do Coração ou Mancha Anular.

A principal praga na dendeicultura é o besouro Rhynchophorus palmarum (Figura 1), cuja fêmea deposita seus ovos nos cortes das folhas e cachos liberando lagartas esbranquiçadas sem patas, que se alimentam do caule da planta abrindo galerias que provocam podridão interna e atingem o meristema ocasionando a morte da planta. Essa praga possui hábito diurno e é facilmente vista voando dentro de plantações atacadas. O adulto vive de 45 a 60 dias e as fêmeas põem, em média, 250 ovos durante o seu ciclo de vida, sendo possível observar machos e fêmeas em constantes acasalamentos (SOUZA & LEMOS, 2006). Além da importância econômica, a relevância deste inseto encontra-se no fato de ser o principal vetor do nematoide causador da doença anel vermelho (ALVES, 2007).

Figura 1. Adultos (macho e fêmea) da broca-do-coqueiro (Rhynchophorus palmarum). Fonte: Sistema de Produção do Açaí – Pragas e Métodos de Controle. SOUZA & LEMOS, 2006.

No Brasil, a fusariose, o anel vermelho e o amarelecimento fatal são as doenças mais importantes por causarem as maiores perdas na produção (BOARI, 2008). A fusariose (Figura 2) é causada pelo fungo Fusarium oxysporum f.sp. elaeidis e se caracteriza por um amarelecimento tênue e descoloração das folhas no centro da coroa, que progride das folhas mais velhas para as medianas como sintoma inicial, provocando o secamento da planta e, consequentemente, sua morte. Até o presente não existe nenhum tratamento curativo, entretanto, a SEAGRI (1999) recomenda o uso de variedades resistentes ou tolerantes.


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Figura 2. Sintomas avançados da fusariose. Fonte: As Doenças do Dendê na Região Amazônica Brasileira. FREIRE, 1988.

O anel vermelho, doença causada pelo nematoide Bursaphelenchus cocophilus transmitido de

uma planta a outra pelo Rhynchophorus palmarum, apresenta uma redução no crescimento das folhas centrais que permanecem juntas formando uma coluna compacta e ereta e que exibem amarelecimento chegando a secar ou apodrecer completamente (Figura 3). Há o bloqueio do crescimento das folhas mais novas, apodrecimento das inflorescências e cachos e necrose dos folíolos. As plantas afetadas devem ser destruídas e o controle aplicado ao inseto vetor através de um eficiente sistema de iscas (FREIRE, 1988).

Figura 3. Sintomas do anel vermelho nas folhas. Fonte: As Doenças do Dendê na Região Amazônica Brasileira. (FREIRE, 1988).

O amarelecimento fatal é uma doença de etiologia desconhecida e se caracteriza pelo amarelecimento dos folíolos basais das folhas mais jovens (Figura 4), podendo chegar ao secamento total da planta (RAMOS; VEIGA; FURLAN JÚNIOR, 2006). Um dos principais sintomas é a seca da folha flecha, cuja morte impede a produção de cachos. Embora possa ocorrer a remissão de folhas, a produtividade de cachos é muito baixa e, a ocorrência da remissão temporária da planta é seguida do declínio generalizado e morte (BOARI, 2008).


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Figura 4. Sintomas de Amarelecimento Fatal nas folhas em estádio avançado. Fonte: As Doenças do Dendê na Região Amazônica Brasileira. (FREIRE, 1988).

Apesar de se constituir em um sério problema fitossanitário, o AF não possui medidas de controle eficazes. Todavia, pesquisas de origem abiótica buscam fatores físico-químicos para a causa das anomalias, enquanto as de natureza biótica procuram um agente e/ou vetor. Trabalhos de grande importância como o emprego de híbridos interespecíficos, a produção, avaliação e seleção de material resistente ou tolerante ao AF e com boa capacidade produtiva são realizados na área da Denpasa (Dendê do Pará S.A.), em parceria com a Embrapa Amazônia Ocidental para o controle da doença (MÜLLER; FURLAN JÚNIOR; CELESTINO FILHO, 2006).

5 O MELHORAMENTO GENÉTICO E A CULTURA DE TECIDOS

O melhoramento de plantas tem por objetivo a introdução de cultivares superiores na agricultura mediante o melhoramento das características hereditárias. Além de disponibilizar cultivares adaptadas às mais variadas latitudes, possibilitando considerável desenvolvimento à cultura, o melhoramento vegetal contribui de forma significativa à agricultura pela criação de cultivares resistentes ou tolerantes aos insetos-pragas, viabilizando, portanto, a manutenção da espécie. A cultura de tecidos vegetais tem várias aplicações práticas utilizadas de diferentes formas dentro de um programa de melhoramento vegetal, dentre as quais se destacam a clonagem de vegetais, o melhoramento genético e a produção de mudas sadias que podem ser multiplicadas massivamente (CARVALHO & ARAÚJO, 2007).

A cultura de tecidos in vitro consiste, basicamente, no cultivo de pequenos fragmentos de tecido vivo (explantes) isolados de um organismo vegetal, desinfestados e sob condições assépticas: explantes permaneceram em solução desinfetante foi aproximadamente 20 minutos (CARDOSO, 2010; CARVALHO, 2009; MOURA, 2007; MELO et al., 2001) antes de serem inoculados em um meio de cultura apropriado (ANDRADE, 2002). A partir desses fragmentos – gemas, folhas ou raízes, etc., obtêm-se milhares de plantas idênticas que, posteriormente, são aclimatadas e levadas ao campo, onde se desenvolvem normalmente. O cultivo se baseia na teoria da totipotência na qual a célula é autônoma e tem a capacidade de regenerar organismos inteiros, idênticos à matriz doadora sob condições físicas e nutricionais adequadas (GONÇALVES & OLIVEIRA, 2009).

Além de ser empregada para a multiplicação de espécies de difícil propagação, a cultura de tecidos engloba processos de regeneração como a organogênese ou embriogênese somática;


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práticas como a cultura de meristemas, cultura de anteras, cultura de embriões, entre outras; e técnicas de grande importância como a limpeza clonal, que visa à obtenção de plantas livres de patógenos, e a micropropagação (ANDRADE, 2002). Enfim, pode ser utilizada desde a multiplicação de material genético, para a troca e a avaliação de germoplasma, até a produção de mudas livres de vírus.

Produtividades máximas podem ser obtidas pela utilização de cultivares melhoradas, assim, nos programas de melhoramento de dendezeiros, o objetivo é o aumento do potencial de produção de óleo por unidade de área plantada, visando à seleção de genótipos mais promissores (SANTOS, 2010). Prospecções e avaliações de coleções de germoplasma1 de dendezeiros podem determinar a variabilidade genética existente e a potencialidade de uso no melhoramento genético. De acordo com Santos (2010), foram realizadas prospecção e caracterização morfológica de populações subespontâneas na Bahia, onde foram identificadas áreas de dendezais com variabilidade potencial para ser explorada em programas de melhoramento.

Palmeiras como a pupunheira, dendezeiro, tamareira e coqueiro representam o potencial das técnicas in vitro, visto que progressos significativos são obtidos através da micropropagação (CARDOSO, 2010). Todavia, problemas como a aquisição de explantes apropriados, o estabelecimento de culturas viáveis e a oxidação acelerada de tecidos injuriados podem prejudicar a propagação in vitro. Ademais, as palmeiras são plantas recalcitrantes à micropropagação, o que requer a adição de reguladores de crescimento ao meio de cultura, essencial à indução de regeneração de plantas completas de dendê (TISSERAT, apud Cardoso, 2010).

5.1 Meios de Cultura

Depois de isolados, os explantes são inoculados em tubos de ensaio ou frascos contendo meio nutritivo. Os meios nutritivos se baseiam nas exigências nutricionais das plantas e variam com a espécie que, muitas vezes, requer meios de cultura distintos para o desenvolvimento in vitro. O meio de cultura é composto de micro e macronutrientes (sais minerais), fonte de carbono (carboidratos), vitaminas e reguladores de crescimento. Estes são úteis como indutores do desenvolvimento dos explantes, principalmente auxinas e citocininas – as classes de reguladores de crescimento mais utilizadas na cultura de tecidos (PEREIRA & MELO, 2011).

Além destes componentes, outros como a água, agentes gelificantes e o pH integram o meio de cultura. Agentes gelificantes como, por exemplo, o ágar (polissacarídeo produzido por algas marinhas) é utilizado para ajustar a consistência do meio que depende de sua concentração. O pH é normalmente ajustado com HCl (ácido clorídrico) ou NaOH (hidróxido de sódio) e pode influenciar na disponibilidade de nutrientes, nos fitorreguladores e no grau de solidificação do ágar. Na maioria das espécies, o melhor ajuste está na faixa de 5 a 6,5 para um crescimento adequado, promovendo, inclusive, maior e melhor aproveitamento dos nutrientes pelo explante (PIERIK, apud Carvalho e Araújo, 2007).

1 Segundo Towill (2000), germoplasma representa o conjunto de materiais hereditários de uma espécie e, num conceito mais restrito...”o conjunto de genótipos disponíveis para melhoramento de uma espécie cultivada”.


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A combinação adequada entre esses componentes e as condições ambientais em que serão mantidos os explantes após sua inoculação no meio nutritivo é a base da tecnologia da cultura de tecidos vegetais (ANDRADE, 2002). Condições de luminosidade como intensidade, qualidade e fotoperíodo, de temperatura e de vasilhame da cultura (tamanho e permeabilidade a trocas gasosas) influenciam significativamente o meio, por isso, este deve ser esterilizado após sua distribuição nos frascos de cultura (PEREIRA & MELO, 2011).

Em relação ao cultivo de palmeiras in vitro, o meio mais utilizado é o idealizado por Murashige e Skoog, em 1962, conhecido mundialmente como meio MS. O efeito dos reguladores vegetais no crescimento e desenvolvimento do embrião de dendê pode ser analisado adicionando-se ao meio auxinas (ANA - ácido naftaleno acético ou 2,4-D – ácido 2,4-diclorofenoxiacético) e citocininas (BAP – 6-benzilaminopurina). Esta citocinina induz a formação de grandes números de brotos e alta taxa de multiplicação em muitos sistemas de micropropagação. Os mecanismos de contrabalanço entre estes reguladores são responsáveis pela maioria dos eventos fisiológicos que ocorrem na planta, além de serem necessários à viabilidade dos vegetais (ALVES, 2007).

Segundo Melo et al. (2001), um dos aspectos mais sérios relacionados à cultura de tecidos de palmeiras é a oxidação de compostos fenólicos liberados pelos explantes, pois, inibe o crescimento do mesmo. Algumas medidas para evitar a oxidação do meio de cultura sugeridas por Grattapaglia & Machado (1998) apud Melo et al.(2011) são: lavagem do material antes da desinfestação em água corrente, auxiliando na lixiviação dos compostos fenólicos; utilização de antioxidantes como ácido ascórbico, polivinilpirrolidone (PVP), carvão ativado e incubação inicial dos explantes no escuro. De acordo Paranjothy e Othaman (1982) apud Melo et al. (2001), embriões zigóticos de Elaeis guineensis, variedade pisifera de dendê, desenvolveram-se rapidamente de plântulas cultivadas em meio contendo carvão ativado, porém em meios de cultura isentos de carvão o desenvolvimento de raízes não ocorreu. Para Tisserat (1987) apud Melo et al. (2001), em protocolos de cultura de tecidos de palmeiras, o carvão ativado promove os melhores resultados; por isso, passou a ser incluído como procedimento-padrão.

5.2 Micropropagação

A propagação in vitro de plantas tem sido a técnica mais utilizada e de maior aplicabilidade entre todas as demais, pois, além de ser apontada como a de maior interesse econômico no mercado brasileiro, permite a propagação clonal de plantas (SPRICIGO & MOMBACH, 2008). A micropropagação possibilita a multiplicação rápida de uma determinada planta ou genótipo, que apresente características agronômicas desejáveis. A propagação convencional é um processo lento durante o qual doenças e problemas com patógenos, muitas vezes, diminuem a produção. Assim, a micropropagação apresenta a vantagem de produzir milhares, e até, bilhões de plantas sadias, em curto espaço de tempo (PEREIRA & MELO, 2011).

Tendo como base explantes meristemáticos, esta via de regeneração oferece a vantagem de fazer a multiplicação direta, ou seja, as plantas regeneram-se diretamente de um tecido organizado sem a necessidade de um estádio de calo. Contudo, a multiplicação por meio de cultura de calos

possibilita a obtenção de uma grande quantidade de plantas a partir de um único explante,

bioenergia em revista: diálogos, v. 2, n. 1, p.BRAZILIO, Marcia; BISTACHIO, Natalia Juliana; PERINA, Vanessa de Cillos SDaniela Defavari do Revisão: O Dendezeiro (Elaeis guineensis Jacq.)

conferindo ampla eficiência na produção rápida de plantas micropropagação vegetal (Figura 5), observamsuperficial; depois, os explantes são isolados com a porção meristemática e inoculados em meio de cultura; após o desenvolvimento do explante, ocorre a multiplicação, o enraizamento e aclimatização; finalmente a travitro (GONÇALVES & OLIVEIRA, 2009).

Figura 5. Etapas da micropropagação: 1) obtenção do material vegetal em campo e desinfestação superficial; 2) isolamento de explantes com porção meristeexplante desenvolvido; 5) multiplicação e enraizamento; 6) aclimatização; 7) transferência para telado/campo ou retorno para o início do processo Fonte: Embrapa Acre: Ciência e tecnologia para o desenvolAmazônia. GONÇALVES & OLIVEIRA, 2009.

O dendezeiro é normalmente propagado por sementes, cuja germinação começa pelo alongamento do embrião, forçando a sua passagem através do poro germinativo.Cardoso (2010), “o embrião emergente forma um “botão” de tecido que rapidamente desenvolve uma plúmula (broto caulinar) em uma radícula” [...]. O dendê está entre as palmeiras que mais se desenvolvem através da micropropagação. Produtividades de óleo de dendê da ordemtoneladas por hectare/ano podem ser obtidas através da clonagem de indivíduos com alto potencial de produção (VIEGAS & MULLER,

O alto custo de produção de mudas micropropagadas é justificado pela necessidade de instalações de alto valor de implantação como laboratórios e mão de obra especializada. Apesar do custo elevado das mudas, Brito e Dutra (2009) observam que há uma redução no custo com defensivos agrícolas, além de um aumento na produtividade.

6 O DENDÊ E O BIODIESEL

O Brasil ocupa uma posição de destaque na produção e geração de energia renovável de origem agrícola. O país dispõe de uma sólida indústria sucroalcooleira e de extensas áreas agricultáveis que podem ser incorporadas ao processo produtivo de maneira sustentáNETO & FALEIRO, 2009). Assim como o etanol, os óleos vegetais compõem as principais

bioenergia em revista: diálogos, v. 2, n. 1, p.27-45, jan./jun. 2012. BRAZILIO, Marcia; BISTACHIO, Natalia Juliana; PERINA, Vanessa de Cillos S

Revisão: O Dendezeiro (Elaeis guineensis Jacq.)

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conferindo ampla eficiência na produção rápida de plantas in vitro. Nas etapas básicas da micropropagação vegetal (Figura 5), observam-se a obtenção da planta e a desinfestação superficial; depois, os explantes são isolados com a porção meristemática e inoculados em meio de cultura; após o desenvolvimento do explante, ocorre a multiplicação, o enraizamento e aclimatização; finalmente a transferência para o campo ou retorno para o início do processo

(GONÇALVES & OLIVEIRA, 2009).

Etapas da micropropagação: 1) obtenção do material vegetal em campo e desinfestação

superficial; 2) isolamento de explantes com porção meristemática; 3) explante em meio de cultura; 4) explante desenvolvido; 5) multiplicação e enraizamento; 6) aclimatização; 7) transferência para telado/campo ou retorno para o início do processo in vitro.

Embrapa Acre: Ciência e tecnologia para o desenvolvimento sustentável do Sudoeste da Amazônia. GONÇALVES & OLIVEIRA, 2009.

O dendezeiro é normalmente propagado por sementes, cuja germinação começa pelo alongamento do embrião, forçando a sua passagem através do poro germinativo.

embrião emergente forma um “botão” de tecido que rapidamente desenvolve uma plúmula (broto caulinar) em uma radícula” [...]. O dendê está entre as palmeiras que mais se desenvolvem através da micropropagação. Produtividades de óleo de dendê da ordemtoneladas por hectare/ano podem ser obtidas através da clonagem de indivíduos com alto potencial de produção (VIEGAS & MULLER, apud Alves, 2007).

O alto custo de produção de mudas micropropagadas é justificado pela necessidade de lto valor de implantação como laboratórios e mão de obra especializada. Apesar

do custo elevado das mudas, Brito e Dutra (2009) observam que há uma redução no custo com defensivos agrícolas, além de um aumento na produtividade.

6 O DENDÊ E O BIODIESEL

Brasil ocupa uma posição de destaque na produção e geração de energia renovável de origem agrícola. O país dispõe de uma sólida indústria sucroalcooleira e de extensas áreas

que podem ser incorporadas ao processo produtivo de maneira sustentáNETO & FALEIRO, 2009). Assim como o etanol, os óleos vegetais compõem as principais

BRAZILIO, Marcia; BISTACHIO, Natalia Juliana; PERINA, Vanessa de Cillos Silva; NASCIMENTO,

. Nas etapas básicas da e a obtenção da planta e a desinfestação

superficial; depois, os explantes são isolados com a porção meristemática e inoculados em meio de cultura; após o desenvolvimento do explante, ocorre a multiplicação, o enraizamento e

nsferência para o campo ou retorno para o início do processo in

Etapas da micropropagação: 1) obtenção do material vegetal em campo e desinfestação mática; 3) explante em meio de cultura; 4)

explante desenvolvido; 5) multiplicação e enraizamento; 6) aclimatização; 7) transferência para

vimento sustentável do Sudoeste da

O dendezeiro é normalmente propagado por sementes, cuja germinação começa pelo alongamento do embrião, forçando a sua passagem através do poro germinativo. De acordo com

embrião emergente forma um “botão” de tecido que rapidamente desenvolve uma plúmula (broto caulinar) em uma radícula” [...]. O dendê está entre as palmeiras que mais se desenvolvem através da micropropagação. Produtividades de óleo de dendê da ordem de 6 a 8 toneladas por hectare/ano podem ser obtidas através da clonagem de indivíduos com alto

O alto custo de produção de mudas micropropagadas é justificado pela necessidade de lto valor de implantação como laboratórios e mão de obra especializada. Apesar

do custo elevado das mudas, Brito e Dutra (2009) observam que há uma redução no custo com

Brasil ocupa uma posição de destaque na produção e geração de energia renovável de origem agrícola. O país dispõe de uma sólida indústria sucroalcooleira e de extensas áreas

que podem ser incorporadas ao processo produtivo de maneira sustentável (FARIAS NETO & FALEIRO, 2009). Assim como o etanol, os óleos vegetais compõem as principais


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fontes para obtenção de biodiesel e, a pesquisa de diferentes espécies oleaginosas, adaptadas às diferentes regiões do país, propicia a análise da situação tecnológica para o cultivo sustentável das principais culturas com potencial para a produção de biodiesel no Brasil (PERES & BELTRÃO, 2006).

Conforme Peres e Beltrão (2006), as principais oleaginosas com domínio tecnológico são o amendoim, algodão, mamona, soja, girassol, gergelim, canola e dendê. O dendê está entre as espécies com maior potencial para produção de biodiesel, considerando a alta produtividade de óleo e densidade energética. Além de ser uma fonte de energia alternativa renovável e uma opção ao diesel de petróleo, o óleo de palma apresenta diversas vantagens de potencialidade social, econômica e ecológica na matriz energética brasileira (MATOS, 2009).

Outrossim, os resíduos sólidos gerados no processamento dos frutos de dendê podem gerar energia térmica ou elétrica para a própria unidade industrial ou para uso nas comunidades rurais. A existência de grande disponibilidade de terras aptas à dendeicultura confere ao Brasil o maior potencial mundial para a produção do óleo de palma. Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento, o óleo diesel pode ser substituído parcialmente por biocombustível de dendê a partir de iniciativas que demonstrem a viabilidade técnico-econômica da produção e utilização desse óleo transesterificado em diferentes segmentos de suas atividades (CONAB, 2006).

Faz-se necessário salientar que o biodiesel de dendê apresenta alguns problemas como os altos pontos de nebulização e de fusão, o que pode promover sua cristalização em temperaturas mais baixas. Esta característica se deve ao fato de que o óleo de palma contém em torno de 32 a 45% de ácido palmítico, 2 a 7% de ácido esteárico, 38 a 52% de ácido oleico e 5 a 11% de ácido linoleico (SANDROLHOSSEINI et al., 2011). Entretanto, segundo os mesmos autores, é possível obter biodiesel de dendê com menor concentração de metil ésteres de ácidos graxos saturados (C16: 0) através de um processo de adição de metanol adicional ao metil éster obtido da transesterificação do óleo de palma, seguido de resfriamento a 5oC por 24 horas e posterior filtragem a vácuo para remoção do metanol remanescente.

Mais recentemente, o biocombustível de dendê foi criticado nos EUA (Estados Unidos da América) e na Europa pala Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA), que avaliou a emissão de CO2 no processo de produção e, principalmente, no desmatamento que pode ser gerado devido ao aumento de área plantada. A partir deste estudo, a EPA concluiu que o biodiesel produzido a partir de óleo de palma não se qualifica para os requisitos mínimos de redução de 20% das emissões de gases do efeito estufa, em comparação com o petróleo bruto (CARRRINGTON, 2012). Segundo o Ministério de Desenvolvimento Agrário, a produção de palma no Brasil será feita com “desmatamento zero” e não deverá gerar impacto ambiental, já que a plantação da palma fora de áreas identificadas é proibida e ajuda inclusive a evitar o desmatamento, pois fornece alternativa de renda em áreas ameaçadas, aliviando a pressão à floresta (BRASILAGRO, 2012).

A Embrapa Agroecologia possui um dos maiores programas de produção de óleo de palma e biodiesel de dendê, realizando pesquisas para aprimoramento genético da planta e produção de sementes para suprir a crescente demanda de expansão do cultivo. Somente em 2011, foram fornecidas 1,5 milhão de sementes, uma demanda 65% maior que em 2010. Em 2012, a expectativa da Embrapa de Manaus é de elevar a produção para 2 milhões.


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7 CONSIDERAÇÕES FINAIS

As vantagens competitivas brasileiras oferecem ao país um papel de liderança na agricultura de energia e no mercado internacional de bioenergia. Detentor de vastos recursos naturais e de características climáticas que favorecem a produção de biocombustíveis, o Brasil gera um mercado para a produção em grande escala de biodiesel (SANTOS, 2005). O Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel permite o emprego de diversas oleaginosas ou matérias-primas animais, flexibilizando, desta forma, a participação do agronegócio no mercado nacional de combustíveis e introduzindo o biodiesel neste mercado com especificação única (CAMPOS & CARMELIO, 2006). Ademais, a capacidade técnica e econômico-política consolida o natural talento do Brasil em produzir energia renovável.

A biotecnologia vegetal ocupa uma posição de grande relevância econômica para os processos industriais, pois, otimiza a oferta de produtos diferenciados, apresentando maior valor agregado e permite a redução nos custos de produção. A clonagem vegetal, para exemplificar, é uma técnica de grande utilização no melhoramento vegetal e possibilita o desenvolvimento de produtos livres de doenças (SPRICIGO & MOMBACH, 2008). A exploração de palmeiras nativas, por exemplo, que não são submetidas a nenhum melhoramento genético, resulta em baixo rendimento produtivo (D’ÁVILA & SANTOS, 1998).

No aspecto econômico, o dendê se destaca pelo elevado rendimento e produção contínua durante todo ano, com expectativas de suprir necessidades regionais e nacionais e de ampliar as exportações, pois, além de ser um produto com grande demanda no mercado internacional, a cultura apresenta, entre outras coisas, sustentabilidade ecológica, pouca mecanização e reduzida aplicação de defensivos agrícolas. A versatilidade do seu aproveitamento proporciona maiores perspectivas de consumo, uma vez que propicia a obtenção por volta de 145 produtos industrializados (SUFRAMA, 2003).

O avanço crescente do mercado de óleo de palma no mundo e a potencialidade de crescimento da produção nacional revelam uma grande oportunidade para o agronegócio brasileiro. Segundo dados da AGRIANUAL, apud Farias et al., 2009, a produção do Brasil ainda se mostra ínfima em relação ao total mundial – apenas 0,42% em 2007. O Estado do Pará lidera atualmente a produção nacional de dendê, apresentando um rendimento de 2500 kg de óleo por hectare e uma cadeia produtiva bem estruturada, com o emprego de tecnologias avançadas, conseguindo, deste modo, contemplar desde a produção primária até o refino industrial (SEMEDO, 2006).

O óleo de palma apresenta perspectivas otimistas no mercado mundial devido às vantagens econômicas e extra econômicas que oferece como alta produtividade, condições favoráveis de competitividade no mercado, baixo custo de produção, propriedades químicas ricas em nutrientes como as vitaminas A e E, entre outras. A dinâmica da expansão deste mercado está vinculada tanto à evolução do setor industrial, que cria usos alternativos para este produto, como ao desenvolvimento econômico de diversos países que se reflete no incremento da renda per capita dos consumidores (COSTA, et al., 1998).


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A valorização global da palma tem ocorrido principalmente em virtude de seu crescente uso na fabricação de biodiesel. Os biocombustíveis têm relevância energética, ambiental e social, impondo, portanto, a necessidade de uma visão estratégica do processo de inserção de novas alternativas. O biodiesel se insere neste processo e propicia o aproveitamento das potencialidades (principalmente do Brasil) da agricultura como produtora de energia limpa e renovável, acatando, simultaneamente, as restrições impostas pela sua intransferível função de produzir alimentos (VIEIRA, 2006).

No Brasil, através do Programa Probioamazon Dendê, foi priorizada para a Amazônia a cultura do dendê como fonte geradora de matéria-prima para o desenvolvimento do Programa Biodiesel, em razão dos inúmeros aspectos benéficos que promove. Além disso, o Probioamazon conta com um amplo programa de geração de emprego e renda para melhorar a qualidade de vida da população que vive nesta região (ALVES, 2007). Assim, além dos benefícios econômicos e ambientais, a dendeicultura inclui, também, um relevante desempenho social.

No que diz respeito à produção de mudas por micropropagação, o seu custo de aquisição é relativamente alto, porém, o investimento permite a redução de custos com defensivos e o aumento da produtividade e da qualidade das mudas (BRITO & DUTRA, 2009). Basicamente, a produção de mudas in vitro requer infraestrutura física para o laboratório e casas-de-vegetação, equipamentos, vidraria, reagentes e mão-de-obra treinada que, segundo Oliveira, apud Nino et al. (2005), representa 40% a 70% do custo de produção.

Comparativamente, a produção de mudas pelo método convencional apresenta como fator essencial a qualidade da muda, capaz de proporcionar uma produtividade de qualidade durante longo tempo e rentabilidade ao produtor. Por isso, sua obtenção deve ser feita a partir de viveiristas qualificados e devidamente registrados junto à Secretaria da Agricultura. Além disso, deve-se considerar: o custo de aquisição ou de produção da muda; a obtenção de material propagativo com perfeita sanidade; e a estrutura de produção para viveiro, como mão-de-obra, instalações, área adequada, irrigação, dentre outros (HOFFMANN, et al., 2003).

Por esse sistema, o agricultor deve usar tecnologias que maximizem os seus benefícios diretos, levando em conta as restrições físicas, biológicas, econômicas e institucionais. Fatores como a escolha da cultivar, a estrutura de logística, a organização para competir no mercado e a relação de preços entre insumos e produto devem ser avaliados (HOFFMANN, et al., 2003).

Em relação à produção de mudas micropropagadas, o custo é variável em função da escala de produção, do nível tecnológico utilizado, da remuneração da mão-de-obra, da distância do laboratório dos centros fornecedores de insumos e equipamentos, da qualidade das estruturas do laboratório e casas-de-vegetação e das estratégias utilizadas para a minimização de despesas, como por exemplo, o uso de iluminação natural, a substituição da sacarose e do ágar, dentre outras. A instalação do laboratório na zona rural pode contribuir para a redução do custo de produção, uma vez que, a energia elétrica é subsidiada e a mão-de-obra normalmente menos onerosa (NINO, et al., 2005).

Desta forma, a produção de mudas através da micropropagação torna-se viável em função da potencialidade da cultura do dendê e do fato dos produtores estarem buscando novas cultivares, já que este sistema permite a multiplicação em massa de plantas sadias. Assim, a atividade apresenta-se como uma oportunidade atraente de investimento. E, de acordo com Nino


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et al. (2005), o viveirista também deveria valer-se da estrutura do laboratório para a produção de mudas visando maximizar o uso dos meios de produção e aumentar a competitividade.

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1 Marcia BRAZILIO é Tecnóloga em Biocombustíveis pela FATEC Piracicaba. 2 Natalia Juliana BISTACHIO é Tecnóloga em Biocombustíveis pela FATEC Piracicaba. 3 Vanessa de Cillos SILVA é Doutoranda em Ciências pela Universidade de São Paulo, Mestre em Ciências pela Universidade de São Paulo (2008), possui graduação em Engenharia Agronômica pela Universidade de São Paulo (2005). 4 Daniela Defavari do NASCIMENTO. Possui experiência na área de Agronomia, com ênfase em Bioquímica e Biologia Molecular, atuando principalmente nos seguintes temas: cultura de tecidos, micropropagação de plantas, clonagem gênica, transformação genética de plantas (Tabaco, Arabidopsis, Eucalipto e cana-de-açúcar), análises moleculares, DNA e RNA. Seleção e identificação molecular de: bactérias envolvidas na produção de biogás; e de leveduras para produção de cervejas artesanais. É professora da FATEC Piracicaba.

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Efeito de embalagens de politereftalato de etileno em vinhos tintos suaves submetidos à radiação gama (co60) para envelhecimento

precoce

PIRES, Juliana Angelo

SCANHOLATO, Mariana

HARDER, Marcia Nalesso Costa

ARTHUR, Valter

MORAES, Liz Mary Bueno de

RESUMO O presente trabalho objetivo avaliar a influência do material politereftalato de etileno, durante o processo de irradiação dos vinhos tintos através da radiação gama (Co60) e a eficácia do material para o armazenamento desta bebida. O método tradicional de armazenamento dá-se na ausência de oxigênio e acondicionando as bebidas em garrafas ou barris de carvalho. O que garante sua preservação e também para alguns vinhos um bom envelhecimento. Desde 1963 é possível o uso da irradiação para estes mesmos fins, utilizando-se da radiação gama emitida pelo radioisótopo Co60, demonstrados em experimentos realizados com vinhos brancos e do porto. Foram preparadas amostras de vinho tinto suaves, sendo obtidos em comercio local. As doses de radiação utilizadas foram 0kGy, 1kGy, 3kGy e 6kGy. As amostras foram submetidas a análises físico-químicas (teor alcoólico, acidez fixa, acidez volátil, pH, sólidos solúveis). O teor alcoólico dos vinhos não aumentou, conforme o crescimento das doses de irradiação. Houve diminuição do pH. acidez fixa e volátil demonstrou-se com oscilações. Houve oscilação para o teor de sólidos solúveis. Portanto demonstrou-se através dos resultados das análises físico-químicas estarem dentro do esperado, pois os mesmos foram encontrados em outros experimentos, constatou-se a ausência de interferência dos materiais e politereftalato de etileno no processo de irradiação para fins de envelhecimento de vinhos tintos suaves. E pelo mesmo motivo, também foi possível averiguar a eficácia dos materiais referidos, para o armazenamento dos vinhos, uma vez que não influenciaram os parâmetros analisados. Palavras chave: vinho tinto suave, radiação gama, embalagens, PET.

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ABSTRAT This study evaluates the influence of polyethylene terephthalate material during the process of irradiation of red wines through the gamma radiation (Co60) and the effectiveness of the material for the storage of the beverage. The traditional method of storage occurs in the absence of oxygen and equipping the drinks in bottles or oak barrels. What ensures their preservation and also for some good wine aging. Since 1963 it is possible to use the same irradiation for these purposes, using the gamma radiation emitted by the radioisotope Co60 shown in experiences with white wines carried out and the port. Samples were prepared from soft red wine obtained in local market. The radiation doses were 0kGy; 1kGy; 3kGy and 6kGy. The samples were submitted to physic-chemical analysis (alcohol content; fixed acidity; volatile acidity; pH and soluble solids). The alcohol content was not observed in the analysis of soft wine. The pH decreased. Fixed and volatile acidity showed oscillations. There was an oscillation of soluble solids content. Therefore the results demonstrate the physicochemical analysis are as expected as they were found in other experiments there is a absence of interference from ethylene polyterephthalate materials in the irradiation process for soft red wines aging. And for the same reason it was also possible to ascertain the effectiveness of these materials for the storage of the wines. Key words: soft red wine, gamma radiation, packing, PET

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RESUMEM Este estudio evalúa la influencia de polietileno tereftalato de material durante el proceso de irradiación de vinos tintos a través de la radiación gamma (Co60) y la eficacia del material para el almacenamiento de la bebida. El método tradicional de almacenamiento se produce en ausencia de oxígeno y el equipamiento de las bebidas en botellas o en barriles de roble. Lo que asegura su preservación y también para algunos el envejecimiento de un buen vino. Desde 1963 es posible usar la irradiación misma para estos fines, utilizando la radiación gamma emitida por el Co60 radioisótopo, que se muestra en experimentos vinos blancos llevadas a cabo y el puerto. Las muestras fueron preparadas con vinos suave, obtenido en el mercado local. Las dosis de radiación utilizadas fueron 0kGy, 1kGy y 6kGy 3kGy. Las muestras fueron sometidas a la físico-química (contenido de alcohol, acidez fija, la acidez volátil, pH, sólidos solubles). El contenido de alcohol no se observó cambio en el análisis de los vinos suaves. La disminución del pH. Acidez fija y volátil se demostró con oscilaciones. Hubo una oscilación sólidos solubles. Así demostró-se a través de los resultados de los análisis físico-químicos son los esperados, ya que se encontraron en otros experimentos, hubo una falta de interferencia de los materiales de politereftalato de etileno en el proceso de irradiación de vinos tintos vinos tintos suaves. Y por la misma razón, también era posible determinar la eficacia de estos materiales para el almacenamiento de los vinos. Palabras clave: vino tinto suave, irradiación gamma, embalaje, PET.

bioenergia em revista: diálogos, vol. 2, n. 1, p. 46-59, jan./jun. 2012. PIRES, Juliana Angelo; SCANHOLATO, Mariana; HARDER, Marcia Nalesso Costa; ARTHUR, Valter; MORAES, Liz Mary Bueno de Efeito de embalagens de politereftalato de etileno em vinhos tintos suaves submetidos à radiação gama (co60) para envelhecimento precoce

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1 INTRODUÇÃO

O vinho é considerado como um complexo de substâncias químicas com potencial de oxidação. Para que ela apresente o bouque este potencial deve estar baixo, pois o bouque é constituído de substâncias odorantes agradáveis na forma reduzida, quando em contato com o oxigênio perde sua fineza. Essas substâncias em presença do ar são destruídas. Se guardar a garrafa de vinho aberta em torno de 12 a 24 horas seu bouque desaparece e o vinho perde suas qualidades. Por estes motivos os vinhos são habitualmente armazenados em garrafas de vidro ou em tonéis de madeira, para limitar ao máximo a dissolução de oxigênio, podendo proporcionar-lhes a conservação e um processo seguro de envelhecimento (HASHIZUME, 2001).

O uso de embalagens alternativas tem sido eleito pelas indústrias de alimentos como uma forma segura e barata para armazenamento de produtos. Garrafas de polímeros sintéticos, como politereftalato de etileno e polipropileno estão substituindo as garrafas de vidro para vinhos destinados ao mercado de varejo.

Os estudos com irradiação atualmente se concentram na indústria alimentícia, principalmente quando o calor é inviável para sua conservação. A irradiação é, entre todos os processos de conservação, o que tem sido mais investigado (HARDER, 2009).

O uso da radiação também é recomendado para o aperfeiçoamento de propriedades tecnológicas de produtos destinados ao consumo humano. A aplicação da radiação gama em bebidas alcoólicas possui o propósito de incrementar certos índices de qualidade, melhorar as características sensoriais ou esterilizar os mostos (DIEHL, 1995; URBAIN, 1986; SOUZA 2006). Também possui a capacidade de diminuir o potencial redox em bebidas alcoólicas. Este tipo de potencial em um ambiente é afetado por vários compostos, sendo o oxigênio a molécula que mais contribui para o seu aumento (GAVAS et al., 2008).

Pelos efeitos que o tratamento de irradiação possui em bebidas alcoólicas, incluindo a conservação, a diminuição do potencial redox, além da capacidade de oscilar o pH, teor alcoólico e acidez, o presente trabalho tem por objetivo avaliar a influência do material politereftalato de etileno, durante o processo de irradiação de vinhos tintos com radiação gama (Co60) e a eficácia do material para armazenamento desta bebida.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Bebidas como vinhos e cachaças, são comumente armazenadas em barris de madeira ou em garrafas de vidro. Elas apresentam ampla variação de “flavor”, sendo que os compostos responsáveis pelo odor e sabor dessas bebidas são álcoois, aldeídos, ácidos orgânicos, ésteres e compostos fenólicos (HASHIZUME, 2001; MIRANDA, 2005).

O principal motivo para armazenagem de bebidas em recipientes de madeira é pelas alterações na composição e na concentração dos compostos da bebida, as quais são causadas por extração dos compostos da madeira; quebra de suas macromoléculas e extração dos seus


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produtos e evaporação dos compostos voláteis (HASHIZUME, 2001; MIRANDA, HORII e ALCARD, 2006). No caso dos vinhos, pode-se acrescentar também como motivo de armazenagem em madeira, o menor contato possível com o oxigênio (HASHIZUME, 2001).

A armazenagem em garrafas de vidro possui também como proposito melhorar o flavor das bebidas, principalmente do vinho. A armazenagem da garrafa deve ser deitada, pois nesta posição a rolha de cortiça é umedecida e intumescida, evitando contato com o oxigênio. O processo de envelhecimento em garrafas é explicado pelo fenômeno inverso à oxidação. Este pode ser verificado medindo o potencial, de oxirredução, que atinge seu valor mínimo na garrafa após vários meses. O bouque dos vinhos aparece em potencial baixo, por ser constituído de substâncias odorantes agradáveis na forma reduzida, quando em contato com o oxigênio perde sua fineza. Essas substâncias em presença do ar são destruídas. Se guardar a garrafa de vinho aberta em torno de 12 a 24 horas seu bouque desaparece e o vinho perde suas qualidades (HASHIZUME, 2001).

Entretanto, pesquisas demonstram a possibilidade de atingir o envelhecimento, submetendo as bebidas ao processo de irradiação. Várias são as razões para esse tipo de procedimento nos vinhos, entre eles estão: esterilização do mosto; mudanças das características sensoriais do vinho e aceleração do envelhecimento (URBAIN, 1986; SOUZA, 2006).

A irradiação em bebidas com Co60 vem sendo estudada desde a década de 1960. Em 1963, Singleton averiguou os efeitos desta irradiação em vinhos tintos e brancos, ambos secos, além do vinho do porto, observando uma descoloração das amostras e a diminuição do potencial redox. Entretanto não houve percepção de atributos indesejáveis ou prejudiciais, em relação ao quesito aroma e sabor para dose de radiação de 1kGy, mas acima desta dose mudanças drásticas foram observadas (SINGLENTON, 1963 apud SOUZA, 2006).

Em 2000, irradiaram-se cachaças em vidro, em intervalos de 0; 0,1kGy; 2kGy; 5kGy e 10kGy, as quais apresentaram diminuição do seu teor alcoólico, característica essa de envelhecimento. Também foi observada a existência de oscilações no pH, na cachaça irradiada nos intervalos de 2kGy; 5kGy e 10kGy, havendo diminuição do pH (SOUZA, 2000).

Em 2006, irradiaram-se cachaças em barris de madeira com doses de 150Gy, obtendo-se por resultado a ausência de diferença significativa para pH, teor alcoólico e acidez (MIRANDA, HORII e ALCARDE, 2006).

A radiação gama é uma energia eletromagnética com um comprimento de onda muito curto, variando entre 10-10m e 10-14m, emitida por diferentes elementos radioativos e é semelhante à radiação ultravioleta, a luz visível, infravermelho e micro-ondas. É um tipo de radiação ionizante que possuem energia suficiente para atravessar a matéria e remover elétrons, ionizando os átomos e moléculas (MEDEIROS, 2004; LEITE 2006).

Radiação ionizante quando absorvida por materiais biológicos interage com átomos ou moléculas, particularmente com a água, e produz radicais livres (KOVÁCS, KERESZTES, 2002; LEITE, 2006).

Utiliza-se no processamento de alimentos com maior frequência fontes de Cobalto (Co60) (T1/2 = 5,263 anos, b=0,314 Mev, g=1,173 e 1,332 Mev) e elétrons acelerados. Os raios gama, originários da fonte de Co60, possuem poder de penetração maior do que os provenientes de


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feixes de elétrons, atingindo assim, os objetivos de irradiar alimentos (DIEHL, 1998; LEPKI, 1998; HARDER, 2009).

Este isótopo é o mais utilizado, devido a sua disponibilidade, seu custo e por ser um metal insolúvel em água, o que proporciona maior segurança (LEITE, 2006).

3 MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Material

3.1.1 Matéria prima

As amostras de vinho tinto suave foram obtidas na cidade de São Pedro, no comércio local, sendo todas as garrafas de mesmo lote.

3.1.2 Preparo das amostras em laboratório

Cada embalagem de politereftalato de etileno foi preenchida com vinho tinto suave. Sendo

selecionadas três embalagens para cada dose de radiação, 0kGy, 1kGy, 3kGy e 6kGy. As amostras foram irradiadas diretamente em suas respectivas embalagens com radiação

gama proveniente de Co60. Foram realizadas análises físico-químicas anteriores ao processo de irradiação e

imediatamente após o processo.

3.2 Métodos 3.2.1 Irradiação

As irradiações ocorreram nas doses de 1kGy, 3kGy e 6kGy em taxas crônicas, no Centro

de Energia Nuclear na Agricultura, na cidade de Piracicaba, no estado de São Paulo.

3.2.2 Análises físico-químicas

As análises de teor alcoólico seguiram a metodologia de Nogueira, (2003), com a utilização de um ebuliômetro. Para a análise de potencial hidrigeniônico a acidez fixa foi utilizada a metodologia da AOAC (1995), Sugai (2002), Góes e Zangirolami (2005). Nas análises de acidez volátil utilizou-se a metodologia de Carlesso (2009), após a extração do ácido acético. E para sólidos solúveis foi utilizada a metodologia de Roçafa Junior, Padovan e Faria (2005).


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3.2.3 Análise estatística

Os resultados foram submetidos à análise de variância, utilizando o teste F (p<0,05).

Posteriormente, para as causas de variações significativas foram aplicados o teste de Tukey (p<0,05). Estas análises foram realizadas por programa estatístico computacional.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Análises físico-químicas

A Tabela 1 demonstra os resultados obtidos pelas estatísticas do teor alcoólico nas amostras de vinho tinto suave.

Tabela 1: Médias aritméticas obtidas na análise físico-química do teor alcoólico de vinhos tintos suaves irradiados com doses crescentes de radiação gama Amostra Teor alcoólico

Média Desvio Padrão (±) Coeficiente de Variação (%)

Testemunha

11,80ª* 0,00 0,000

Amostra de 1kGy 11,70ª* 0,10 0,008

Amostra de 3kGy 11,80ª* 0,20 0,016

Amostra de 6kGy 11,70ª* 0,11 0,009

*Amostra de mesma letra em coluna não difere significativamente ao nível de 5% para o teste de Tukey

A Tabela 2 apresenta as médias estatísticas dos valores encontrados para Acidez fixa e

Acidez volátil em vinhos tintos suaves.


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Tabela 2: Médias aritméticas obtidas nas análises físico-químicas de acidez fixa e volátil de vinhos tintos suaves irradiados com doses crescentes de radiação gama Amostra Acidez Titulável

Ac. Tartárico (%)

Acidez Volátil Ac. Acético (%)

Média Desvio

Padrão (±) Coeficiente de variação (%)

Média Desvio Padrão (±)

Coeficiente de variação (%)

Testemunha

0,662b* 0,008 0,012 0,06c* 0,03 0,50

Amostra de 1kGy

0,628b* 0,011 0,017 0,03c* 0,00 0,00

Amostra de 3kGy

0,566c* 0,023 0,040 0,49a* 0,07 0,142

Amostra de 6kGy

1,380ª* 0,007 0,005 0,36b* 0,00 0,00

*Amostra de mesma letra em coluna não difere significativamente ao nível de 5% para o teste de Tukey A Tabela 3 apresenta as médias estatísticas dos valores encontrados para pH em vinhos

tintos suaves. Tabela 3: Médias aritméticas obtidas na análise físico-química de potencial hidrogeniônico de vinhos tintos suaves irradiados com doses crescentes de radiação gama

Amostra pH

Média Desvio Padrão (±) Coeficiente de Variação (%)

Testemunha 3,810a* 0,10 0,026

Amostra de 1kGy 3,630b* 0,20 0,055

Amostra de 3kGy 3,656b* 0,40 0,109

Amostra de 6kGy 3,490c* 0,15 0,049


Na Tabela 4 são expressos os resultados obtidos através das médias estatísticas para a

quantidade de sólidos solúveis, nas amostras de vinho tinto suave. Tabela 4: Médias aritméticas obtidas na análise físico-química de sólidos solúveis de vinhos tintos suaves irradiados com doses crescentes de radiação gama Amostra Sólidos Solúveis (°Brix)

Média Desvio Padrão (±) Coeficiente de variação (%)

Testemunha 16,17b*

0,00 0,000

Amostra de 1kGy

16,31a* 0,04 0,002

Amostra de 3kGy

16,07c* 0,00 0,000

Amostra de 6kGy

16,2b* 0,04 0,002


Os resultados obtidos para teor alcoólico observados na Tabela 1 estão dentro dos parâmetros da legislação que é de 8,6°GL a 14°GL (Lei nº 10.970, de 2004).

Para as amostras não houve alteração estatística no teor alcoólico. Neste caso demonstra-se não ter havido trocas gasosas, pois caso contrário haveria a diminuição do teor alcoólico pela evaporação ou pela reação de oxidação, transformando o álcool em ácido acético, isso demonstra que o material dos recipientes não permitiu que a bebida entrasse em contato com o oxigênio.

Para os vinhos tintos suaves analisados foram observados nos resultados obtidos de pH demonstrados na Tabela 3, que houve diminuições de acordo com o aumento das doses. Souza (2000) mostra a diminuição do pH. Este fenômeno ocorreu devido ao efeito ionizante da radiação que interage com átomos ou moléculas de materiais biológicos, particularmente com a água, produzindo radicais livres, ou seja, oxida o material irradiado (KOVÁCS, KERESZTES, 2002; LEITE, 2006). Analisando a variável acidez volátil apresentada na Tabela 2, observa-se aumento e posterior diminuição conforme a elevação da dose de irradiação. O teor encontrado de ácido acético em vinho sadio é de 0,20 a 0,48g/L. Diante dos resultados encontrados, duas das quatro amostras passaram para dentro dos parâmetros, significando que a irradiação melhorou a qualidade do vinho aumentando a quantidade de ácido acético. Já a quantidade muito inferior de ácido acético observada na testemunha, confirma a má qualidade do vinho (STEFENON, 2011).

Observando a estatística da quantidade de sólidos solúveis apresentadas na Tabela 4 é possível ver um aumento com doses baixas e diminuição significativa com doses intermediárias. A quantidade de açúcar varia conforme as doses de irradiação e o material irradiado, pois estudos


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como de Calore e Vieites (2003) em pêssegos, o efeito da radiação causou aumento dos sólidos solúveis, enquanto Iemma et al. (1999), observou diminuição da quantidade de sólidos solúveis em sucos de laranja irradiados.

Como houve aumento da quantidade de ácido acético e a diminuição do pH, características esperadas em bebidas envelhecidas, demonstra-se que não deve ter havido trocas gasosas dos recipientes com o meio externo. E que não houve interferência dos materiais no efeito da radiação gama, devido à diminuição do pH como descrito em outros experimentos.

5 CONCLUSÃO

As embalagens feitas politereftalato de etileno, não interferem no tratamento com a radiação gama (Co60) que visam o envelhecimento de vinho tinto suave. E são eficazes no armazenamento deste tipo de bebida.


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Juliana Angelo PIRES é Tecnóloga em Biocombustíveis. Mariana SCANHOLATO é Tecnóloga em Biocombustíveis. Marcia Nalesso Costa HARDER é coordenadora do curso de Tecnologia em Agroindústria da FATEC Piracicaba e docente do curso de Biocombustíveis. E-mail<[email protected]> Valter ARTHUR é docente-pesquisador do CENA-USP. E-mail: [email protected]> Liz Mary Bueno de MORAES é docente da FATEP e pesquisadora do CENA-USP.

Modulating Miox2 expression in nicotiana tabacum and impacts on genes involved in

cell wall biosynthesis

NASCIMENTO, Daniela Defavari do

CONTI, Gabriela

LABATE, Mônica T. V.

GUTMANIS, Gunta

BERTOLLO, Ana L. F.

ANDRADE, Alexander de

BRAGATTO, Juliano

PAGOTTO, Luís Otávio

DAMIN, Plínio

MOON, David H.

LABATE, Carlos A. *

* Corresponding author - E-mail address: [email protected]

Abstract

Cell walls are essential structures for plant development and growth. Apart from its biological functions, the polysaccharides that make cell walls (cellulose, hemicellulose and pectins) are the principal natural fibrous materials, considered the most important renewable resource on earth, used as raw material for many industrial processes among them, for pulp and paper production, charcoal, and biofuels. For all these reasons, the study of molecular composition and biosynthesis of plant cell walls has been a matter of great interest for researchers over the past few years. In this context, a full-length cDNA fragment of Miox2 gene was cloned from Arabidopsis seedlings, using RT-PCR, with an open reading frame of 954 pb and a corresponding protein subunit molecular mass of 37 kDa. The deduced amino acid sequence of the cDNA showed a high degree of identity with myo-Inosytol oxygenases from other organisms. This cDNA was used for genetic transformation of tobacco, a model plant, which expressed either antisense or sense RNA. Transgenic homozygous tobacco plants, with either repression or constitutively expression of Miox2, were obtained with the number of copies varying from 1 to 7. Neither, the repression of the endogenous tobacco Miox genes or the constitutive expression of Miox2 gene, caused major impacts on plant development, leaf morphology or flowering time. Moreover, although statistically significant (P<0.05) changes in the arabinan and D-galacturonate contents were observed between transgenic and control lines, these results indicate that the modulation of the myo-Inositol pathway caused no major impacts also on cell wall polysaccharide biosynthesis.

Keywords: myo-Inositol oxygenase; myo-Inositol; D-glucuronate; hemicellulose

bioenergia em revista: diálogos, v. 2, n. 1, p. 60-84, jan./jun. 2012. NASCIMENTO, Daniela Defavari do; CONTI, Gabriela Conti; LABATE, Mônica T. V.; GUTMANIS, Gunta; BERTOLLO, Ana L. F.; ANDRADE, Alexander de; BRAGATTO, Juliano PAGOTTO, Luís Otávio; DAMIN, Plínio; MOON, David H.; LABATE, Carlos A. Modulating Miox2 expression in nicotiana tabacum and impacts on genes involved in cell wall biosynthesis

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Resumo

As paredes celulares vegetais são estruturas essenciais para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Além de suas diversas funções biológicas, os componentes polissacarídicos constituintes das paredes celulares (celulose, hemiceluloses e pectinas) são de vital importância como fonte natural de fibras, sendo consideradas as fontes principais de recursos renováveis do planeta, utilizados como matéria prima para diversos processos industriais, dentre eles, a produção de papel e celulose, carvão vegetal e biocombustíveis. Todos esses fatores têm despertado grande interesse no estudo da composição e biossíntese das paredes celulares. Neste contexto, um fragmento de cDNA do gene Miox2 foi clonado de plântulas de Arabidopsis, via RT-PCR, com uma região aberta de leitura de 954 pb e sua proteína com massa molecular de 37kDa. A sequência deduzida de aminoácidos do cDNA apresentou alto grau de identidade com mio-Inositol oxigenases de outros organismos. Este cDNA foi usado para transformação genética de plantas modelo (tabaco) que produziram RNA antisense ou sense. Plantas de tabaco homozigotas para o transgene com repressão ou expressão constitutiva do gene Miox2 foram obtidas com um número de cópias do transgene, variando de 1 a 7. A repressão do gene Miox de tabaco endógeno assim como a expressão constitutiva do gene Miox2 de Arabidopsis não causaram alterações no desenvolvimento, morfologia foliar ou tempo de florescimento das plantas. Entretanto, alterações estatisticamente significativas (P<0.05) ocorreram no conteúdo de arabinana e de D-galacturonato. Estes resultados indicam que a modulação do metabolismo do mio-Inositol não causou grandes impactos na biossíntese dos polissacarídeos da parede celular.

Palavras-chave: mio-inositol oxigenase; mio-inositol; D-glucuronato; hemicelulose


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Resumen

Las paredes celulares de plantas son estructuras esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Además de sus diferentes funciones biológicas, los polisacáridos que constituyen las paredes celulares (celulosa, hemicelulosa y pectina) son de vital importancia como fuente natural de fibra. Son asimismo considerados una de las principales fuentes de recursos renovables en el planeta y se utilizan como materia prima para muchos procesos industriales entre ellos, la producción de pulpa y papel, carbón y biocarburantes. Todos estos factores han suscitado un gran interés en el estudio de la composición y la biosíntesis de las paredes celulares. En este contexto, un fragmento de ADNc del gen Miox2 de plántulas de Arabidopsis fue clonado por RT-PCR. El gen posee un marco abierto de lectura de 954 pb y codifica para una proteína cuya masa molecular es de 37kDa. La secuencia de aminoácidos deducida del ADNc evidenció un alto grado de identidad con mio-Inositol oxigenasas presentes en otros organismos. Este ADNc fue utilizado para la transformación genética de plantas modelo (tabaco) a través de inserciones en sentido y en antisentido. Se obtuvieron plantas de tabaco homocigotas para ambos transgenes en números de copia desde 1 a 7. La sobreexpresión y la represión del gen Miox2 fueron corroborados adicionalmente. La represión del gen Miox endógeno de tabaco, así como la expresión constitutiva del gen Miox2 de Arabidopsis no provocó alteraciones en el desarrollo, en la morfología foliar y en el tiempo de floración. Sin embargo, se detectaron cambios estadísticamente significativas (P <0,05) en el contenido de arabinano y D galacturonato. Estos resultados permitieron evidenciar un estricto control en el metabolismo de mio-inositol en plantas de tabaco, por lo tanto la sobreexpresión y la represión de Miox2 fueron moduladas y no produjeron efectos importantes en la biosíntesis de polisacáridos de pared celular.

Palabras-clave: myo-inositol oxigenasa, myo-inositol, D-glucuronato, hemicelulosa.


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1 INTRODUCTION

myo-Inositol is a widely distributed cyclitol found in mammalian tissues, higher plants, fungi and some bacteria, and is involved in the regulation of many metabolic processes, including signal transduction, carbohydrate metabolism, auxin biosynthesis, stress related responses, mineral nutrition, membrane biogenesis and cell wall formation (Loewus & Loewus, 1983; Majerus, 1992; Loewus & Murth, 2000; Valpuesta & Botella, 2004). Overexpression of a Miox4 gene in Arabidopsis thaliana was reported as leading to an increase in the biosynthesis of ascorbic acid (Lorence et al., 2004). However, another group, working with the same transformant lines found no differences in ascorbic acid concentrations between wild type and Miox4 overexpressing lines, concluding that Miox controls the metabolite level of myo-inositol in plants (Endres & Tenhaken, 2009). Figure 1 illustrates the pathway of myo-Inositol oxidation in plants and its role as an alternate route for UDP-D-glucuronate formation and the biosynthesis of uronic acids and pentoses (Feingold & Avigad, 1980; Loewus & Loewus, 1983; Loewus & Murth, 2000). Another enzyme controlling the synthesis of UDP sugars is UDP-D-glucose dehydrogenase (Dalessandro & Northcote, 1977).

In Arabidopsis, myo-inositol oxygenase is coded by a small gene family containing four members (Kanter et al., 2005). Miox1 and Miox2 are expressed in almost all plant tissues, whereas Miox4 and Miox5 are mainly expressed in flowers (Kanter et al., 2005). In order to investigate the role of the myo-Inositol pathway in the regulation of UDP-D-glucuronate formation, and the changes in primary cell wall composition, we cloned the myo-Inositol oxygenase gene (Miox2) from Arabidposis and produced transgenic tobacco plants with either reduced expression (antisense) or constitutively expression using the CaMV 35S promoter. The impact of modulating the expression of Miox2 in tobacco was investigated upon other genes involved in cell wall biosynthesis, such as lignin, sugar nucleotides, and cellulose.

Figure 1 - Myo-Inositol oxidation pathway in plants and its role as an alternate route for UDP-D-glucuronate formation and the biosynthesis of uronic acids and pentoses.


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2 MATERIAL AND METHODS

Plant material and growth conditions

Tobacco plants (Nicotiana tabacum cv. Petit Havana SR1), both transgenic and wild type (WT), were

grown in growth chambers under controlled conditions: 500 µmol m-2 s-1 irradiance using a 16/8 h

light/dark photoperiod and a 24°C day/18°C night temperature regime. Plants were grown in compost-vermiculite (50/50) and watered daily with a complete nutrient solution containing 10 mM nitrate and 2 mM ammonium (Hoagland & Arnon, 1950).

Cloning and sequence analysis of the Arabidopsis Miox2 cDNA

The sequence of the A. thaliana Miox from chromosome II (Miox2) (NM_127538), was used to design specific primers flanking the ORF. The directional sequence CACC was added to the sense primer (MX2Forward-5’-CACCATGACTATTCTTGTTGAACA -3’; MX2Reverse-5’-TCACCATTTTAGTTTCGC-3’) to facilitate the cloning orientation of the cDNA. Total RNA was

extracted from Arabidopsis seedlings (Salzman et al., 1999). The mRNA was further purified from 75 µg of total RNA using the Dynabeads mRNA purification kit (Invitrogen) following the manufacturer’s instructions, and eluted in 20 µL Tris-HCl 10 mM. cDNA synthesis was prepared in a 50 µL RT-PCR (Super Script one step RT-PCR, Invitrogen) following the manufacturer’s instructions. After cDNA synthesis, amplification was performed using 38 cycles of 15 s at 94oC, 30 s at 55oC, 1 min and 30 s at 72oC, followed by 7 min at 72oC. The 974-bp RT-PCR blunt-end product was cloned into the pENTR Directional TOPO Cloning vector for entry into the Gateway System available from Invitrogen. Recombinant clones, selected on kanamycin (50µg mL-1) were purified and screened by PCR for the presence of full-length Miox cDNA using Arabidopsis Miox2 primers and by sequencing in both directions, with M13 primers, using an ABI PRISM 3100 genetic analyser (Applied Biosystems) to ensure the proper reading frame.

Expression of the recombinant MIOX2 protein

The RT-PCR product, corresponding to the coding region of Arabidopsis Miox2 cDNA was sub-

cloned into the pDEST17 vector, in frame with a N-terminal 6xHis tag, for expression of the recombinant protein in E. coli using Gateway technology (Invitrogen). The pDESTTM17: Miox2 construct

was introduced into E. coli BL21-AI (Invitrogen). A recombinant clone, previously screened by PCR for the presence of pDESTTM17: Miox 2 insert, was grown in LB containing ampicillin (100 µg mL-1) medium at 37ºC and 200 rpm. This starter culture (1 mL, OD600nm = 0.7) was used to inoculate 50 mL of LB medium supplemented with ampicillin (100 µg mL-1) and left to grow at 37ºC (200 rpm.) until an OD600nm of 0.4 was reached. The culture was induced with 0.2% L-arabinose for 3 h, and the cells recovered by centrifugation at 13,000g for 1 min at 4oC. The pellet was ground in a mortar with 5 mL of lyses buffer


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(100 mM NaH2PO4; 10 mM Tris-HCl, pH=8.0 containing 1 mM PMSF, 0.1% (w/v) lysozyme, 0.066% (v/v) β-mercaptoetanol, 0.001% (w/v) RNase and 500 U Dnase), transferred to a tube and sonicated briefly. The resulting lysate was separated into soluble and insoluble fractions by centrifugation. The fusion protein was purified from soluble fraction, using a purification column prepared with

ProBondNickel-Chelating Resin (Invitrogen), accordingly to the manufacturer’s instructions. The purity and Mr of the proteins in the eluted fractions were analysed by 10% (w/v) SDS-PAGE. The protein concentration was determined by comparing with known amounts of a standard (lisozyme) in 10% (w/v) SDS-PAGE.

In-gel protein digestion

Protein spots were excised from SDS-PAGE gels, cut into small pieces (millimeters) and washed with water for 15 min. Gel pieces were washed several times with a 50% (v/v) solution containing acetonitrile (ACN) and 50 mM ammonium bicarbonate, until complete removal of the Coomassie (G250), dehydrated with 100% ACN for 10 min and rehydrated with 50 mM ammonium bicarbonate plus 20 mM dithiothreitol (DTT). After incubating for 40 min at 60°C, the supernatant was discarded and replaced by 50 mM ammonium bicarbonate with 55 mM iodoacetamide. The tubes were kept in the dark for 30 min. The gel pieces were dehydrated again with 100% ACN and let to air-dry, until complete solvent removal. The protein digestion was carried out with a solution of 10 ng µL-¹ trypsin (Promega), in 25 mM ammonium bicarbonate. The gel pieces were rehydrated with trypsin solution and the tubes were incubated for 12 h at 37°C. After digestion, the gel plugs were extracted twice with 50 µL of 60% (v/v) ACN, 1% (v/v) formic acid (FA) and once with 50 µL of ACN. All supernatants were combined and vacuum dried. Peptides were then suspended in 12µL of 1% (v/v) FA for MS analysis.

Protein identification and analysis by LC-MS/MS

Peptide mixtures were identified by on-line chromatography using a Cap-LC coupled to a Q-TOF Ultima API mass spectrometer (Waters, UK). Five microlitres of sample were loaded onto a NanoEase trapping column 0.18 x 23.5 mm (Waters, UK) for pre-concentration, followed by peptide separation in a LC NanoEase column Symmetry 300 C18 3.5 µm, 75 x 100 mm (Waters). Peptides were eluted in a 60 min linear gradient of solvent B [95 % (v/v) ACN, 0.1% (v/v) formic acid in water] at a flow rate of 250 nL min-¹. Solvent A consisted of 5 % (v/v) ACN, 0.1% (v/v) formic acid in water. All analysis were performed using a positive ion mode at a 3 kV needle voltage. The mass range was set from 300 to 2000 m/z, and the MS/MS spectra acquired for the most intense peaks (≥ 15 counts). Multiply charged precursor ions were selected for fragmentation and peptide sequencing using automated data dependent acquisition (DDA) MassLynx software (Waters), switching from the MS to MS/MS mode and then returning to the MS. The resulting fragmented spectra were processed using the ProteinLynx v 4.0 software (Waters) and the MASCOT MS/MS Ion Search (www.matrixscience.com) was used to


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blast the sequences against the SwissProt and NCBI databank. Combined MS-MS/MS searches were conducted with parent ion mass tolerance at 50 ppm, MS/MS mass tolerance of 0.1 Da, carbamidomethylation of cysteine (fixed modification) and methionine oxidation (variable modification). According to MASCOT probability analysis only significant (P<0.05) hits were accepted.

Western blot analysis

The purified MIOX was electrophoresed on a 10% (w/v) SDS-PAGE and transferred to a PVDF membrane. The membrane was immersed in a blocking solution (TBS-T (0.05% Tween-20; 0.1 M Tris; 0.15 M NaCl, pH=7.5) containing 5% (w/v) skim milk powder) for 60 min at 37oC. This was followed by incubation with rabbit serum raised against mouse MIOX (MMIOX), kindly provided by Arner, R.J. (The Pennsylvania State University) (1:20,000), at 37ºC for 60 min. The blot was washed three times in TBS-T before incubation with Anti-rabbit Ig. Horshradish - peroxidase linked whole antibody from donkey (Amersham Biosciences) (1:5,000) at 37ºC for 60 min. The blot was washed three times in TBS-T and developed with the enhanced chemiluminescence detection by ECL+plus - Western blotting detection system (Amersham Biosciences), accordingly to the manufacturer’s instructions. The hybridization signal was recorded on X-ray film (MXG/Plus, Kodak), between intensifying screens for 3 h, at room temperature.

Construction of the transgenic vectors and genetic transformation of tobacco plants

The cloned RT-PCR product, corresponding to the coding region for the Arabidopsis Miox2 cDNA was also sub-cloned into the binary Gateway Vectors (pK7WG2D and pK2WG7, Karimi et al., 2002), by recombination reaction, mediated by the LR clonase enzyme (Invitrogen) and used to transform N. tabaccum (Horsch et al., 1985). For the repression of the Miox2, the directional sequence CACC was added to the reverse primer to facilitate the antisense sub-cloning of the cDNA on pK7WG2D Gateway vector (AMX2Forward 5’-ATGACTATTCTTGTTGAACA-3’; AMX2Reverse 5’-CACCTCACCATTTTAGTTTCGC-3’).

The disarmed Agrobacterium tumefaciens strain EHA105 (Hood et al., 1986) was transformed with each recombinant Gateway binary vector (pK7WG2D/antisense-Miox and pK2WG7/Miox), by electroporation (Lilley, 1993). Recombinant clones, for each construction, selected on spectinomycin (100 µg mL-1) were purified and screened by PCR for the presence of full-length Miox cDNA using the Miox2 primers. Genuine clones were grown in liquid AB medium (Ishida et al., 1996) containing spectinomycin (100 µg mL-1) at 28oC, with constant agitation (200 rpm), until OD600nm of 0.7 was reached, and used to transform N. tabacum cv. Petite Havana. Tobacco leaf discs were infected with each recombinant A. tumefaciens strain (Horsch et al., 1985), and transferred to MS medium (Murashige & Skoog, 1962) containing NAA (0.1 µg mL-1), BAP (1 µg mL-1), cefotaxime (500 µg mL-1) and kanamycin(50 µg mL-1) for shoot regeneration. Transgenic plants were selected by kanamycin resistance and verified by PCR using primers for the kanamycin resistance gene nptII (nptIIForward 5’-GCTTGGGTGGAGAGGCTATT-3’; nptIIReverse 5’-GCGATACCGTAAAGCACGAG-3’).


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Primary transformant lines showing a 700 bp amplification PCR product, corresponding to the nptII gene were self-fertilized and the T1 seeds analysed for segregation on kanamycin using the X2 significance test. Transgenic lines showing Mendelian segregation (Budar et al., 1986) for the nptII gene with significance (P<0.05) were kept for the selection of homozygous T2 progeny for further analysis.

Southern blot analysis

Genomic DNA from homozygous T2 plants were isolated (Doyle & Doyle, 1987) and

digested with EcoRI or HindIII at 37ºC for 16 h. The DNA fragments were separated into a 1% (w/v) agarose gel, transferred to a Hybond-N+ nylon membrane (Amersham Biosciences) by alkaline transfer (Southern, 1975; Sambrook et al., 1989). A region of the nptII gene was labeled

with Gene Images Random Prime Labelling Module (Amersham Biosciences) accordingly to the manufacturer’s instructions. The hybridization was carried out at 55ºC for 16 h, followed by stringent washes: (1 x SSC, 1% [w/v] SDS and 0.5 x SSC, 1% [w/v] SDS) at 55ºC. The hybridization signal was recorded on X-ray film (MXG/Plus, Kodak), between intensifying screens for 30 min, at room temperature.

Semi-quantitative real-time RT-PCR

Stem tissue samples collected after 3 h of illumination, from four-month-old plants, were used for total RNA isolation (Salzman et al., 1999). Poly(A) mRNA was purified from 50 µg of total RNA using the Dynabeads mRNA Purification kit (Invitrogen) as specified by the manufacturer, and eluted in 20 µL 10 mM Tris-HCl. First-strand cDNA was then generated using the SuperScript™III First-Strand Synthesis SuperMix, accordingly to the manufacturer’s instructions (Invitrogen) in a 20 µL reaction mixture containing, 3/10 of the eluted mRNA and random hexamers. Semi-quantitative real-time PCR assay was performed using 1/10 of the cDNA preparation per PCR, based on preliminary cDNA quantification. Primer sequences and amplicon sizes: Miox2 Arabidopsis (396-bp; primers to the cloned Arabidopsis cDNA AtMx2Forward 5’-GAAAGTGATAGAGGAGAGGGATAA-3’, AtMx2Reverse 5’-AGTGAGATGGAGCCAATCTT-3’) (Kanter et al., 2005); Miox tobacco (156-bp, AF154639), NtMxForward 5’-GGGAAAATCCAAGACACCAA-3’, NtMxReverse 5’-GCAGCATAAGGAAGAGGAGGT-3’); ubiquitin (203-bp, primers to the N. tabacum constitutive ubiquitin gene, UbqForward 5’-AGACATTGACTGGGAAGACC-3’, UbqReverse 5’-GAGACGGAGGACAAGGTGAC-3’).

To analyze the impact of the reduction or the overexpression of myo-Inositol oxygenase on the transcription level of other genes involved in cellulose, hemicellulose and lignin biosynthesis, we used primers for the endogenous genes involved in those metabolisms such as: CCoAOMT (295bp): N. tabacum caffeoyl-CoA O-methyltransferase (Z56282) NtCCoAOMT Forward 5’-GCAGCACAGGAAAATCAGGT-3’, NtCCoAOMT Reverse 5’-CATCAGGAAGAGCAAGAGCA-3’; CAD1 (209bp): N. tabacum cinnamyl alcohol dehydrogenase 1 (AY911854) NtCAD1 Forward 5’-GCTGAAACATACCCAAATGCT-3’, NtCAD1 Reverse 5’-GGAAATGGCTTATCATCAACAC-3’;


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4CL (297bp): N. tabacum 4-coumarate:coenzyme A ligase (NTU50845) Nt4CL Forward 5’-TGCTCTCTTCCTCGTAACCAA-3’, Nt4CL Reverse 5’-TCCTGCTTGCTCATCTTTCA-3’; SuSy (198bp): N. tabacum sucrose synthase (EU148354 and AB055497) NtSusy Forward 5’-GCTGCTGTTTAGCGATGTTG-3’, NtSusy Reverse 5’-TTGGATTCTTTCCTTCGGTCT-3’; Ces (183bp): N. tabacum cellulose synthase (EB432590, DV161918, DV161313 and EB682114) NtCes Forward 5’-AAGGTTGAAGTGGCTGGAGA-3’, NtCes Reverse 5’-GCGAAAATGGAAAGAAAGAGG-3’; Uxs1 (221bp): N. tabacum UDP-glucuronate decarboxylase 1 (AY619950) NtUxs1 Forward 5’-GGATTCTGGTGACTGGTGGT-3’, NtUxs1 Reverse 5’-AGGGCAAGCAAGGTGATAAA-3’; Uxs2 (229bp) N. tabacum UDP-glucuronate decarboxylase 2 (AY619951) NtUxs2 Forward 5’-GATGTTTGACTACCACCGACAA-3’, NtUxs2 Reverse 5’-GTTTTCCCCTTCCATTAGCC-3’; Uxs3 (183bp) N. tabacum UDP-glucuronate decarboxylase 3 (AY619952) NtUxs3 Forward 5’-TTCAGACCCAACACAGCAGA-3’, NtUxs3 Reverse 5’-TACGGGGAGGAGACAGAGG-3’; Uxs4 (297bp) N. tabacum UDP-glucuronate decarboxylase 4 (AY619953) NtUxs4 Forward 5’-TTGGCATTCTCATTGGTTCA-3’ NtUxs4 Reverse 5’-TCACATTTTCTTTCCTCCCAGT-3’ and Ugdh (212bp) N. tabacum UDP-glucose dehydrogenase (AY619949 and AY619948) NtUgdh Forward 5’-AAGACCGCATCCTCACCA-3’ NtUgdh Reverse 5’-AGAGCCACCAAAACCAACAC-3’.

Amplification specificity was checked by melting-curve analysis, and PCR efficiency was determined using standard curves for each primer pair constructed with serial dilutions (1:2, 1:10 and 1:100) of the cDNA preparation (Pfaffl, 2001; Pfaffl et al., 2002).

Extraction of cell-wall polysaccharides and lignin

Stems of control and transgenic mature plants were harvested 3 months-post-germination in triplicate. The samples were cut into 20 cm long pieces from the basal part of the stem. The bark was removed and the remaining xylem was separated from the pith. The individualized tissues were cut into smaller pieces and frozen in liquid nitrogen. After lyophilized, the dried samples were ground in a micro-Willey cutting mill and the fine powder separated using a sieve shaker (60 mesh). Chemical removal of extractives was conducted by washing the samples in a Soxhlet extractor using toluene/ethanol (1:1) for 4 h followed by ethanol (95%) for a further 4 h period. Part of the sample (50 mg DW), free of extractives was then submitted to a strong acid hydrolysis in 500 µL of sulfuric acid (24 N) for 1 h at 30ºC, followed by a mild hydrolysis, adjusting the sulfuric acid concentration to 0.86 N by adding 14 mL of water (milliQ), and autoclaving (121ºC and 1 Kgf cm-2) for 1 h. The samples were cooled in an ice bath. The carbohydrates and uronic acids were determined in the soluble filtrate (after adjusting to 1 L), by pulsed amperometry, accordingly to Fardim & Duran (2001), using the ED50 Electrochemical Detector from HPLC Dionex® (ICS-2500) and CarboPac columns. Soluble lignin was determined in the filtrate spectrophotometrically at 215 and 280 nm, and the insoluble lignin by weighing the dried powder left after carbohydrate hydrolysis (TAPPI, 1991).

bioenergia em revista: diálogos, v. NASCIMENTO, Daniela Defavari do; CONTI, Gabriela Conti; LABATE, Mônica T. V.; GUTMANIS, Gunta; BERTOLLO, Ana L. F.; ANDRADE, Alexander de; BRAGATTO, Juliano PAGOTTO, Luís Otávio; DAMIN, Plínio; MOON, David H.; Modulating Miox2 expression in nicotiana tabacum and impacts on genes involved in cell wall biosynthesis

Data analysis

Data collected from carbohydrate and lignin determinations were subjected to analysis of variance (ANOVA) using GLM of the SAS ptest

3 RESULTS AND DISCUSSION

Cloning and characterization of the cDNA encoding Miox2 from Arabidopsis

The amino acid alignment between MIOX4 (Q8H1S0) and MIOX5 (Q9FJU4), (ACF04280), Solanum lycopersicumlevel of conservation among plant ortologs (Figure 2). Comparing tconserved domain DUF706 was found for all proteins, with unknown function. Primers were designed for the first 20 nucleotides from the 3’ end (reverse primer) and 5’region (forward primer), adding the CACC sequence to facilitate the cloning orientation into the from Invitrogen.

Figure 2 – The phylogenetic tree generated using CLC Main Work Bench 5.5 (UPGMA algorithm with Bootstrap analysis 100 replicates). The species and A. thaliana MIOX2 75100552; 75112464; Eucalyptus grandis, 192338750;

ioenergia em revista: diálogos, v. 2, n. 1, p. 60-84, jan./jun. 2012. ENTO, Daniela Defavari do; CONTI, Gabriela Conti; LABATE, Mônica T. V.; GUTMANIS,

Gunta; BERTOLLO, Ana L. F.; ANDRADE, Alexander de; BRAGATTO, Juliano ; DAMIN, Plínio; MOON, David H.; LABATE, Carlos A.

Modulating Miox2 expression in nicotiana tabacum and impacts on genes involved in cell wall biosynthesis

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Data collected from carbohydrate and lignin determinations were subjected to analysis of variance (ANOVA) using GLM of the SAS package. Means were compared for significance using the Dunnett’s

RESULTS AND DISCUSSION


The amino acid alignment between Arabidopsis MIOX2 (O82200), its isoforms MIOX1 (Q8MIOX4 (Q8H1S0) and MIOX5 (Q9FJU4), Oryza sativa MIOX (Q5Z8T3),

Solanum lycopersicum MIOX (ACS45396) and Sus scrofa MIOX (NP_999267) showed a high level of conservation among plant ortologs (Figure 2). Comparing the deduced amino acid sequences, a conserved domain DUF706 was found for all proteins, with unknown function. Primers were designed for the first 20 nucleotides from the 3’ end (reverse primer) and 5’region (forward primer), adding the

cilitate the cloning orientation into the Gateway directional TOPO cloning system

phylogenetic tree generated using CLC Main Work Bench 5.5 (UPGMA algorithm with Bootstrap analysis 100 replicates). The species and gi numbers are: Arabidopsis thaliana

MIOX2 75100552; A. thaliana MIOX4, 75151963; A. thaliana MIOX5, 75171102; , 192338750; Solanum lycopersicum, 240248438; Sus scrofa

ENTO, Daniela Defavari do; CONTI, Gabriela Conti; LABATE, Mônica T. V.; GUTMANIS, Gunta; BERTOLLO, Ana L. F.; ANDRADE, Alexander de; BRAGATTO, Juliano

LABATE, Carlos A. Modulating Miox2 expression in nicotiana tabacum and impacts on genes involved in cell wall biosynthesis

Data collected from carbohydrate and lignin determinations were subjected to analysis of variance ackage. Means were compared for significance using the Dunnett’s


MIOX2 (O82200), its isoforms MIOX1 (Q8L799), MIOX (Q5Z8T3), Eucalyptus grandis MIOX

MIOX (ACS45396) and Sus scrofa MIOX (NP_999267) showed a high he deduced amino acid sequences, a

conserved domain DUF706 was found for all proteins, with unknown function. Primers were designed for the first 20 nucleotides from the 3’ end (reverse primer) and 5’region (forward primer), adding the

directional TOPO cloning system

phylogenetic tree generated using CLC Main Work Bench 5.5 (UPGMA algorithm with Arabidopsis thaliana MIOX1, 75154124;

MIOX5, 75171102; Oryza sativa, Sus scrofa, 47523014.


71

ClustalW alignment of proteins showed that the N-terminal region is not conserved (data not shown). The Arabidopsis MIOX2 sequence has two cysteine residues conserved at positions 179 and 215 and a total of 15 histidine residues, 7 of which are common to that reported for the Sus scrofa MIOX sequence (Arner et al., 2001), and other hypothetical sequences from rat, mouse and human (Yang et al., 2000; Arner et al., 2001). The presence of conserved histidine and cysteine residues in the hypothetical Arabidopsis amino acid sequence would indicate a role for these residues in the regulation of enzyme function, as observed in other Fe-sulphur-cluster-containing proteins (Arner et al., 2001).

Expression of recombinant A. thaliana MIOX2

The polyhistidine recombinant A. thaliana MIOX2 protein was produced in BL21-AI™ cells

(Invitrogen) and purified from the soluble fraction. The protein purification was prepared at 4°C, with a recovery of 2.5 ηg µL-1, and immediately used for enzyme assay. The recombinant protein expressed in E. coli catalyzed the conversion of Myo-inositol to glucuronic acid, confirming that the cloned cDNA encodes the MIOX enzyme (data not shown).

The Coomassie stained SDS-PAGE gel ilustrates the L-arabinose induction of the MIOX2 recombinant protein in E. coli (Figure 3A). The protein corresponds to a monomer. The subunit molecular weight based on the translated amino acid sequence for the MIOX2 cDNA was calculated to be 37 kDa. This was further checked by electro spray mass spectrometry and SDS-PAGE. Results from mass spectrometry indicated the molecular mass to be approximately 37 kDa. SDS-PAGE indicated that the recombinant protein coded by Miox2 has a similar molecular mass around 40KDa, as shown in Figure 3A. The slightly higher molecular mass of the recombinant MIOX2 protein is due to the presence of the 6x histidine tag with a molecular weight of 2.6KDa. Our results are in agreement with values already reported for other Miox gene from A. thaliana; the Miox 4 located on chromosome 4, with an estimated molecular mass of 37 kDa (Lorence et al., 2004). Western immunoblot analysis using the monoclonal mouse MIOX antibodies confirmed the identity of expressed MIOX (Figure 3B).


72

Figure 3 - (A) Comassie stained SDS-PAGE of recombinant Arabidopsis MIOX2 protein. The Miox2 A. thaliana cDNA clonned into His-tagged pDEST expression vector was used to transform the BL21 E. coli cells. (B) Western blot of recombinant MIOX2 against mouse MIOX. Extracts from L-arabinose induced cells before purification (Lane 1), during wash steps (Lanes 2 and 3) and after purification (Lane 4) with a Ni column. MW, Mid-Range Protein Markers (Promega).

MW 1 2 3 4

116-

97-

66 -

31 -

21 -

14 -

-

-

kDa

45 -

B

A


73

Table 1 - Peptides identified by mass spectrometry (a Daltons; b isoeletric point)

Name

Score

Probability

% Peptide Matches

Coverage

%

Mw

Daa

pIb

EC: 1. 13. 99. 1 12.197 100 7 19.243 37024 5.52

Submitted Mass

Charge

Experimenta

l Mass

Peptide Sequence

751.06 3 2250.157 (R)DYPDEDWLHLTALIHVLGK(V)

546.676 3 1637.005 (K)KNGTTLPHAGLFIIR(Y)

504.304 3 1509.889 (K)NGTTLPHAGLFIIR(Y)

397.876 3 1190.605 (R)IHHFYPLHK(A)

397.884 3 1190.629 (R)YKSRYPLHK(A)

707.424 3 2119.249 (K)VLVDVEQVKPYYISLINK(Y)

707.399 3 2119.174 (K)VLVDVEQVKPYYISLKVK(Y)

Protein Sequencing

The 7 peptide sequences of A. thaliana MIOX2 protein isolated from L-arabinose induced BL21 E. coli cells, covered 19.2% of the total protein (Table 1), with an estimated molecular weight of 37.02 kDa (pI 5.52), and a probability of 100% to be the peptides (Table 1) related to the expected protein, Myo-inositol oxigenase (EC 1.13.99.1), accordingly to the blast analysis (Altschul et al., 1997).

Genetic transformation and Miox2 expression in N. tabacum

Tobacco plants were transformed with either the antisense or the constitutive recombinant Arabidopsis Miox2 constructs. Thirty-one antisense (Anti) and thirty constitutively expressing (sense) primary transformant lines, were obtained and self-fertilized. Five T2 transformant lines of each, antisense and sense, were confirmed to be homozygous and further characterized at the molecular level. Figure 4 shows the Southern blot analysis of the transgenic lines probed with the nptII gene. The number of transgene copies per line varied from 1 in Anti-3, 3 in Anti-2, 4 in Anti-1, 5 in Anti-4 and 7 in Anti-5 (Figure 4A). In the constitutively expressing Miox2 plants the number of transgene copies varied from 1 in Sense-12, Sense-13 and Sense-14; 2 in Sense-10 and 3 in Sense-15 (Figure 4B). Following the quantification of the transgene copies, we analyzed the level of repression of the endogenous Miox gene in the stem of antisense tobacco plants (Figure 5A), and the expression of the transgene in the sense lines


74

(Figure 5B). Endogenous expression of tobacco Miox gene, in all sense lines overexpressing A. thaliana Miox2 was not statistically different from the control line (data not shown), indicating that the overexpression of the transgene had not affected the endogenous Miox expression. Figure 5A shows that lines Anti-1 and Anti-5 had the highest reduction in the expression of the endogenous tobacco Miox gene, while line Anti-2 was not significantly repressed in relation to the control line. The transgenic lines Anti-3 and Anti-4 showed no major reduction in expression compared to control, therefore, were not kept for further analysis. The constitutively expressing Miox2 lines (Sense-10, 12 and 14) showed a significantly higher expression than control plants (Figure 5B), while the transgenic lines Sense-13 and 15 had no major changes in transgene expression being also disconsidered in further analysis.

HindIII EcoRI

Figure 4 - (A) Genomic Southern blot of Control and transgenic anti-sense Miox tobacco lines (Anti 1-5), restricted with EcoRI; (B) Genomic Southern blot of Control and transgenic Miox2 overexpressing tobacco lines (Sense 10-15), restricted with HindIII or EcoRI. Restriction with EcoRI in Sense lines 12 and 14 confirmed that they come from different transformation events. Fragment sizes are indicated in kilobase pairs (Kb).

Control Anti-1 Anti-2 Anti-3 Anti-4 Anti-5

10.0 kb

8.0 kb

6.0 kb

5.0 kb

4.0 kb

3.5 kb

A

Sense-12 Sense-14

4.0 kb

3.5 kb

10.0 kb

8.0 kb

6.0 kb

Control Sense-10 Sense-12 Sense-13 Sense-14 Sense-15

B


75

Although we were able to modulate the expression of Miox2 in tobacco, there was no major impact on plant development, leaf morphology and flowering time (data not shown). Once no visual modifications in the transgenic plants were observed we then analyzed the expression of other genes involved in the sugar nucleotide metabolism, in both antisense and overexpressing Miox2 plants.

Impact of modulation of Miox gene on other genes involved in cell wall polysaccharides biosynthesis

The cell wall is composed of crystallin cellulose embedded in a hemicellulose and lignin matrix. Changes in key genes of the biosynthetic pathway, can lead to changes in the expression of other genes and/or pathways involved in cell wall polysaccharides biosynthesis. Repression of lignin biosynthesis by antisense expression of 4-coumarate coenzyme A ligase (4CL) in aspen trees was compensated by an increase in cellulose (Hu et al., 1999). Moreover, the down-regulation of O-methyltransferase (OMT) also suppressed lignin biosynthesis and increased cellulose deposition in tree species (Rastogi & Dwivedi, 2006). In the case of RNAi-mediated suppression of p-coumaroyl-CoA3’-hydroxilase (C3’H) in hybrid poplar caused altered deposition of lignin and an increase in hemicellulose and cellulose contents of woody material (Coleman et al., 2008). All those findings indicate that lignin, cellulose and hemicellulose deposition in trees may be regulated in a compensatory way that is not reported in herbaceous plants (Hu et al., 1999). Recently, the treatment of seedlings of A. thaliana with the phytotoxin thaxtomin A was used to inhibit cellulose synthesis. As a result, the reduction in cellulose synthesis caused ectopic lignification (Bischoff et al., 2009). To investigate possible misregulation of other genes influenced by Miox modulation, on cell wall biosynthesis, semi-quantitative real-time PCR was used to measure the transcript accumulation of endogenous genes involved in lignin biosynthesis, such as caffeoyl-CoA O-methyltransferase (CCoAOMT), cinnamyl alcohol dehydrogenase 1 (CAD1) and 4-coumarate coenzyme A ligase (4CL); cellulose biosynthesis, such as sucrose synthase (SuSy) and cellulose synthase (Ces) and hemicellulose biosynthesis, such as UDP-glucuronate decarboxylase (Uxs1, Uxs2, Uxs3 and Uxs4) and UDP-glucose dehydrogenase (Ugdh).


76

Figure 5 - (A) Semi-quantitative RT-PCR analysis of tobacco Miox transcript accumulation in stems of transgenic anti-sense Miox tobacco lines (Anti 1, 2 and 5) relative to the control, whose expression level has been assigned the value=1; (B) Semi-quantitative RT-PCR analysis of A. thaliana Miox2 transcript accumulation in stems of transgenic Miox2 overexpressing tobacco lines (Sense 10 and 12) relative to the Sense-14, whose expression level has been assigned the value=1. Transcript levels were normalized relative to the ubiquitin expression level used as internal standard. Results are expressed as mean of 3 replica with respective standard deviation.

The antisense transgenic line Anti-1 displayed a significant decrease in the expression of several genes analysed (Figure 6A), such as CCoAOMT, CAD1 and 4Cl (lignin pathway genes); SuSy and Ces (cellulose) and Ugdh, Uxs1 and Uxs2 (hemicelluloses). In Anti-2 line, we observed an increase in expression of Ugdh gene and of the Uxs isoforms 2, 3 and 4, possibly indicating that the reduction in the pathway of myo-inositol oxidation was compensated by increasing the flow and synthesis of hemicelluloses via Ugdh. In this line, there was also a trend of increased expression of cellulose synthase and sucrose sythase and a decrease in the expression of genes related to lignin metabolism as CCoAOMT and 4Cl.

Both, Sense-10 and Sense-14, transgenic lines presented an increase in Uxs isoforms and Ugdh transcripts (Figure 6B), indicating that both pathways had increased the flux and that the myo-inositol pathway must be of less importance for hemicelluloses and uronic acid synthesis. Lignin transcripts also had an increase in all transgenics sense lines. The Sense-12 line showed the higher increase in lignin transcripts, which could be due to the site of insertion of the transgene.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

Control Ant i-1 Anti-2 Anti-5

Rel

ativ

e tr

ansc

rip

t ac

cum

ula

tio

n

0,1

1

10

100

Control Sense-10 Sense-12 Sense-14

Rel

ativ

e tr

ansc

ript

acc

umul

atio

n

A

B


77

Chemical composition of the cell wall

Uronic acids are incorporated into cell wall polysaccharides of higher plants preferentially as D-galacturonate in pectins and D-glucuronate in arabinans and xylans (Reiter & Vanzin, 2001). The formation of D-glucuronate in plants is still poorly understood. UDP-D-glucose seems to be the starting point of a series of nucleotide sugar interconversion reactions, catalyzed by UDP-D-glucose dehydrogenase, irreversibly forming UDP-glucuronate (Figure 1). However, the alternative pathway for the oxidation of myo-Inositol seems to play an important role in D-glucuronate formation, depending on the stage of plant development, type of tissue and growth conditions (Feingold & Avigad, 1980; Loewus & Loewus, 1983; Loewus & Murth, 2000; Seitz et al., 2000). The impact of the repression or constitutive expression of myo-Inositol oxygenase transcription on the composition of polysaccharides and lignin was determined in the xylem (secondary cell wall) and pith (primary cell wall) of control and transgenic tobacco lines repressed or over expressing Miox2 (Table 2).


78

Figure 6 – Semi-quantitative RT-PCR analysis of transcripts accumulation in stems of transgenic tobacco plants by antisense (A) or over expression (B) of A. thaliana Miox2. Transcript levels were normalized relative to the ubiquitin expression level used as internal standard. Results are expressed as mean of 3 replica with respective standard deviation, relative to the control, which expression levels have been assigned the value=1.

A B


79

There was a statistically significant (P<0.05) decrease in galactose and an increase in xylose at primary cell wall from pith stem (Table 2A), particularly in the anti-sense transgenic line Anti-3. As a result of the xylose increase, we observed a proportional increase of total pentoses, and consequently, of the pentose/hexose ratio, which is an important indicator of changes in the chemical composition of the cell wall. Similar results were obtained with the down-regulation of UDP-glucuronate decarboxylase in tobacco (Bindschedler et al., 2007). Plants showed high glucose to xylose ratios in xylem walls due to less xylose, while arabinose and uronic acids contents were unchanged.

The anti-sense transgenic line Anti-5 had a significant (P<0.05) increase of mannose and galacturonic acid at xylem (Table 2A), although the pentose/hexose ratio did not changed. These results clearly indicate that the modulation of the myo-Inositol pathway was compensated by the UDP-D-glucose pathway (Figure 6A), causing no major impact on cell wall polysaccharide biosynthesis. Experiments of suspension-cultured Arabidopsis cells with [1-3H] D-galactose and [U-14C] D-fructose, conducted to evaluate the relative contribution of known pathways, also showed that UDP-glucose oxidation pathway predominates over myo-inositol oxidation (Sharples & Fry, 2007), which might be important only in early stages of development, during germination of seeds or pollen (Kärkönen, 2005) and during syncytia development induced by Heterodera schachtii in Arabidopsis roots (Siddique et al., 2009).

The primary cell wall from the pith stem of the Sense-10 Miox2 transgenic line had a significant increase in arabinose and glucose (Table 2B). The main source of this glucose can be either cellulose or hemicellulose, since samples were totally hydrolyzed. The increase of both monosaccharides was responsible for significant increases in pentoses and hexoses, although the ratio of pentose/hexose was not significantly changed. It is interesting to observe that, in the same transgenic line, the ratio of pentose/hexose had a significant decrease in xylem (Table 2B). Another transgenic line that presented changes in the composition of the primary cell wall monosaccharides was the Sense-14, although the reduction in rhamnose and galactose may be due to alterations in the pectin layer.

4 CONCLUSIONS

The repression of the endogenous tobacco Miox gene or the constitutive expression of the A. thaliana Miox2 gene caused no major impact on the plant phenotype and composition of primary and secondary cell wall polysaccharides. Although we were able to detect major changes in the pattern of expression of genes involved in cell wall biosynthesis, our data provide further evidences that myo-Inositol oxygenase plays no major role in regulating the formation of UDP-glucuronate. These results clearly indicate that myo-Inositol oxidation can be compensated by the UDP-D-glucose pathway, causing no major impact on cell wall polysaccharide biosynthesis.

5 ACKNOWLEDGEMENTS

This work was supported financially by the Innovation Technology Program funded by FAPESP (01/11080-8) and Suzano Papel e Celulose. Support was also provided by CAPES and CNPq with fellowships for Daniela Defávari do Nascimento, Gabriela Conti and Gunta Gutmanis, and FAPESP with fellowships for Ana Leticia Ferreira Bertollo and Plínio Damin.


80

We would like to thank Dr. Siu Mui Tsai and Fabiana Cannavan from CENA/ESALQ/USP and Dr Maria Helena de Souza Goldman and Andrea Carla Quiapim from FFCLRP/USP, for DNA sequencing. We also would like to thank Livia M. Franceschini for helping with the configuration of all figures.

Table 2. Polysaccharide composition (mg g-1DW) of primary cell wall (pith) and secondary cell wall (xylem) from T3 (third generation progeny) transgenic and control plants. (A) Control and transgenic anti-sense Miox tobacco lines (Anti-1, 2 and 5); (B) Control and transgenic tobacco lines over expressing Miox2 (Sense-10, 12 and 14). ** Comparisons significant at P<0.05 for Dunnet test.

Primary cell wall Secondary cell wall

Tobacco

Ara Man Gal Xyl Glc Gal Gluc Ara Man Gal Xyl Glc Glc/Xyl Soluble Lignin

Insoluble Lignin

Control 10.58 7.50 19.96 17.98 326.3 64.54 2.58 4.65 15.59 6.91 207.2 517.9 2.502 22.64 201.9

Anti-1 10.00 6.40 17.97 19.43 318.6 61.88 2.72 4.81 17.38 6.96 215.9 512.1 2.374** 23.82** 200.8

Anti-2 10.37 7.08 22.20 13.61 331.1 67.10 2.51 4.59 15.38 6.90 208.5 517.7 2.486 23.10 199.6

Anti-5 10.37 8.85 20.32 23.58 346.5 63.54 2.78 5.05 18.20 7.38 215.3 514.5 2.392** 22.73 200.1

Ara, Man, Gal, Xyl, Glc, Gal Acid, Gluc Acid: Arabinose, Mannose, Galactose, Xylose, Glucose, Galacturonic Acid and Glucuronic Acid, respectively.

Primary cell wall Secondary cell wall

Tobacco

Ara Man Gal Xyl Glc Gal Gluc Ara Man Gal Xyl Glc Glc/Xyl Soluble

Insoluble Lignin

Control 12.67 9.40 25.63 9.56 300.4 71.44 1.65 6.56 20.37 10.09 232.4 492.0 2.11 29.99 174.6

Sense-10 15.17 9.34 28.06 12.81 324.6** 72.72 1.82 6.27 19.99 9.65 228.2 496.5 2.18** 29.03 179.5

Sense-12 13.63 9.75 24.82 10.56 307.1 70.67 1.68 6.59 20.49 9.97 232.1 491.3 2.12 30.80 174.7

Sense-14 10.45 8.89 21.02** 12.50 305.7 64.57 1.66 6.23 20.21 9.47 229.3 490.2 2.14 29.51 174.5

A

B

bioenergia em revista: diálogos, v. 2, n. 1, p.60-84, jan./jun. 2012. NASCIMENTO, Daniela Defavari do; CONTI, Gabriela Conti; LABATE, Mônica T. V.; GUTMANIS, Gunta; BERTOLLO, Ana L. F.; ANDRADE, Alexander de; BRAGATTO, Juliano PAGOTTO, Luís Otávio; DAMIN, Plínio; MOON, David H.; LABATE, Carlos A. Modulating Miox2 expression in nicotiana tabacum and impacts on genes involved in cell wall biosynthesis

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Daniela Defavari NASCIMENTO do é doutora em agronomia, mestre em fisiologia e bioquímica de plantas pela ESALQ –USP, professora da FATEC Piracicaba. Atua na área de biotecnologia.

Gabriela CONTI é pesquisadora da FAPESP. CNIA. INTA. AR.

Gunta GUTMANIS é doutora, especialista em transformação genética, marcadres moleculares e genética.

Plínio DAMIN é engenheiro agrônomo especialista em silvicultura urbana.

Mônica T.V. LABATE é doutora em genética, chef of the Sheffield University, trabalha no laboratório Max Feffer de genética de plantas na área de biotecnologia da madeira.

Juliano BRAGATTO.

David H. MOON é professor doutor. Pesquisador do departamento de genética da ESALQ-USP.

Luís Otávio PAGOTTO. Departamento de Engenharia Florestal Colheita e Silvicultura.

Ana BERTOLLO.

Alexandre de ANDRADE.

Carlos A. LABATE é pesquisador da USP. Email: [email protected]

Vegetative Growth And Maturation In Three Sugarcane Varieties

MARQUES, Tadeu Alcides

SILVA, Weslei Hilário da

PALARETTI, Luiz Fabiano

RAMPAZO, Erick Malheiros

Resumo

O objetivo foi comparar três cultivares (RB 72-454, RB 86-7515, IAC 86-2480), com relação aos parâmetros tecnológicos, biométricos, fisiológicos, bromatológicos e produtividade. As cultivares foram plantadas na UNOESTE, no esquema de blocos ao acaso. Para os parâmetros bromatológicos a cultivar IAC 86-2480 apresentou valores inferiores estatisticamente de fibra bruta, no entanto esta mesma cultivar apresentou teores superiores de extrativo não nitrogenado, nutrientes digestivos totais e material mineral. Para análise fisiológica a IAC 86-2480 foi classificada no grupo de menor transpiração (E). A IAC 86-2480 apresentou índices interessantes para uma cultivar de potencial forrageiro, contudo a baixa produtividade comprometeu este potencial. As cultivares não apresentaram diferenças estatísticas para biometria e tecnologia.

Palavras-chave: Cana-de-açúcar, biométricos, bromatológicos, fisiológicos.

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Abstract

The objective was to compare three cultivars (RB 72-454, RB 86-7515, and IAC 86-2480), in relation to the technological, biometric, physiological, bromatological and productivity. The cultivars were planted at UNOESTE, in random blocks. For the bromatological parameters, the cultivar IAC 86-2480 presented statistically lowers values for crude fiber, however this same cultivars presented higher contents of nitrogen free extract, total digestive nutrients and mineral material. In the physiological analysis, the IAC 86-2480 was classified as the group with the lowest evaporation (E). The IAC 86-2480 presented interesting indices as a variety with potential for use in animal feed, however, its potential was undermined by the low productivity. The cultivars did not present any statistical differences for biometry and technological parameters.

Key words: biometric, bromatological, physiological, sugarcane.

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Resumen

El objetivo fue comparar tres cultivares (72-454 RB, RB 86-7515, 86-2480 IAC) con respecto a los parámetros tecnológicos, la biometria, fisiológico y bromatológico. Los cultivares se sembraron en UNOESTE, en el esquema de bloques al azar. Para la bromatologia IAC 86-2480 mostraron valores estadísticamente inferiores de fibra cruda, sin embargo, este cultivar mostraron mayores niveles de extracto libre de nitrógeno, nutrientes totales digestivos y materiales minerales. Para analizar los efectos fisiológicos del IAC 86-2480 fue colocado en el grupo inferior de la transpiración (E). El IAC 86-2480 presenta las tasas de interés para un cultivar de potencial forrajero, pero la baja productividad ha comprometido este potencial. Los cultivares no mostraron diferencias estadísticamente significativas en la biometría y la tecnología.

Palabras-clave: caña de azúcar, biometria, fisiologia, tecnología.

bioenergia em revista: diálogos, v. 2, n. 1, p. 85-95, jan./jun. 2012. MARQUES, Tadeu Alcides; SILVA, Weslei Hilário da; PALARETTI, Luiz Fabiano; RAMPAZO, Erick Malheiros Vegetative Growth And Maturation In Three Sugarcane Varieties

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1 INTRODUCTION

Brazilian sugarcane production in the 2011/2012 harvest is estimated at 588.9 million tons, cultivated in an area of 8.43 million hectares. This volume is 5.64% lower than the previous harvest of 623.9 million tons. 88.18% of the harvest in the country is grown in the South East region, and in the state of São Paulo, a harvest of 320.6 million tons is expected, for a farming area of 4.4 million hectares (CONAB, 2011). Alleoni et al. (1995), studying the variety RB 735275, associated biometry with productivity. Casagrande (1991) and Lima & Catâneo (1997) agree with the dependence of sugarcane productivity on the biometric variables, and believe these, in turn, are dependent on the environmental and genetic variables, and by extension, on location where the crop is grown. Various factors influence the production and maturation of the sugarcane, the main ones being edaphoclimatic interaction, crop management, and the variety selected (Cesar et al., 1987). Brazil is one of the most traditional sugarcane producing countries, and the crop can be grown all year round, almost throughout its territorial extension, with the exception of Amazonia and the States of Santa Catarina and Rio Grande do Sul. There are various soil types, which are influenced by the different climates, resulting in different production environments. This results in differentiated physiological characteristics, arising from the different genetic activities of the varieties (Dias, 1997). The factors which influence the production and quality of sugarcane require ongoing study, under different aspects. The objective of the trial was to compare three varieties of sugarcane (RB 72-454, RB 86-7515, and IAC 86-2480), in terms of their technological, biometric, physiological and bromatological parameters, in the West region of the state of São Paulo. The aim of these comparisons was to detect possible differences between these varieties, and determine their potential for industrial use, or animal feed.

2 MATERIAL AND METHODS

For this study, three varieties of sugarcane were used (IAC 86-2480, RB 86-7515 and RB 72-454). The varieties were planted in November 2006, in a research area in Campus II of UNOESTE. They were planted in random blocks, with three blocks and nine parcels, comprised of five lines of ten meters in length, spaced 1.3m apart. The analysis was subdivided in time (sample 1 – December; sample 2 – January; sample 3 – February; sample 4 – March; sample 5 - April) (3 varieties x 3 blocks x 5 samplings).

The following biometric analyses carried out were: Height of the plants during the growth process; Leaf area; Dry weight of the aerial parts; Dry weight of the roots, and upper and lower diameters of the stem.

After ten months of vegetative growth, the monthly technological analyses were begun, to determine the technological parameters (Residual Bagasse Weight -RBW, Fiber, Pol % in juice, Brix % in juice, Reducing Sugar – RS % in juice, Purity, Total Reducing Sugar – TRS % in juice, Pol in Sugarcane – PS, Brix in Sugarcane - BS, Reducing Sugar in Sugarcane – RS, Total Reducing Sugar in Sugarcane – TRS and Recoverable Total Sugar - RTS, according to Fernandes (2003).


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The following physiological parameters were measured using a Hansatech FMS-2 modulated field fluorometer: quantum (Fv/Fm) and effective (∆F/Fm’) potential of the FSII, non-photochemical quenching coefficient [NPQ = (Fm-Fm’)/Fm’] of the fluorescence, and electron transport rate (ETR = DFFF * ∆F/Fm’ * 0.5 * 0,84, where DFFF used the density of the photosynthetic photon flux) (Bilger et al., 1995). The Fm and Fv values indicate maximum and variable fluorescences, respectively, determined after 30 minutes of adaptation to the dark, and Fm’ indicates the maximum fluorescence of the plants in the presence of light. The measurements for gas exchanges (A, CO2 assimilation, gs, stomatic conductance, E, evaporation, Ci, and intercellular CO2 concentration) were carried out using a portable infrared gas exchange meter (model CIRAS-2, PPSystem, UK). Three samplings were carried out during the growth period. The measurements for fluorescence and gas exchange were carried out between 9:30 and 11:30 on days with no clouds, on totally expanded leaves, without signs of damage or nutritional deficiency.

The Leaf Area was determined using a portable leaf area meter (model LI-3000A, Li-Cor, USA).

The bromatological analyses were performed according to the methodology of Silva & Queiroz (1990) and showed the following variables (Mineral Material - MM, Lipids - EE, Crude Fiber – CF, Crude Protein – CP, Nitrogen Free Extract – NFE and Total Digestible Nutrients - TDN).

All the data were submitted to variance analysis (ANOVA, p<0.05) and to the Tukey measurement comparison test (p<0.05), according to Gomes (1990).

3 RESULTS AND DISCUSSIONS

The results obtained in the biometry did not present any statistical differences between the

varieties tested for the variables of lower diameter, stem height, and leaf area, but only presented different behavior for the months, a fact which is in agreement with the results reported by Alleoni et al. (1995). The results were analyzed using the program ORIGIN 6.0, in order to observe these behaviors in graph form. The different varieties showed high growth, at that moment, which was relatively similar. Differences were observed in relation to upper diameter, with variety RB 86-7515 presenting faster growth in upper diameter (Figure 1). In the statistical analysis, the upper diameter was the only biometric variable which presented differences, RB 86-7515 and RB 72-454 being those which presented the largest diameters, and as reported by Lima & Catâneo (1997) the productivity of sugarcane depends on the biometric growth parameters, therefore good performance would be expected in these varieties.

In Table 1 the results for the technological parameters and % of leaves did not show any statistical differences at a level of 5%. However, the parameter agriculture productivity did present statistical differences, and these results partially disagree with those cited by Landell (2002), who reports that the variety IAC 86-2480 has good agriculture productivity and excellent technological characteristics, with all varieties showing good agriculture productivity. However, variety RB 72-454 produced, on average, 20 to 25 tons more stem and 24 to 30 tons more biomass. As the crop management was the same for the varieties studied, it can be inferred that the edaphoclimatic conditions in Presidente Prudente, as reported by Cesar et al. (1987), promote similar technological contents to the three varieties studied.


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In the bromatological parameters, the variety IAC 86-2480 presented higher values for NFE (nitrogen free extract) and TDN (total digestible nutrients) and MM (mineral material), and was also classified as the variety with the lowest crude fiber - interesting factors for its use as animal feed, and which are in agreement with the findings of Vilela & Melo (1992), who obtained higher gains in weight when using the variety IAC 86-2480 in cattle feed, due to the higher digestibility values and lower fiber contents, even when compared with the use of up to 10% more in the variety RB 72-454.

In the physiological parameters studies, only E (evaporation) showed a statistical difference, with RB 86-7515 presenting higher values, a fact which is in agreement with the results reported by UDOP (2007), who state that variety has rapid growth, tolerance to drought, and adapts well to sandy soils.

Figure 1 - Presentation of the curves obtained from the biometric results, according to their respective samplings.


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Table 1 - Results obtained for the parameters evaluated.

Parameters Evaluated

Technological General

Average RB IAC

86-7515 72-454 86-2480

Varieties

RBW 147,8 144.4 142.9 145,0

FIBER (%) 12.7 12.5 12.3 12.5

BRIX (% in juice) 18.1 17.3 17.7 17.7

POL (%in juice) 11.9 11.9 11.6 11.6

PURITY (%in juice) 65.7 65.8 65.1 65.5

RS (%in juice) 1.4 1.4 1.5 1.4

TRS (% in juice) 13.9 13.4 13.6 13.6

BS 15.1 14.5 15.0 14.9

PS 10.0 9.6 9.8 9.8

RS 1.2 1.2 1.2 1.2

TRS 11.6 11.3 11.4 11.4

RTS 102.2 98.9 100.7 100.6

Leaves (after nine months)

Leaf Area(cm²) 442.3 403.9 224.8 357.0

Dry Material (g) 659.0A 620.4AB 434.5B 571.3

% leaves and productivities

% leaf 7.95 9.17 9.33 8.81

Stem (t ha-1) 120.00B 145.83A 123.5B 129.77

Leaf (t ha-1) 10.3 14.66 11.08 12.01

Biomass (t ha-1) 130.33B 160.5A 136.5B 142.44

Biometrics


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Upper Diam. (mm) 10,88A 9.20AB 8,60B 9,56

Lower Diam. (mm) 20,16 23,93 19,05 21,04

Height (cm) 41,33 31,62 35,37 36,10

Leaf Area (cm2) 3397,40 2165,50 3310,67 2957,85

Bromatological (%)

DM 30.93 30.88 30.72 30.34

LIPIDS 0.42 0.53 0.25 0.40

MM 2.29B 2.85A 2.76A 2.6

CF 23.13A 23.60A 19.42B 22.05

CP 1.69 1.57 1.48 1.58

NFE 72.47AB 71.44B 76.09A 73.33

TDN 57.86AB 57.18B 61.71A 58.92

Physiological (gas exchanges)

E mmol H2O m-2 s- 4,21A 3,40B 3,49AB 3,7

gs mmol m-2 s-1 192,33 164,61 152,95 169,93

A µmol CO2 m-2 s-1 25,49 17,40 16,76 19,88

EUAµmolCO2mmol H2O-1

7,28 8,89 5,76 7,31

Physiological (chlorophyll-a fluorescence)

∆F/Fm' 0,23 0,28 0,32 0,28

NPQ 1,25 1,43 1,2 1,29

ETR µmol electrons m-2 s-1

137,11 155,66 135,99 142,92

Fv/Fm 0,76 0,78 0,75 0,76

Upper case letters denote the difference between the varieties studied at the level of 5%, by the Tukey test


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4 CONCLUSIONS

-The variety IAC 86-2480 presented bromatological indices which were more in keeping with those of varieties with potential for use in animal feed;

-The varieties tested don’t present statistical differences for the biometry and technological parameters.

-Due to the lower productivity index, the use of the variety IAC 86-2480 is considered inappropriate.

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Tadeu Alcides MARQUES é professor doutor da Universidade do Oeste Paulista e da FATEC Piracicaba. Atua na área de ciência e tecnologia de cana, açúcar e do álcool.

Weslei Hilário da SILVA é graduando em Agronomia pela Universidade do Oeste Paulista.

Luiz Fabiano PALARETTI é doutor em Meteorologia Agrícola (Interação Agua x Planta x Ambiente). Professor da UNIFEB (Barretos) e da UNIFAFIBE (Bebedouro).

Erick Malheiros RAMPAZO. Mestrado em Agronomia. Atualmente é tempo integral da Universidade do Oeste Paulista - Unoeste, trabalhando com os seguintes temas: cana-de-açúcar, armazenamento, acidez, temperatura, polímero hidrogel, saccharum, bromatológicas, pendão; tecnológica e saccharum

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