Sink stimulation of leaf photosynthesis by the carbon costs of rhizobial and arbuscular mycorrhizal fungal symbioses

Key words: biochemical model of leaf photosynthesis; carbon sink strength; chlorophyll fluorescence; harvest index; leaf protein; leaf senescence; legumes; photosynthetic nutrient use efficiency; Pi recycling; source-sink regulation; ureides One of the most fascinating processes in plant physiology and agronomy is the capability of legumes to associate symbiotically with rhizobial bacteria and arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. The legumes supply photosynthates in exchange for nitrogen, derived from biological N2 fixation, and soil nutrients mainly phosphate, obtained from foraging of AM fungi from the soil. The rhizobial and arbuscular mycorrhizal symbioses each may use 4-16% of recently fixed photosynthates to maintain their activity, growth and reserves, but in turn, may supply 100% of the plant nutrient requirements. The C costs of the symbioses are often assumed to limit plant productivity due to photosynthate competition between the microsymbiont and the host. In addition, the C costs are often used as an entry point to understand the evolution of the symbioses. It is intriguing that despite of the symbiotic C costs, plants associated with rhizobia and/or AM fungi often produce more biomass and grains than fertilized plants. Increases in plant growth are traditionally attributed to improved plant nutrition and enhanced photosynthesis. This thesis gives evidence that plants – and particularly legumes – are able to overcome any putative C limitation associated with rhizobial and AM fungal symbioses by increasing the rates of photosynthesis due to sink stimulation, over and above the expected nutritional benefits from the symbioses. Sink stimulation of photosynthesis is a consequence of increased C demand from photosynthesis, which increases the export of triose-P from chloroplasts, recycling more inorganic phosphates and activating more photosynthetic enzymes. In the thesis, I report a literature study, which provides a framework for the quantification of sink stimulation of photosynthesis. Apparently, sink stimulation of photosynthesis by symbioses just equals the C costs, which in the long term is still beneficial for plant growth. Sink stimulation of photosynthesis implies that plants and symbioses are not limited by photosynthates, which means that the cost : benefit theories for symbioses need to be re-conceptualized. Photosynthesis is limited by three biochemical processes: rubisco activity, electron transport, and triose-P export (often referred as sink limitation). In Chapter 3, I apply a biochemical model expressing these three limitations in CO2 response curves of soybean (Glycine max [L.] Merrill) inoculated with rhizobial strains with putative different C costs (Bradyrhizobium japonicum CPAC 390 or CPAC 7) or fertilized with KNO3, to understand the effects of rhizobial symbioses on the photosynthetic capacity. Plants associated with putatively more expensive strains have higher photosynthetic capacity than those associated with less ‘expensive strains’. The effect of sink stimulation of photosynthesis is evident because plants with higher triose-P export rates consistently had higher rates of electron transport and rubisco activity. These results suggest that the C costs of rhizobial symbioses generate feedbacks between the rates of triose-P export with rubisco activity and electron transport rates. I also describe three subsequent experiments with two different soybean varieties nodulated with two rhizobial strains or fertilized with two doses of KNO3 fertilizer. Plants associated with rhizobial symbioses always had higher rates of photosynthesis and accumulated less starch in the leaves than N-fertilized plants throughout the whole cycle. Furthermore, nodulated plants maintained higher chlorophyll concentrations for a longer period than N-fertilized plants. Both photosynthesis and N2 fixation were synchronized over the plant cycle. One of the conclusions of Chapter 4 is that C costs of rhizobial symbioses lead to sink stimulation of photosynthesis, which in turn, delays leaf senescence. These mechanisms together are likely to contribute for increase in plant productivity. Overall, the thesis indicates that the C costs of symbioses are not disadvantageous, as usually thought. Higher activity of rhizobial and AM fungal symbioses results in sink stimulation of photosynthesis, which leads to higher plant growth over time. Sink stimulation of photosynthesis implies that the microsymbionts and plants are not limited by photosynthate. Increased rates of photosynthesis in initial stages of plant development delay the rates of leaf senescence in the later stages of plant development. The C costs of symbioses bring advantages to the plant’s adaptation under elevated CO2 concentration, because they remove the sink limitation of photosynthesis. It means that effectiveness of the symbioses (the capacity to supply nutrients) is more important than the C costs or the efficiency with which photosynthates are used. <br/

Três décadas de estudos sobre biomassa microbiana nos ecossistemas brasileiros: lições aprendidas sobre qualidade do solo e indicadores de sustentabilidade.

Desde a publicação do método de determinação do carbono da biomassa microbiana (CBM), foram realizados dezenas de estudos no Brasil sobre os efeitos dos diferentes usos do solo sobre o CBM e parâmetros relacionados. Nesse trabalho, tais estudos foram compilados com o objetivo de identificar as melhores estratégias para assegurar a sustentabilidade do uso do solo. Foram avaliadas as práticas de plantio direto (PD) e convencional (PC), rotações de culturas, pastagens, agricultura orgânica, queimadas, e aplicação de resíduos industriais e agroquímicos. Os efeitos do PD sobre o PC para aumentar o CBM e reduzir o qCO2 (quociente metabólico: respiração basal/CBM) foram confirmados por uma meta-análise abrangendo 233 observações experimentais. A agricultura orgânica, a rotação de culturas e a diminuição da aplicação de agroquímicos promoveram o CBM e o quociente microbiano (CBM/C orgânico total). As pastagens degradadas resultaram em diminuição do CBM, mas as pastagens rotacionadas com culturas anuais foram favoráveis à microbiota do solo. Não foram constatadas tendências claras para a resposta do CBM à aplicação de resíduos industriais. Constatouse que a avaliação do CBM é uma metodologia sólida para a avaliação da qualidade do solo no Brasil. Contudo, as relações entre o CBM, a ciclagem de nutrientes, a diversidade e a funcionalidade microbiana do solo ainda não são completamente entendidas

Досвід управління практичною підготовкою майбутніх учителів початкових класів у США

The question of the student teaching management of future teachers in primary school in the United States of America is studied in the article. The necessity to adapt the best global experience in Ukrainian system of higher education is grounded in an article. The author designates the purpose and the content of students’ pedagogical practice, subjects of management and the conditions of admission to probation. The main principles of student teaching are shown. The author gives a description of the characterization of an American student as an active subject of the educational process. The functional responsibilities of all participants in the control system of student teaching in higher educational institutions in the USA are summarized and described in an article.У статті розглянуто питання управління практичною підготовкою майбутніх учителів початкових класів у США. Обґрунтовано необхідність у адаптації кращого світового досвіду в системі вітчизняної вищої освіти. Автором визначено мету та зміст педагогічної практики студентів у вищих навчальних закладах США, суб’єктів управління практичною підготовкою, умови допуску до проходження практики. Вказано основні принципи реалізації практичної підготовки студентів. Автором здійснено характеристику американського студента як активного суб’єкта навчально-виховного процесу ВНЗ. Узагальнено та описано функціональні обов’язки усіх учасників в системі управління практичною підготовкою у вищих навчальних закладах США

Quantificando os efeitos de diferentes usos agrícolas na biomassa microbiana do solo nos biomas brasileiros.

O Brasil ocupa hoje a terceira colocação na produção agropecuária mundial. Por isso, a manutenção da qualidade do solo nas áreas agrícolas deve ser um dos principais objetivos de agricultores, ambientalistas e governo. Diversos atributos têm sido considerados como indicadores de qualidade do solo, entre eles, o C da biomassa microbiana do solo (CBM) e atributos relacionados. Neste estudo, é apresentada uma meta-análise de 68 experimentos sobre os efeitos de diferentes usos agrícolas na CBM e parâmetros relacionados nos biomas da Amazônia, Mata Atlântica, Caatinga, Cerrados, Pantanal e Pampas. A meta-análise mostrou uma redução generalizada, em todos os usos agrícolas verificados, no CBM, no carbono orgânico total (COT), na razão CBM/COT e de maneira geral, um incremento no quociente metabólico (qCO2, respiração total/CBM). Entretanto, os cultivos anuais reduziram a CBM mais drasticamente do que cultivos perenes e pastagens. A meta-análise também mostrou que, devido ao uso agrícola do solo, o CBM e a CBM/COT foram reduzidos mais drasticamente nos Cerrados, Amazônia e Pantanal do que nos demais biomas. Isto poderia indicar que esses biomas têm uma menor resiliência microbiana aos distúrbios provocados pelo uso agrícola

Abundância de fungos micorrízicos arbusculares e biomassa total fúngica e bacteriana de solos cultivados com cana de açúcar.

A cana de açúcar movimenta no Brasil cerca de R$40 bilhões por ano com a produção e comercialização de açúcar e etanol. Os micro-organismos do solo têm são fundamentais no ciclo dos nutrientes, destacando os Fungos Micorrízicos Arbusculares (FMAs) no fornecimento de fósforo para as plantas. Os objetivos desse trabalho foram determinar os parâmetros quantitativos da microbiota do solo através da avaliação da abundância de esporos dos FMAs e biomassa total de fungos e bactérias utilizando a técnica de microscopia de Epifluorescência, em mata ciliar e em canaviais com diferentes manejos do solo. Foram selecionadas seis áreas no Estado de São Paulo e as amostras de solo foram coletadas nos períodos de outubro/novembro de 2010. A abundância de esporos dos FMAs junto ao manejo de cana de açúcar não apresentaram diferenças significativas. Houve aumento significativo do pH do solo nos solos manejados em relação com a mata ciliar. O baixo pH do solo não interferiu na comunidade dos FMAs e também não afetou na biomassa de fungos e bactérias. Foram observadas diferenças significativas no aumento para biomassa de bactérias e fungo+bactérias do solo no manejo com cana queimada, com aplicação de vinhaça e colheita mecanizada em relação à cana crua, sem vinhaça e colheita manual. Este é o primeiro estudo que se tem conhecimento realizado no Brasil utilizando a técnica de microscopia de epifluorescência para estimar a biomassa total de carbono de fungos e bactérias e os resultados apresentados aqui estão de coerentes com outros estudos da literatura. Desse modo a técnica é promissora e poderá ser utilizada em futuros estudos no Brasil.Fertbio

Termite activity in relation to natural grassland soil attributes

Os térmitas (cupins) do solo carregam partículas de solo para construção de seus ninhos e desta forma, podem afetar algumas características pedológicas. Este estudo teve como objetivo verificar a influência da atividade de térmitas nas características do solo através de análises das propriedades químicas e físicas e da composição mineralógica de amostras coletadas na base, topo e centro dos ninhos e área de solo adjacente. Quatro cupinzeiros e suas respectivas áreas adjacentes foram aleatoriamente amostrados em Lages, Capão Alto, Painel, São José do Cerrito e Coxilha Rica (Santa Catarina). Os resutados das análises químicas mostraram que o conteúdo de K, P, Ca, Mg e C orgânico no centro dos ninhos foi maior e o pH menor em relação à área de solo adjacente. Não houve diferenças na composição dos argilominerais entre os ninhos e as áreas adjacentes, no entanto, a composição granulométrica dos solos diferiu entre os dois locais. Térmitas podem modificar outras características do solo, tais como as propriedades físicas e químicas, devido ao elevado volume de solo transportado per ascensum para construção dos cupinzeiros (entre 20,9 m³ ha-1 e 136,6 m³ ha-1 neste estudo) que promove a bioturbação e afeta a ciclagem de nutrientes.Soil-feeding termites transport soil for mound building, and this process can affect soil characteristics. To verify the influence of soil termite activity on soil characteristics, samples were collected from top, bottom and center of termite mounds, and of the adjacent area, to assess chemical and physical properties and mineralogical composition. Four replicates of termite mounds and respective adjacent areas were randomly sampled in Lages, Capão Alto, Painel, São José do Cerrito and Coxilha Rica (State of Santa Catarina, southern Brazil). Results of chemical analyses showed a greater content of K, P, Ca, Mg and organic C in the inner part of termite mounds, accompanied by lower pH in relation to soil of the adjacent area. There were no differences regarding clay mineral composition between termite mounds and adjacent soil, however the proportion of sand and clay differed between them. It is concluded that termites modify soil characteristics due to great volume of soil transported per ascensum for mound construction (varying from 20.9 m³ ha-1 to 136.6 m³ ha-1, in this study) which promotes a strong pedo-bio-perturbation and affects nutrient cycling and soil physical properties

Relação entre os diferentes sistemas de manejo e profundidades na atividade microbiana do solo.

RESUMO ? As vantagens do plantio direto (PD) sobre o plantio convencional (PC) em relação à qualidade ambiental são resultantes das propriedades físicas, químicas e biológicas que ocorrem no solo. No entanto, a maioria das avaliações considera apenas as camadas superficiais do solo, não corrigindo seus valores pela densidade para realmente explicar as alterações ocorridas no solo. Neste estudo foram avaliados os parâmetros de carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e biomassa microbiana (BM) pelo método de incubação e extração em um Latossolo Vermelho Escuro de Londrina, PR, com sucessão das culturas de soja (verão) / trigo (inverno), sob PD e PC por 20 anos. As amostras de solo foram coletadas nas entrelinhas em pleno florescimento da cultura da soja, nas profundidades de 0-5, 5-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50 e 50-60 cm. Através da somatória das profundidades (0-60 cm) e considerando os valores de densidade do solo, o PD apresentou um aumento significativo nos estoques de carbono e nitrogênio da biomassa microbiana (CBM e NBM), respiração basal (RB) e respiração basal induzida [RB(i)]. Em relação aos parâmetros de NT e COT, quando comparado ao PC, o PD apresentou ganhos de 106 kg N ha-1ano-1 e 0,8 Mg C ha-1ano-1, dos quais 67% se concentram na camada de 0-30 cm. Na camada de 0-60 cm, o PD apresentou taxas anuais de acúmulo de 1,34 kg NBM ha-1 ano-1 e 38,2 kg CBM ha-1 ano-1, sendo que na camada de 0-5 cm, a concentração no PD foi 82% superior à do PC

Значення використання зв'язку "жертва - злочинець" у розслідуванні злочинів

Кащук О. О. Значення використання зв'язку "жертва - злочинець" у розслідуванні злочинів / О. О. Кащук // Актуальні проблеми держави і права : збірник наук. праць. Вип. 65 / НУ «ОЮА» , редкол. С. В. Ківалов (голов. ред.) та ін., відп. за вип. В. М. Дрьомін. – Одеса : Юрид. л-ра, 2012. – С. 588-593.У статті розкрита сутність і значення використання зв'язку «жертва — злочинець» у розслідуванні злочинів, виведена класифікація зв'язків між потерпілим і злочинцем. Зроблено висновок про те, що дані про зв'язок «жертва — злочинець» служать засобом швидкого та повного встановлення всіх обставин злочину, у тому числі суб'єкта злочину