UFLA - Teses
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Item Mudas propagadas vegetativamente de Coffea arabica tratadas com extratos de algas(Universidade Federal de Lavras, 2022-07-28) Azevedo, Harianna Paula Alves de; Santos, Heloisa Oliveira dos; Carvalho, Samuel Pereira; Melo, Paulo CésarA cafeicultura é de suma importância para todo o mundo. No Brasil, destacou-se econômica e socialmente desde a chegada das primeiras mudas e sementes. Com boa e rápida adaptação ao solo e clima, o café brasileiro tomou grandes proporções na balança comercial internacional. Porém, com as mudanças nos hábitos do consumidor, se tem buscado alternativas para os cultivos mais sustentáveis. Uma opção para esses cultivos é o uso de bioestimulantes que são de origem natural, como os extratos de algas. Assim, o objetivo foi avaliar o desenvolvimento de mudas de café arábica propagadas assexuadamente, quando tratadas com extratos de algas. O trabalho foi composto por dois experimentos independentes, conduzidos no Setor de Cafeicultura do Departamento de Agricultura, utilizando de mudas pré-formadas propagadas assexuadamente, da cultivar Mundo Novo. O primeiro foi estabelecido em delineamento em blocos casualizados, em esquema fatorial 4 x 3, com quatro dosagens (0; 2,5; 5 e 10 mL.L-¹) de extratos das algas Ascophyllum nodosum, Lithothamnium ssp. e Kappaphicus spp. O segundo experimento foi estabelecido em blocos casualizados, testando a mistura desses extratos na dose de 5 mL.L-¹. Em ambos foram avaliadas a altura do broto, área foliar, matéria seca foliar, matéria seca do caule, número de folhas, níveis relativos de clorofilas a, b e total, condutância estomática foliar, densidade e funcionalidade estomática. Para as avaliações radiculares determinou-se a massa seca da raiz, comprimento, volume e área superficial radicular, e o diâmetro da raiz. Para a dose de 5 mL.L-¹ houve melhores resultados para os três extratos de algas, Ascophyllum nodosum e Lithothamnium ssp. com os melhores resultados para as principais características de parte aérea. Houve resultados satisfatórios para Ascophyllum nodosum e Lithothamnium ssp. no enraizamento na dose de 5 a 10 mL.L-¹. Para Kappaphicus spp. o efeito foi negativo. As combinações dos extratos de algas não exercem efeito em mudas de café arábica.Item Embriogênese somática e validação do sistema CRISPR/CAS9 em Coffea canephora(Universidade Federal de Lavras, 2020-05-11) Casarin, Tatiane; Diniz, Leandro Eugenio Cardamone; Paiva, Luciano VilelaCoffea canephora é a segunda espécie mais cultivada do gênero Coffea, representando cerca de 25% da produção brasileira e sendo especialmente utilizada na indústria do café solúvel e em blends com Coffea arabica. A espécie apresenta alta variabilidade genética, tendo os programas de melhoramento buscado a identificação, seleção e propagação de genótipos com características superiores. Entretanto o melhoramento convencional demanda muito tempo e a aplicação de ferramentas biotecnológicas pode ajudar a acelerar este processo. Dessa forma, os objetivos deste trabalho foram testar diferentes protocolos de indução de embriogênese somática (ES) direta para C. canephora visando a sua aplicação em trabalhos futuros de transformação genética, a validação da aplicação de uma estratégia multiplex do sistema CRISPR/Cas9 através do silenciamento do gene CcPDS, e a obtenção de plantas com redução do teor de cafeína através do silenciamento, via CRISPR/Cas9, dos genes das enzimas de biossíntese da cafeína: xantosina metiltransferase (XMT), 7-metilxantina metiltransferase (MXMT) e 3,7-dimetilxantina metiltransferase (DXMT). Para a avaliação da indução de ES direta foram utilizados explantes provenientes de folhas de plântulas in vitro e de folhas de plantas de casa de vegetação de C. canephora clone 22, submetidos a três diferentes tratamentos de indução. O mais eficiente para indução de ES direta foi o Meio 3, com 96,25% de eficiência de indução e média de 34 embriões por explante de folhas in vitro e 67% de eficiência de indução e média de 67 embriões por explante de casa de vegetação. Em ambos experimentos de edição genômica, foram utilizados calos embriogênicos de C. canephora clone 14 e diferentes construções gênicas multiplex, nas quais os sgRNAs estavam sob a regulação de promotores U6 de C. canephora ou Arabidopisis thaliana. Plântulas e embriões apresentando os fenótipos albino, variegado e verde foram obtidas na transformação com as construções contendo sgRNAs para o gene CcPDS, sendo que 71,4% das plantas avaliadas apresentaram algum tipo de mutação, a maioria em homozigose. Seis plantas possivelmente transformadas para o silenciamento dos genes de síntese de cafeína foram analisadas e cinco estavam efetivamente transformadas. Destas, apenas uma apresentou mutações nas regiões reconhecidas pelos sgRNAs, sendo uma mutação em heterozigose no segundo alvo do gene XMT, uma mutação também em heterozigose nos dois alvos do gene DXMT e nenhuma mutação observada no gene MXMT. Com os resultados obtidos, é possível concluir que a ES direta é uma estratégia muito mais rápida de regeneração de embriões de cafeeiro e o genótipo parece ter forte influência no sucesso de estratégias de silenciamento gênico em C. canephora, assim como os genes a serem silenciados, que podem afetar o desenvolvimento das plantas editadas.Item Área foliar remanescente, boro, zinco e sacarose na produção de mudas de Coffea arabica L. por miniestaquia(Universidade Federal de Lavras, 2022-11-30) Honda Filho, Cássio Pereira; Guimarães, Rubens JoséA mini estaquia pode ser considerada uma especialização da estaquia convencional. Basicamente consiste na utilização de brotações de plantas propagadas pelo processo de estaquia, ou mudas produzidas por sementes. Além disso, pode representar uma alternativa potencialmente viável para espécies lenhosas cujo processo de estaquia convencional resulta em percentual de enraizamento variável e baixa qualidade na formação de raízes, como é o caso da espécie Coffea arabica L. Objetivou-se avaliar a influência de boro, zinco, sacarose e a área foliar remanescente no enraizamento de miniestacas de Coffea arabica L. Foram então realizados dois experimentos em delineamento inteiramente ao acaso, dispostos em fatorial triplo 2x3x3, sendo: presença ou não de boro (experimento 1) ou zinco (experimento 2) na solução de enraizamento com AIB; sacarose a 0, 10 e 20% de concentração aplicada a cada 20 dias; níveis de área foliar remanescente nas miniestacas (25, 50 e 75%). Em ambos os experimentos se notou que a presença de B e Zn foram eficientes para um bom crescimento radicular; o aumento na concentração de sacarose na calda de pulverização foi benéfica para o crescimento radicular em ambos os experimentos; tratamentos com 75% de área foliar remanescente foram superiores aos demais tratamentos. Conclui-se que o atual protocolo de enraizamento de miniestacas de café arábica deve ser ampliado com: adição de B ou Zn na solução com AIB; utilização de doses de sacarose exógena a 20% de concentração em um intervalo de 20 dias; opção da manutenção de um maior percentual da área foliar remanescente para um enraizamento de miniestacas mais eficiente e homogêneo.Item Gene regulatory networks: co-expression modules of protein coding genes and small RNAS governing essential biological processes in Coffea arabica L.(Universidade Federal de Lavras, 2023-01-30) Ribeiro, Thales Henrique Cherubino; Chalfun Junior, Antonio; Meyers, Blake C.; Oliveira, Raphael Ricon deCoffee plants are the source of one of the most world-wide traded commodities. From harvesting, though processing to commercializing the coffee bean moves an international market that supports the livelihood of millions. The progressing understanding of how plants function at a cellular, molecular, and physiological level has enabled successive technological breakthroughs, this, in turn, has allowed a positive balance between the supply and demand for food. These successive breakthroughs of frontiers in agricultural knowledge are taking place along centuries of civilization. At this point, one of the most relevant frontiers of biology is at the molecular level. The understanding of how plants organize their physiological processes at the molecular level may be the way to finally balance agriculture with sustainable development. Advances in molecular biology are making this understanding possible by investigating how complex networks of regulatory elements coordinate the functioning of plants and other organisms. This thesis has the objective of contributing to the effort of revealing the functional dynamics of Coffea arabica metabolism using integrated biological data. From genome and transcriptome sequencing data of coffee samples, I was able to identify evolutionary phenomena such as gene balance, to predict and ascertain for the presence of metabolites, and to reveal multiple types of RNAs involved in control and/or developmental processes of flowering in Coffea arabica. Our discoveries regarding the organization and possible evolutionary trends of this genome can guide future works with the objective of maintaining the continuity of coffee.Item Isolamento de leveduras de cavernas e avaliação do seu potencial biotecnológico para fermentar hidrolisados lignocelulósicos(Universidade Federal de Lavras, 2023-02-27) Bonett, José Eduardo Abril; Duarte, Whasley Ferreira; Ferreira, Rodrigo LopesPretendeu-se, neste trabalho, isolar, identificar e realizar uma avaliação biotecnológica de leveduras isoladas de 15 cavernas localizadas no estado de Minas Gerais. Para tal fim, usaramse amostras de solo em distintas zonas das cavernas e, para o isolamento, realizaram-se plaqueamentos usando o meio Extrato Malte. Para a identificação das leveduras, utilizou-se a técnica de MALDI-TOF. A avaliação biotecnológica das leveduras foi realizada em relação à produção de xilitol, etanol, proteína e biomassa e, para isso aplicaram-se testes de fermentação de xilose e em hidrolisados de substratos lignocelulósicos de café. A produção de etanol foi avaliada pela técnica de HPLC, e a determinação de proteína, pelo método de Kjeldahl. A produção de biomassa foi calculada por meio de uma curva de calibração. Do isolamento, obtiveram-se 236 leveduras, analisadas por MALDI-TOF. Dessa análise, encontraram-se espécies ainda não relatadas para cavernas. Quanto à avaliação biotecnológica, foi encontrado que nenhuma cepa produziu xilitol e que algumas cepas foram capazes de produzir etanol. A respeito da produção de proteína, uma cepa identificada como C. orthopsilosis apresentou maior porcentagem de proteína (35,8%). Os resultados obtidos permitiram verificar que as cavernas não são ambientes totalmente isolados do meio externo. A estrutura da caverna, a sua interação com o meio externo e as alterações do meio circundante influenciam na entrada de matéria orgânica nas cavernas. Isso influencia na presença de leveduras nas diferentes zonas das cavernas. Além disso, este é o primeiro trabalho em que é realizada a caracterização biotecnológica de leveduras de caverna. Os resultados obtidos permitiram conhecer os parâmetros-chave para melhorar a produção de etanol, proteína e biomassa dessas leveduras em hidrolisados lignocelulósicos para futuros trabalhos.Item Microencapsulação por spray drying de leveduras epifíticas do café para inoculação no processo fermentativo(Universidade Federal de Lavras, 2022-12-13) Martins, Pâmela Mynsen Machado; Schwan, Rosane Freitas; Dias, Disney Ribeiro; Batista, Nádia NaraA comercialização de leveduras na forma líquida não é indicada a longo prazo pois as células perdem a viabilidade. Além disso, há de risco de contaminação e maiores custos com transporte e armazenamento refrigerado. Assim, uma alternativa é a secagem por spray drying. Esta técnica pode ser utilizada de forma contínua e rápida, permitindo altas taxas de produção com baixos custos operacionais. Dito isto, o objetivo do trabalho foi avaliar a eficácia da microencapsulação por spray drying para promoção da secagem e revestimento de três leveduras epifíticas do café: Saccharomyces cerevisiae CCMA0543, Torulaspora delbrueckii CCMA0684 e Meyerozyma caribbica CCMA1738. O trabalho foi dividido em três etapas. A primeira etapa consistiu na avaliação da viabilidade celular das leveduras microencapsuladas em spray dryer de escala laboratorial. As leveduras (109 UFC mL−1 ) foram microencapsuladas separadamente com maltodextrina (15%), maltodextrina (15%) com sacarose (2%) ou maltose (2%). Os resultados indicaram que a viabilidade celular variou entre 94,06 e 97,97%. Após 6 meses, ambas as leveduras armazenadas a 7 °C e 25 °C apresentaram 107 e 10 2 UFC mL −1 , respectivamente. Esta etapa mostrou que foi possível microencapsular as leveduras epifíticas do café por spray drying e que a maltodextrina foi eficiente como material de parede. A segunda etapa consistiu na avaliação do efeito dos parâmetros operacionais no processo de secagem para obtenção de leveduras microencapsuladas em spray dryer de maior escala. A concentração do material de parede e a temperatura de entrada do ar de secagem foram investigadas por meio do Delineamento do Composto Central Rotacional (DCCR). Em seguida, a performance fermentativa das leveduras microencapsuladas foram avaliadas em meio de casca e polpa de café. As leveduras atingiram viabilidade celular e rendimentos de secagem acima de 90 e 50%, respectivamente. Soro de leite em pó manteve a viabilidade celular das três leveduras ao longo de 90 dias de armazenamento à temperatura ambiente (25°C) e foi selecionado como material de parede para as três leveduras. M. caribbica mostrou-se mais sensível à secagem por spray drying e menos resistente ao armazenamento. Algumas diferenças foram encontradas na fermentação, mas as leveduras microencapsuladas mantiveram suas características biotecnológicas. Por fim, a terceira etapa consistiu em comparar os desempenhos fermentativos de leveduras líquidas e microencapsuladas em café fermentados por anaerobiose autoinduzida (SIAF). Após 180 h de fermentação no processo natural, T. delbrueckii microencapsulada (MT) (7,97x107 cel/g) apresentou uma população maior do que T. delbrueckii líquida (FT) (1,76x107 cel/g). O estado da levedura influenciou na concentração dos compostos orgânicos e voláteis. Os cafés inoculados com S. cerevisiae microencapsulada (MS) apresentaram notas dominantes de frutado, caramelo e nozes no processamento natural. Já no café descascado, os cafés inoculados com MT apresentaram caramelo, mel e nozes. Considerando os parâmetros analisados, as leveduras mais indicadas para processamento natural e descascado seriam MS e MT, respectivamente. Como conclusão, as leveduras microencapsuladas por spray drying foram metabolicamente ativas e podem ser consideradas com potencial comercial, principalmente para produtores de café interessados em utilizar culturas iniciadoras durante SIAF.Item Remotely piloted aircraft and computer vision applied to coffee growing management(Universidade Federal de Lavras, 2022-11-25) Santana, Lucas Santos; Ferraz, Gabriel Araújo e SilvaDigital and precision agriculture technologies used in coffee farming have gained space and have become necessary in many coffee production stages. Among the emerging technologies, the Remotely Piloted Aircraft (RPA) can be highlighted because their products can be used as data providers for machine learning techniques and automated monitoring forms. This study aimed to apply cartographic and photogrammetric products from RPAs submitted to machine learning techniques and image analysis in digital and precision coffee farming. Three types of research were built: Application of RPA cartographic products for the coffee plant implantation project; Identification and counting of plants in PRA images and Investigations of plants development in renewal areas. (I)The first study evaluated different flight mission composition efficiency and point cloud levels for Digital Terrain Models generation applied in coffee plantations. Flights performed at 120 m Above Ground Land (AGL) and 80 × 80% overlap showed higher assertiveness and efficiency. The 90 m AGL flight showed great terrain detail, causing significant surface differences concerning the topography obtained by Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers. Slope ranges up to 20% are considered reliable for precision coffee growing projects. Changes in flight settings and image processing are satisfactory for precision coffee projects. Image overlap reduction significantly lowed the processing time without influencing Digital Terrain Model DTM's quality. (II) The second research aimed to develop an algorithm for automatic counting coffee plants and define the plant's best age to carry the monitoring using RPA images. Plants with four months of development showed 86.5% count assertiveness. The best results were observed in plantations with six months of development, presenting an average of 96.8% of assertiveness in automatically counting plants. This analysis enables an algorithm development for automated counting of coffee plants through RGB images obtained by remotely piloted aircraft and machine learning applications. (III) The objective of the third research was to monitor the coffee plants' development planted on ash from crop residues through vegetative indices in RPA images, analysis of chemical elements presents in the ash and soil analysis. Preliminary results indicate the high presence of aluminum and potassium in the ash, causing significant differences in coffee development beginning. In addition, variations were observed in vegetative indices values in regions with ash presence, highlighting the NGI and NNIRI indices. The research developed by this paper provides essential information for digital agriculture technologies advancement in coffee growing.Item Visão computacional para classificar a maturação dos frutos de café no processo de colheita mecanizada(Universidade Federal de Lavras, 2023-04-28) Zanella, Marco Antonio; Silva, Fábio Moreira daO café é um dos produtos agrícolas mais comercializados e consumidos no mundo, fundamental para o desenvolvimento socioeconômico do Brasil. A colheita do café é um processo essencial na cadeia produtiva e, corresponde por aproximadamente metade dos custos totais de produção. Nesse sentido, esta pesquisa teve como objetivo classificar frutos de café quanto ao grau de maturação durante o processo de colheita mecanizada utilizando técnicas de visão computacional. Vídeos dos frutos de café colhidos foram obtidos durante o processo de colheita mecanizada na safra de 2022. A coleta de dados ocorreu sobre a espécie arábica, variedade Bourbon Amarelo, cultivada na Fazenda Cafua no município de Ijaci, localizada na região Sul de Minas Gerais. Para a coleta de imagens, foi desenvolvido um dispositivo instalado sobre a esteira transversal da colhedora, com acoplamento de uma câmera em um suporte para reduzir os efeitos da vibração da colhedora de café e com um sistema iluminação por led para a iluminação dos frutos durante a obtenção dos vídeos. Para o processamento das imagens coletadas foram realizadas duas abordagens, (i) com o desenvolvimento de um algoritmo utilizando técnicas de visão computacional e (ii) utilizando um algoritmo de detecção de objetos de última geração o YOLOv7. O algoritmo de visão computacional foi capaz de detectar e classificar frutos de café de acordo com os seguintes graus de maturação: não maduro e maduro. A precisão média para as classes de maturação do café não maduro e maduro foi de 72% e 70%. Com algoritmo não foi possível classificar os frutos da classe demasiado maduro. O algoritmo de detecção de objetos denominado YOLOv7 foi implementado para a detecção e classificação dos frutos de café em três classes: não maduro, maduro e demasiado maduro. A rede YOLOv7 apresentou capacidade superior com valores de F1-score de 90%, 95% e 75% para as classes não maduro, maduro e demasiado maduro, respectivamente. Com a classificação da maturação dos frutos de café colhidos é possível obter um índice de maturação dos frutos durante o processo de colheita mecanizada. Além disso, os resultados desse estudo podem contribuir para o desenvolvimento de sistema embarcado para ser utilizado na coleta de dados durante a colheita mecanizada do café.Item Análise de particulados sólidos suspensos em cooperativas de cafés(Universidade Federal de Lavras, 2022-09-01) Moreira, Kátia Soares; Andrade, Ednilton Tavares deA geração de poeira pela movimentação de grãos em cooperativas armazenadoras, pode apresentar riscos ocupacionais ao sistema respiratório. O objetivo deste estudo foi analisar ambientalmente e ocupacionalmente a poeira presente em duas unidades armazenadoras de café, analisando as características físicas e químicas destes. A análise de particulados sólidos suspensos foi realizada em outubro de 2021, em duas cooperativas agroindustriais armazenadoras de cafés commodities e especiais, com grande capacidade de armazenagem, localizadas no Sul de Minas Gerais. As coletas foram feitas em três alturas para cada área, nos pontos localizados à aproximadamente 2, 5 e 8m, na agroindústria de café commodity, e 1, 2 e 8m de altura, na de café especial. As amostras foram analisadas em laboratório por Difratometria de Raio-X e gravimetria, pelas metodologias NIOSH 7500, descritas pela National Institute for Occupacional Safety and Health. Os mapeamentos da distribuição de materiais particulados nas cooperativas foram feitos com a utilização do Software Surfer 14®, com método de interpolação de Krigagem (Kriging Method). A granulometria das partículas sólidas foi determinada com a utilização de agitador de peneiras com vibração durante 10 min, com velocidade/intensidade 4, com malhas de 12, 20, 40, 60, 70, e 100 mesh. Para a caracterização química da poeira foi realizada a análise de bioativos, sendo a cafeína, trigonelina e ácidos clorogênicos, por meio de cromatografia líquida de alta eficiência. A determinação quantitativa e qualitativa de pesticidas nas amostras foi realizada no Laboratório de Resíduos de Pesticidas do Instituto Biológico, utilizando o método QuEChERS. A quantidade de poeira gerada nas cooperativas de café especial e commodity foi maior nos setores de recebimento e beneficiamento, com a maior concentração até a altura de 5m, sendo intensificada na unidade de cafés especiais. A análise do risco químico ambiental apresentou maior quantidade de poeira total para cooperativa de cafés especiais, entretanto o limite de sílica livre cristalizada foi inferior ao de detecção para as duas agroindústrias. De acordo com a análise granulométrica das partículas, observou-se que 5,8% da poeira é menor que 0,150 mm, podendo conter particulados com dimensões inferiores a 0,025mm, passíveis de chegar até o pulmão. Os bioativos de trigonelina, ácido clorogênico e cafeína tiveram maior teor na poeira da unidade de cafés especiais. A quantificação dos resíduos de agrotóxicos presentes na poeira demonstrou valores superiores ao limite máximo para a Tiametoxam e Lambida-cialotrina, na cooperativa de café especial, e de Ciproconazole para a de café commodity.Item Enraizamento de estacas em Coffea arabica L.(Universidade Federal de Lavras, 2000-08-11) Pereira, André Barretto; Pasqual, MoacirA propagação vegetativa de Coffea arábica L. se justifica para imediata exploração de híbridos F₁, representando grande economia de tempo com a redução do número de ciclos de seleção necessários para obtenção de linhagens, garantindo a uniformidade do povoamento e manutenção do ganho genético obtido na seleção. Com o objetivo de ampliar os conhecimentos no enraizamento de estacas de C.arabica L., foram realizados vários experimentos, em casa de vegetação, nos anos de 1997 à 1999, na Universidade Federal de Lavras (Lavras-MG), abordando os efeitos do tempo de imersão em solução com auxinas, acido indolbutírico (AIB) e ácido naftaleno-acético (ANA), o comportamento de cultivares, o uso de diferentes substratos e uma alternativa ao uso de estufas com sistemas automáticos de nebulização, para produção de mudas por estaquia de C. arábica L. Foram utilizadas estacas herbáceas, oriundas de ramos ortotróficos , constituídas de um nó, um par de folhas reduzidas a 1/3 de seu tamanho e 8-10 cm de comprimento. Os resultados obtidos mostraram que o AIB como promotor de enraizamento não é eficiente e, portanto, seu emprego não é recomendável para estacas de C. arábica L. cv. “Mundo Novo”. Há aumento do percentual de enraizamento com imersão da base da estaca em solução com 650 mg.L-¹ de ANA por 6 horas. Os substratos areia, húmus de minhoca, moinha de café (resíduo da máquina de beneficiamento de café) e o substrato padrão (utilizado na germinação de sementes de café) apresentaram bom desempenho no enraizamento em estufas com nebulização. Os cultivares Catuaí e Icatu enraízam melhor do que o Mundo Novo. O composto orgânico mostra ser o melhor em estufas sem nebulização. A utilização de estufim para o enraizamento de estacas de C. arabica L. é uma alternativa tecnicamente viável. O período de 6 semanas mostra-se ideal para permanência das estacas no estufim.