Root growth and antioxidant enzyme responses to aluminium stress in sugarcane / Crescimento radicular e resposta de enzimas antioxidantes ao estresse por alumínio em cana-de-açúcar

Aluminium (Al) toxicity in acid soils is a major abiotic stress that can limit plant production worldwide. Al toxicity directly inhibits root development and exacerbates oxidative stress in the plant. Sugarcane is mostly cultivated in tropical regions and is often exposed to phytotoxic concentrations of soil Al. In this study, our objectives were to evaluate nine sugarcane cultivars on their tolerance to Al in a hydroponic system, investigating the effects of 143µM {Al3+} on root growth and on activity of the antioxidant enzymes ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD). The screening method proposed was suitable for a rapid, reliable and reproducible procedure of the sugarcane cultivars. Exposure to Al for three days altered root growth and activity of enzymes of the nine sugarcane cultivars. However, the magnitude of the alterations varied significantly among cultivars. The cultivar RB928064 was classified as Al-tolerant and the cultivar RB835486 as Al-sensitive. Increases in enzyme activity after Al exposure varied from 4 to 46%, with average increases of 19% in APX, 20% in CAT, and 8% in SOD. The variations induced by Al in enzyme activity, however, did not correlate significantly with those variations induced by Al in the root growth.

A toxidez por alumínio (Al) em solos ácidos é um dos principais estresses abióticos que podem limitara produção vegetal pelo mundo todo. A toxidez por Al inibe diretamente o desenvolvimento radicular e aumenta a produção de espécies reativas de oxigênio na planta. A cana-de-açúcar é mais cultivada em regiões tropicais e frequentemente está exposta a concentrações fitotóxicas de Al no solo. Neste estudo, nossos objetivos foram avaliar a tolerância ao Al de nove cultivares de cana-de-açúcar em um sistema hidropônico e investigar os efeitos de 143µM {Al3+} sobre o crescimento radicular e a atividade das enzimas antioxidantes ascorbato peroxidase (APX), catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD). O método de triagem proposto foi adequado para a avaliação de tolerância ao Al de forma rápida, confiável e reprodutível. A exposição ao Al por três dias alterou o crescimento radicular e a atividade das enzimas nas nove cultivares de cana-de-açúcar. Entretanto, a magnitude das alterações variou significativamente entre as cultivares. A cultivar RB928064 foi classificada como tolerante e a cultivar RB835486 como sensível ao Al. Os incrementos de atividade enzimática após exposição ao Al variaram entre 4 e 46%,com incrementos médios de 19% para APX, 20% para CAT, e 8% para SOD. As variações induzidas pelo Al sobre a atividade enzimática, entretanto, não apresentaram correlações significativas com aquelas induzidas pelo Al sobre o crescimento radicular.

Root growth and antioxidant enzyme responses to aluminium stress in sugarcane / Crescimento radicular e resposta de enzimas antioxidantes ao estresse por alumínio em cana-de-açúcar

Aluminium (Al) toxicity in acid soils is a major abiotic stress that can limit plant production worldwide. Al toxicity directly inhibits root development and exacerbates oxidative stress in the plant. Sugarcane is mostly cultivated in tropical regions and is often exposed to phytotoxic concentrations of soil Al. In this study, our objectives were to evaluate nine sugarcane cultivars on their tolerance to Al in a hydroponic system, investigating the effects of 143µM {Al3+} on root growth and on activity of the antioxidant enzymes ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD). The screening method proposed was suitable for a rapid, reliable and reproducible procedure of the sugarcane cultivars. Exposure to Al for three days altered root growth and activity of enzymes of the nine sugarcane cultivars. However, the magnitude of the alterations varied significantly among cultivars. The cultivar RB928064 was classified as Al-tolerant and the cultivar RB835486 as Al-sensitive. Increases in enzyme activity after Al exposure varied from 4 to 46%, with average increases of 19% in APX, 20% in CAT, and 8% in SOD. The variations induced by Al in enzyme activity, however, did not correlate significantly with those variations induced by Al in the root growth.(AU)

A toxidez por alumínio (Al) em solos ácidos é um dos principais estresses abióticos que podem limitara produção vegetal pelo mundo todo. A toxidez por Al inibe diretamente o desenvolvimento radicular e aumenta a produção de espécies reativas de oxigênio na planta. A cana-de-açúcar é mais cultivada em regiões tropicais e frequentemente está exposta a concentrações fitotóxicas de Al no solo. Neste estudo, nossos objetivos foram avaliar a tolerância ao Al de nove cultivares de cana-de-açúcar em um sistema hidropônico e investigar os efeitos de 143µM {Al3+} sobre o crescimento radicular e a atividade das enzimas antioxidantes ascorbato peroxidase (APX), catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD). O método de triagem proposto foi adequado para a avaliação de tolerância ao Al de forma rápida, confiável e reprodutível. A exposição ao Al por três dias alterou o crescimento radicular e a atividade das enzimas nas nove cultivares de cana-de-açúcar. Entretanto, a magnitude das alterações variou significativamente entre as cultivares. A cultivar RB928064 foi classificada como tolerante e a cultivar RB835486 como sensível ao Al. Os incrementos de atividade enzimática após exposição ao Al variaram entre 4 e 46%,com incrementos médios de 19% para APX, 20% para CAT, e 8% para SOD. As variações induzidas pelo Al sobre a atividade enzimática, entretanto, não apresentaram correlações significativas com aquelas induzidas pelo Al sobre o crescimento radicular.(AU)

Development and production of sugarcane under different levels straw after four years of cultivation / Desenvolvimento e produção de cana-de-açúcar sob diferentes quantidades de palhada após quatro anos de cultivo

Environmental constraints, labour shortages and the search for greater efficiency have induced the mechanisation of sugarcane harvesting, providing a large amount of straw in the system, which provides benefits to the soil, the crop and the environment. The objective of this work was to evaluate the effect of the removal of different amounts of straw from the soil surface on the development and productivity of sugarcane in eutrophic Red Latosol. The experiment was conducted in an area belonging to the Usina in Bandeirantes, PR, using a randomised block design with four replications. The effects of six treatments (0, 25%, 50%, 75%, 100% of straw and sugarcane) were evaluated after four years of cultivation on the LAI (leaf area index), tillering, diameter, length and fresh mass of the stalks, in five periods: 60, 120, 180, 240 and 370 days after harvest (DAC). The results were submitted to analysis of variance and the means compared by Tukeys test. The straw on the soil surface provided benefits to the development and productivity of sugarcane. The management of sugarcane burning, total removal of the straw (0% of soil cover) or 75% of straw resulted in a lower IAF and stalk diameter and a 37% decrease in final yield under conditions of water deficiency. The maintenance of 50% of straw is sufficient to favour the development and to provide greater productivity of the sugarcane, as it is possible to use the 50%surplus of the field for the production of ethanol of second generation or electric energy, without damage to the productivity of the culture.(AU)

As restrições ambientais, a falta de mão-de-obra e a busca por maior eficiência induzem a mecanização da colheita de cana-de-açúcar, disponibilizando grande quantidade de palhada no sistema, que proporciona benefícios ao solo, à cultura e ao meio ambiente. O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito da retirada de diferentes quantidades de palhada da superfície do solo sobre o desenvolvimento e a produtividade da cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho eutroférrico. O experimento foi instalado em área pertencente a Usina em Bandeirantes, PR, utilizando delineamento em blocos casualizados com quatro repetições. Foram avaliados os efeitos de seis tratamentos (0, 25%, 50%, 75%, 100% de palhada e cana-queimada), após quatro anos de cultivo, sobre o IAF (Índice de área foliar), perfilhamento, diâmetro, comprimento médio e massa fresca dos colmos, em cinco períodos: 60, 120, 180, 240 e 370 dias após a colheita (DAC). Os resultados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste Tukey. A palhada sobre a superfície do solo proporcionou benefícios ao desenvolvimento e a produtividade da cana-de-açúcar. Os manejos queima da cana-de-açúcar, retirada total da palhada (0% de cobertura do solo) ou de 75% de palhada resultaram em menor índice de área foliar, diâmetro de colmos e diminuição de 37% na produtividade final, em condições de deficiência hídrica. A manutenção de 50% de palhadaé suficiente para favorecer o desenvolvimento e proporcionar maior produtividade da cana-de-açúcar,sendo possível utilizar os 50% excedente do campo para produção de etanol de segunda geração ouenergia elétrica, sem prejuízos à produtividade da cultura.(AU)

Production of cellulases by Penicillium oxalicum through solid state fermentation using agroindustrial substrates / Produção de celulases por Penicillium oxalicum em fermentação em estado sólido usando diferentes substratos agroindustriais

The purpose of this study was to define the factors that influence the production of cellulases by Penicillium oxalicum, a strain obtained from a leaf-cutting ant colony and identified based on the ITS gene. The experimental design included solid state fermentation using sugarcane bagasse and lignocellulosic sorghum as the lignocellulosic substrate. The variables were analyzed using a 25-1 fractional factorial design, with three replicates on the central point. All the variables analyzed influenced the production of at least one of the three cellulose types analyzed. The highest values observed were: FPase 4.2 U g-1, CMCase 9.2 U g-1 and Avicelase 8.4 U g-1 using lignocellulosic sorghum as the substrate. The best conditions for enzyme production were: incubation temperature at 40ºC, initial moisture of 60%, pH of 4.0 and a growth period of four days using lignocellulosic sorghum as the substrate.(AU)

O estudo teve como foco a determinação de fatores que influenciam a produção de celulases por uma cepa isolada de ninho de formigas cortadeiras e identificada por meio do gene ITS como Penicillium oxalicum. O processo produtivo foi Fermentação em Estado Sólido utilizando como substrato lignocelulósico bagaço de cana-de-açúcar e sorgo lignocelulósico. As variáveis foram analisadas através de um planejamento fatorial fracionário 25-1, com três repetições no ponto central. Todas as variáveis analisadas influenciaram a produção de pelo menos um dos três tipos de celulases analisados. As maiores atividades observadas foram: FPase 4,2 U g-1; CMCases 9,2 U g-1 e avicelase 8,4 U g-1, utilizando sorgo lignocelulósico como substrato. As melhores condições para produção foram: temperatura de incubação a 40oC, umidade inicial 60%, pH 4,0, tempo de cultivo de quatro dias, utilizando como substrato sorgo lignocelulósico.(AU)

Sugar cane fresh or ensiled with or without bacterial additive in diets for dairy cows / Cana-de-açúcar in natura e ensilada com ou sem aditivo bacteriano em dietas para vacas lactantes

This study evaluated the effect of using fresh sugar cane, sugar cane silage with or without Lactobacillus buchneri, and burnt sugar cane silage with or without L. buchneri on ingestive behavior, nitrogen balance and synthesis of microbial nitrogen compounds of dairy cows. Five ¾ Holstein x Gir crossbred cows, assigned to a 5 x 5 Latin square design, were given diets with a 60:40 forage: concentrate ratio on a dry matter basis, to meet an average body weight of 550 kg and production of 15 kg of milk per day. The treatment with fresh sugar cane showed higher values (p 0.05) for dry matter feed efficiency (3,133.3 vs 2,234.47 g DM h-1) and rumination (1,642.3 vs 1,222.93 g DM h-1) compared to the silages. There was a shorter total chewing time (58.7 vs 81.5 min. kg-1 DM) for fresh sugar cane when compared to silages without inoculum. The addition of microbial additive during ensiling of sugar cane did not alter (p > 0.05) the nitrogen intake and balance, but led to a greater (p 0.05) synthesis of microbial nitrogen. Microbial efficiency was not affected (p > 0.05), and showed an average value of 204.32 g microbial crude protein kg-1 total digestible nutrients.(AU)

Objetivou-se avaliar o efeito da utilização de cana-de-açúcar in natura, silagem de cana sem ou com Lactobacillus buchneri e cana queimada sem ou com L. buchneri sobre o comportamento ingestivo, balanço de nitrogênio e síntese de compostos nitrogenados microbianos em vacas lactantes. Foram utilizadas cinco vacas mestiças, ¾ Holandês x Gir, distribuídas em um quadrado latino 5 x 5 e alimentadas com dietas compostas por 60% de volumoso e 40% de concentrado na base da matéria seca, para atender um peso corporal médio de 550 kg e produção média de 15 kg de leite por dia. A cana-de-açúcar in natura proporcionou maiores valores (p 0,05) para eficiência de alimentação da matéria seca (3.133,3 vs 2.234,47 g MS h-1) e de ruminação (1.642,3 vs 1.222,93 g MS h-1) em relação às silagens. Observou-se menor tempo de mastigação total (58,7 vs 81,5 min. kg-1 de MS) para cana-de-açúcar in natura quando comparada às silagens sem inóculo. A utilização do aditivo microbiano na ensilagem da cana-de-açúcar não alterou (p > 0,05) o consumo e o balanço de nitrogênio, porém propiciou maior (p 0,05) síntese de nitrogênio microbiano. Não houve diferença entre as dietas (p > 0,05) para eficiência microbiana, cujo valor médio foi de 204,32 g PB microbiana kg-1 de TDN.(AU)

Sugar cane fresh or ensiled with or without bacterial additive in diets for dairy cows / Cana-de-açúcar in natura e ensilada com ou sem aditivo bacteriano em dietas para vacas lactantes

This study evaluated the effect of using fresh sugar cane, sugar cane silage with or without Lactobacillus buchneri, and burnt sugar cane silage with or without L. buchneri on ingestive behavior, nitrogen balance and synthesis of microbial nitrogen compounds of dairy cows. Five ¾ Holstein x Gir crossbred cows, assigned to a 5 x 5 Latin square design, were given diets with a 60:40 forage: concentrate ratio on a dry matter basis, to meet an average body weight of 550 kg and production of 15 kg of milk per day. The treatment with fresh sugar cane showed higher values (p 0.05) for dry matter feed efficiency (3,133.3 vs 2,234.47 g DM h-1) and rumination (1,642.3 vs 1,222.93 g DM h-1) compared to the silages. There was a shorter total chewing time (58.7 vs 81.5 min. kg-1 DM) for fresh sugar cane when compared to silages without inoculum. The addition of microbial additive during ensiling of sugar cane did not alter (p > 0.05) the nitrogen intake and balance, but led to a greater (p 0.05) synthesis of microbial nitrogen. Microbial efficiency was not affected (p > 0.05), and showed an average value of 204.32 g microbial crude protein kg-1 total digestible nutrients.

Objetivou-se avaliar o efeito da utilização de cana-de-açúcar in natura, silagem de cana sem ou com Lactobacillus buchneri e cana queimada sem ou com L. buchneri sobre o comportamento ingestivo, balanço de nitrogênio e síntese de compostos nitrogenados microbianos em vacas lactantes. Foram utilizadas cinco vacas mestiças, ¾ Holandês x Gir, distribuídas em um quadrado latino 5 x 5 e alimentadas com dietas compostas por 60% de volumoso e 40% de concentrado na base da matéria seca, para atender um peso corporal médio de 550 kg e produção média de 15 kg de leite por dia. A cana-de-açúcar in natura proporcionou maiores valores (p 0,05) para eficiência de alimentação da matéria seca (3.133,3 vs 2.234,47 g MS h-1) e de ruminação (1.642,3 vs 1.222,93 g MS h-1) em relação às silagens. Observou-se menor tempo de mastigação total (58,7 vs 81,5 min. kg-1 de MS) para cana-de-açúcar in natura quando comparada às silagens sem inóculo. A utilização do aditivo microbiano na ensilagem da cana-de-açúcar não alterou (p > 0,05) o consumo e o balanço de nitrogênio, porém propiciou maior (p 0,05) síntese de nitrogênio microbiano. Não houve diferença entre as dietas (p > 0,05) para eficiência microbiana, cujo valor médio foi de 204,32 g PB microbiana kg-1 de TDN.

Development and production of sugarcane under different levels straw after four years of cultivation / Desenvolvimento e produção de cana-de-açúcar sob diferentes quantidades de palhada após quatro anos de cultivo

Environmental constraints, labour shortages and the search for greater efficiency have induced the mechanisation of sugarcane harvesting, providing a large amount of straw in the system, which provides benefits to the soil, the crop and the environment. The objective of this work was to evaluate the effect of the removal of different amounts of straw from the soil surface on the development and productivity of sugarcane in eutrophic Red Latosol. The experiment was conducted in an area belonging to the Usina in Bandeirantes, PR, using a randomised block design with four replications. The effects of six treatments (0, 25%, 50%, 75%, 100% of straw and sugarcane) were evaluated after four years of cultivation on the LAI (leaf area index), tillering, diameter, length and fresh mass of the stalks, in five periods: 60, 120, 180, 240 and 370 days after harvest (DAC). The results were submitted to analysis of variance and the means compared by Tukeys test. The straw on the soil surface provided benefits to the development and productivity of sugarcane. The management of sugarcane burning, total removal of the straw (0% of soil cover) or 75% of straw resulted in a lower IAF and stalk diameter and a 37% decrease in final yield under conditions of water deficiency. The maintenance of 50% of straw is sufficient to favour the development and to provide greater productivity of the sugarcane, as it is possible to use the 50%surplus of the field for the production of ethanol of second generation or electric energy, without damage to the productivity of the culture.

As restrições ambientais, a falta de mão-de-obra e a busca por maior eficiência induzem a mecanização da colheita de cana-de-açúcar, disponibilizando grande quantidade de palhada no sistema, que proporciona benefícios ao solo, à cultura e ao meio ambiente. O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito da retirada de diferentes quantidades de palhada da superfície do solo sobre o desenvolvimento e a produtividade da cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho eutroférrico. O experimento foi instalado em área pertencente a Usina em Bandeirantes, PR, utilizando delineamento em blocos casualizados com quatro repetições. Foram avaliados os efeitos de seis tratamentos (0, 25%, 50%, 75%, 100% de palhada e cana-queimada), após quatro anos de cultivo, sobre o IAF (Índice de área foliar), perfilhamento, diâmetro, comprimento médio e massa fresca dos colmos, em cinco períodos: 60, 120, 180, 240 e 370 dias após a colheita (DAC). Os resultados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste Tukey. A palhada sobre a superfície do solo proporcionou benefícios ao desenvolvimento e a produtividade da cana-de-açúcar. Os manejos queima da cana-de-açúcar, retirada total da palhada (0% de cobertura do solo) ou de 75% de palhada resultaram em menor índice de área foliar, diâmetro de colmos e diminuição de 37% na produtividade final, em condições de deficiência hídrica. A manutenção de 50% de palhadaé suficiente para favorecer o desenvolvimento e proporcionar maior produtividade da cana-de-açúcar,sendo possível utilizar os 50% excedente do campo para produção de etanol de segunda geração ouenergia elétrica, sem prejuízos à produtividade da cultura.