Potential of rust-resistant arabica coffee cultivars for specialty coffee production

Rust is the main disease affecting Coffea arabica, the most economically important coffee species. The objective of this study was to analyze C. arabicacultivars with different levels of rust resistance, including bean size, raw bean appearance, finalsensory scores (FSS), and aromaand taste nuances of the coffee cup. The experiment was designed in randomized blocks (RBD) with three replications and 20 treatments (cultivars), totaling 60 experimental plots. The rust-susceptible cultivars IPR 100, Rubi MG 1192, and Topázio MG 1190 were compared with 17 rust-resistant cultivars.Cultivars IPR 103, MGS Aranãs, and SaíraII presented the highest percentages of high sieves, highest scores of raw bean appearance, and low percentages of mocha-type beans. All cultivars had FSS above 82 and were classified as specialty coffees. The cultivars with the highest FSS (Arara and Catiguá MG2) showed a greater diversity of coffee cup aroma and flavor nuances. Rust-resistant Arabica coffee cultivars are promising for the physical quality of beans and have potential for the specialty coffee market.

Alterations in antioxidant metabolism in coffee leaves infected by Cercospora coffeicola / Alterações no metabolismo antioxidante de folhas de cafeeiro infectadas por Cercospora coffeicola

ABSTRACT: Brown eye spot (BE) caused by Cercospora coffeicola is the main disease of coffee crop. A variation in symptoms of BE has been reported in the field, raising suspicion of occurrence of new species. However, information about coffee- C. coffeicola interaction is still limited. This research aimed to determine the difference between antioxidant metabolism of coffee plants cultivar Mundo Novo inoculated with a strain isolated from a common BE lesion (CML 2984) and a strain isolated from a black BE lesion (CML 2985). The enzyme activity of peroxidase (POX), catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX) and phenylalanine ammonia lyase (PAL) were determined. Activities of POX, APX, and PAL increased in plants inoculated with both strains compared to non-inoculated plants at 12 and 24 hours post inoculation (hpi). CAT activity increased in inoculated plants with black BE strain at 24 hpi and both strains at 48 hpi. The SOD activity only increased in inoculated plants with both strains at 48 hpi. These results show that an elevated antioxidant response was observed when the plants were challenged with both strains of C. coffeicola. Both strains produced lesions of the common type, suggesting that other factors lead to the development of black BE lesion type under field conditions and further investigation is needed.

RESUMO: A cercosporiose, causada pelo fungo Cercospora coffeicola, é uma das principais doenças que afeta o cafeeiro. Uma variação nos sintomas de cercosporiose foi encontrada no campo, levantando suspeitas da ocorrência de uma nova espécie. Considerando que informações sobre a interação cafeeiro-C. coffeicola ainda são limitadas, objetivou-se, neste trabalho, determinar diferenças no metabolismo oxidativo de plantas de cafeeiro, cultivar 'Mundo Novo', inoculadas com isolado proveniente de lesões de cercosporiose do tipo olho pardo (CML 2984) e isolado proveniente de lesões de cercosporiose do tipo negra (CML 2985). Foram determinadas a atividade das enzimas peroxidase (POX), catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX) e fenilalanina amônia liase (PAL). As atividades das enzimas POX, APX e PAL aumentaram nas plantas inoculadas com ambos os isolados, quando comparadas com as plantas não inoculadas às 12 e 24 horas após inoculação (hai). A atividade da CAT aumentou nas plantas inoculadas com o isolado que causa sintomas de cercosporiose do tipo negra às 24 hai e, para ambos os isolados, às 48 hai. Plantas inoculadas com ambos os isolados demonstraram aumento na atividade da SOD somente às 48 hai. Este estudo mostrou que uma resposta antioxidante elevada foi observada quando as plantas foram inoculadas com os dois isolados de C. coffeicola . Ambos os isolados produziram lesões de cercosporiose do tipo comum, sugerindo que outros fatores que causam lesões de cercosporiose do tipo negra ainda necessitam ser investigados.

Aplicação exógena de quitosana no sistema antioxidante de jaborandi / Exogenous chitosan application on antioxidant systems of jaborandi

A aplicação de eliciadores em plantas é utilizada em estudos de fisiologia para compreensão dos mecanismos de defesa ao ataque de herbívoros ou infecção por patógenos. Em virtude disso, foi avaliado o efeito do eliciador exógeno quitosana no sistema antioxidante enzimático de jaborandi (Piper mollicomum Kunth). Foram avaliadas as atividades das enzimas ascorbato peroxidase (APX), catalase (CAT) e superóxido dismutase (SOD) e as concentrações de peróxido de hidrogênio (H2O2) e malonaldeído (MDA), ambas análises para verificar a peroxidação lipídica. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados (DBC), constituído de um fatorial (5x2) composto pelos controles sem quitosana (plantas sem pulverização e plantas pulverizadas apenas com o solvente de diluição da quitosana) e concentrações de quitosana (2,5; 5,0 e 10,0 g L-1) em dois estádios de desenvolvimento foliar (em desenvolvimento e completamente expandida). Nas folhas completamente expandidas, o sistema antioxidante foi mais ativo. A CAT teve maior participação no sequestro de radicais livres, induzido pela aplicação da quitosana em ambos os estádios de desenvolvimento foliar. A APX foi induzida somente nas folhas completamente expandidas e na maior concentração de quitosana. O método do MDA foi melhor para evidenciar a diferença nos teores de peróxido de hidrogênio, em função do estresse induzido pela quitosana. De acordo com os resultados obtidos neste ensaio, pode-se sugerir que, nas plantas de jaborandi, as enzimas antioxidativas são requisitadas em resposta ao eliciador em questão, a quitosana, compondo, assim, o mecanismo de defesa dessas plantas.

Elicitors are used in plant physiology studies for comprehension of defense mechanisms against herbivore attach and pathogen infections. For this reason, the exogenous chitosan effect was tested as an elicitor on Jaborandi (Piper mollicomum Kunth). Thus, it was evaluated the elicitor effect in the antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) ,ascorbate peroxidase (APX),hydrogen peroxide (H2O2) and malonaldehyde (MDA) concentrations to estimate the lipid peroxidation. The experimental design was in randomized blocks in a factorial 5x2, being 2 controls (plants without pulverization and plants sprayed only with a diluting solvent chitosan) and 3 chitosan concentrations (2.5; 5.0 and 10.0 g L-1) in 2 leaf development stage (in development and fully expanded). At the fully expanded leaves, the antioxidant system presented higher active. The CAT had greater involvement in the kidnapping of free radicals induced by the application of chitosan in both leaf stages of development. The APX was induced only in fully expanded leaves and the highest concentration of chitosan. The MDA method was better to highlight the difference in hydrogen peroxide content as a function of stress induced by chitosan. According to the results of this test, it can be suggested that the plants Jaborandi antioxidant enzymes are required in response to the elicitor in question, chitosan, thus composing the defense mechanism of these plants.

Optimization of culture conditions for tannase production by Aspergillus sp. gm4 in solid state fermentation / Otimização das condições de cultivo para produção de tanase por Aspergillus sp. gm4 em fermentação em estado sólido

Tannase is an industrially important enzyme produced by a large number of microorganisms. This study analyzed the production of tannase by Aspergillus sp. GM4 under solid-state fermentation (SSF) using different vegetable leaves (mango, jamun and coffee) and agricultural residues (coffee husks, rice husks and wheat bran). Among the substrates used jamun leaves yielded high tannase production. The Plackett-Burman design was conducted to evaluate the effects of 12 independent variables on the production of tannase under SSF using jamun leaves as substrate. Among these variables, incubation time, potassium nitrate and tannic acid had significant effects on enzyme production. A lower incubation time was fixed and supplementation with potassium nitrate and tannic acid were optimized using the Central Composite Design. The best conditions for tannase production were: incubation time of 2 days; tannic acid at 1.53% (w w-1) and potassium nitrate at 2.71% (w w- 1). After the optimization process, tannase production increased 4.65-fold, which showed that the statistical experimental design offers a practicable approach to the implementation of optimization of tannase production.

Tanase é uma enzima industrialmente importante produzida por um grande número de microrganismos. Este estudo analisou a produção de tanase por Aspergillus sp. GM4 em fermentação em estado sólido (FES) utilizando diferentes vegetais como folhas de manga, de jambolão, de café e resíduos agrícolas, como a casca de café, casca de arroz e farelo de trigo. Entre os substratos utilizados, as folhas jambolão renderam alta produção de tanase. O planejamento de Plackett-Burman foi conduzido para avaliar os efeitos de 12 variáveis independentes sobre a produção de tanase em FES usando folhas jambolão como substrato. Entre estas variáveis, tiveram efeitos significativos na produção da enzima o tempo de incubação, o nitrato de potássio e o ácido tânico. O menor tempo de incubação foi fixado e a suplementação de nitrato de potássio e ácido tânico foi otimizada utilizando o planejamento composto central rotacional. As melhores condições para a produção de tanase foram o tempo de incubação de dois dias, a concentração de ácido tânico de 1,53% (g g-1) e de nitrato de potássio 2,71% (g gw-1). Após o processo de otimização, a produção tanase aumentou 4,65 vezes, o que mostrou que o delineamento experimental foi um método viável para a otimização da produção de tanase.

Potential of essential oils for the control of brown eye spot in coffee plants / Potencial de óleos essenciais no controle da cercosporiose-do-cafeeiro

The objectives of this work were to assess the in vitro effect of essential oils extracted from cinnamon, citronella, lemon grass, India clove, tea tree, thyme, neem and eucalyptus on the conidia germination and on mycelial growth of Cercospora coffeicola, and their efficacy to control the brown eye spot in coffee seedlings (cultivars Catucaí 2SL, Catuaí IAC 62 and Mundo Novo 379/19) in a greenhouse, as well as their effects on the initial germination and infection events by scanning electron microscopy. All essential oils promoted the inhibition of conidia germination with increasing concentrations. India clove, cinnamon, neem, thyme and lemon grass oils inhibited the mycelial growth of C. coffeicola. The cinnamon and citronella oils were the most promising for brown eye spot control in all cultivars. In scanning electron microscopy, the cinnamon and citronella oils reduced germination and mycelial development of C. coffeicola in vivo, eight and 16 hours after inoculation, promoting, in some cases, the leakage of the cellular content. Essential oils of cinnamon and citronella reduced the incidence and severity of brown eye spot, in addition to presenting direct toxicity to the pathogen.

Este trabalho avaliou o efeito in vitro de óleos essenciais extraídos de canela, citronela, capim-limão, cravo-da-índia, árvore-de-chá, tomilho, nim e eucalipto na germinação de conídios e no crescimento micelial de Cercospora coffeicola, a eficácia destes óleos no controle da cercosporiose-do-cafeeiro em mudas das cultivares Catucaí 2SL, Catuaí IAC 62 e Mundo Novo 379/19 em casa de vegetação; e seus efeitos sobre os eventos iniciais de germinação e infecção do patógeno in vivo por meio de microscopia eletrônica de varredura. Todos os óleos essenciais inibiram a germinação dos conídios com o aumento das concentrações. Os óleos de cravo-da-índia, canela, nim, tomilho e capim-limão inibiram o crescimento micelial de C. coffeicola. Os óleos de canela e citronela foram os mais promissores no controle da cercosporiose em todas as cultivares. Em microscopia eletrônica de varredura, os óleos de canela e citronela reduziram a germinação e o desenvolvimento micelial in vivo de C. coffeicola oito e 16 horas após a inoculação, promovendo, em alguns casos, o extravasamento do conteúdo celular. Óleos essenciais de canela e citronela reduziram a incidência e a severidade da cercosporiose, além de apresentar efeito tóxico direto ao patógeno.

Efeito de nutrientes combinados com indutores de resistência na proteção contra a vassoura-de-bruxa no cacaueiro / Effect of nutrients combined with inducers of resistance on the protection of cocoa seedlings against witches' broom

Na busca por novos indutores de resistência contra a vassoura-de-bruxa no cacaueiro avaliou-se o efeito de vários nutrientes, acibenzolar-S-metil (ASM) e a combinação desses nutrientes com ASM. Os produtos e as misturas foram pulverizados 30 dias antes da inoculação nas mudas do clone SIC-23. Foram utilizados os produtos comerciais Supa-potássio®(silicato de potássio), Hortifós® PK (fosfito de potássio) e Broadacre® Mn (sulfato de manganês), testados nas dosagens 2,5 mL; 5,0 mL; 10 mL/L de água, isoladamente ou combinados com ASM (0,2g/L). O experimento foi conduzido no delineamento de blocos ao acaso, no esquema fatorial, com quatro repetições de doze plantas/parcela. A incidência da doença foi avaliada 60 dias após a inoculação. Somente o ASM promoveu controle significativo da vassoura-de-bruxa. Os nutrientes aplicados isoladamente não apresentaram efeito na severidade da doença. Por outro lado, o efeito protetor do ASM desapareceu quando este foi misturado ao Supa-potássio®, na dose de 5 ou 10 mL/L.

Aiming at improving the level of induction of resistance in cocoa, various nutrients, acibenzolar-S-methyl (ASM) and their combination were tested on cocoa seedlings, clone SIC-23, 30 days before inoculation. The commercial products Supa-potássio® (potassium silicate), Hortifós® PK (potassium phosphite) and Broadacre® Mn (manganese sulfate) were sprayed at doses of 2.5, 5.0 mL and 10.0 mL per liter of water, combined or not, with ASM® (0.2 g/L). The experiment was set in a randomized block design, in a factorial scheme, with four replicates of twelve plants each. Disease incidence was assessed 60 days after inoculation. Only ASM promoted significant control of the disease. Nutrients alone had no effect on disease incidence. On the other hand, the protective effect of ASM disappeared when this product was mixed to Supa-potássio at 5 or 10 mL/L.

Rizobactérias no controle da mancha angular do algodoeiro / Rhizobacteria to control cotton bacterial blight

Avaliou-se o potencial de rizobactérias na indução de resistência do algodoeiro à Xanthomonas axonopodis pv. malvacearum. Após o isolamento das rizobactérias, foram selecionados os isolados capazes de reduzir os sintomas da mancha angular bacteriana em casa de vegetação, os quais foram aplicados espacialmente separados do patógeno desafiador. Os melhores isolados foram testados quanto à capacidade de reduzir os sintomas da ramulose e da murcha de Verticillium e de inibir diretamente os patógenos in vitro. Do total de 123 isolados de rizobactérias foram selecionados cinco, L2-1 (Bacillus cereus), MT5-6 (Bacillus cereus), L2-2 (Achromobacter xylosoxidans), MT5-5 (Bacillus cereus) e MT5-11 (Brevibacterium sp.), os quais apresentaram controle da mancha angular acima de 40 por cento, em relação à testemunha. Nenhum isolado reduziu a severidade da ramulose e da murcha de Verticillium em relação à testemunha, nem apresentou efeito inibitório direto in vitro a X. axonopodis pv. malvacearum e Colletotrichum gossypii var. cephalosporioides. Para V. dahliae, apenas o isolado L2-1 apresentou efeito inibitório.

The potential of rhizobacteria was evaluated for resistance induction against Xanthomonas axonopodis pv. malvacearum. After isolation, the rhizobacteria were screened for the reduction of angular leaf spot severity under greenhouse conditions. They were spatially separated from the challenging pathogen. The best isolates were tested for the capacity to reduce ramulose and Verticillium wilt severity and directly inhibit pathogens in vitro. From a total of 123 rhizobacterial isolates, five were selected, L2-1 (Bacillus cereus), MT5-6 (Bacillus cereus), L2-2 (Achromobacter xylosoxidans), MT5-5 (Bacillus cereus) and MT5-11 (Brevibacterium sp.), which showed angular leaf spot control above 40 percent as compared to the control. The tested isolates neither reduced the severity of ramulose and verticillium wilt compared to the control nor showed in vitro direct inhibition to X. axonopodis pv. malvacearum and Colletotrichum gossypii var. cephalosporioides. For V. dahliae, only isolate L2-1 showed direct inhibition.

Metodologia de inoculação de fungos causadores da podridão peduncular em mamão / Inoculation methodology's of papaya fruits with fungi causing stem-end-rot

A podridão peduncular, uma das principais doenças associadas à pós-colheita do mamão (Carica papaya L.), tem sido pouco investigada no que se refere a aspectos ecológicos e epidemiológicos nas condições brasileiras. Para que estudos sejam conduzidos nas referidas áreas é necessário que se disponham, a priori, de metodologias adequadas que permitam a reprodução dos sintomas dessa doença em condições de laboratório. No presente trabalho, o objetivo foi estabelecer um método de inoculação de frutos de mamão com o intuito de se reproduzir os sintomas da podridão peduncular, por meio de três procedimentos: 1) corte do pedúnculo seguido por deposição de um disco de micélio do fungo; 2) deposição de suspensão de conídios na região do pedúnculo, seguido por ferimento, e 3) aplicação de suspensão de conídios na região peduncular sem ferimento. Foram utilizados os fungos: Phoma caricae-papayae, Colletotrichum gloeosporioides, Botryodiplodia theobromae e Fusarium solani, sendo os frutos inoculados, submetidos a temperaturas de 20 e 25ºC. Os resultados indicaram que não houve efeito das temperaturas testadas no desenvolvimento dos fungos, nos diferentes métodos de inoculação. A maior severidade da podridão peduncular (notas de 1 a 5) foi observada em frutos inoculados pelo método de injeção no pedúnculo, independente do patógeno utilizado. Os fungos C. gloeosporioides e P. caricae-papayae foram os que apresentaram as maiores médias de severidade da doença seguido por B. theobromae e F. solani.

The stem-end-rot, one of the major post-harvest diseases in papaya (Carica papaya L.), has not been very well investigated concerning ecological and epidemiological aspects of the Brazilian conditions. So that studies can be developed in the referred to areas, it is necessary to use the right methodologies that allow the reproduction of the symptons of this disease in laboratory conditions. This study aimed to stablish a method for inoculating papaya fruits to reproduce the symptons of the stem-end-rot through tree procedures: 1) cut of the stem followed by deposition of fungal mycelium in agar discs; 2) deposition of the spore suspension into the stem's region followed by injuries, and 3) application of spore suspension in the stem's region without injuries. The inoculation was performed with the fungi P. caricae-papayae, C. gloeosporioides, B. theobromae e F. solani, and inoculated fruits were placed under temperatures of 20º and 25ºC. The results indicate that there were no effects of the tested temperatures in the development of all fungi, in the different methods of inoculation. The highest severity of stem-end-rot (score 1-5) was observed in fruits inoculated by the methods of injection in the stem, independing of the fungus used. The fungi C. gloeosporioides and P. carica-papaya presented the highest levels of severity in the disease followed by B. theobromae and F. solani.

Efeito de indutores de resistência sobre Meloidogyne exigua do cafeeiro / Effect of resistance inducers on Meloidogyne exígua of coffee

A possibilidade de manejo de Meloidogyne exigua Goeldi, 1887, pela ativação de mecanismos de defesa no cafeeiro representa uma alternativa potencialmente útil no manejo desse patógeno. Com este trabalho, objetivou-se avaliar a eclosão e mortalidade de juvenis do segundo estádio (J2) de M. exigua na presença de produtos indutores de resistência e avaliar o efeito do acibenzolar-S-metil (ASM, Bion®) na indução de resistência do cafeeiro (Coffea arabica L.) 'Catuaí- 144' contra M. exigua. A eclosão e mortalidade do J2 foram avaliadas no ASM e ácido salicílico (AS) nas dosagens de 0,2; 0,35 e 0,5 g. i. a./L; e no fosfito de potássio (Hortifós® PK) e silicato de potássio (Supa-potássio®) nas dosagens 5,0; 7,5 e 10,0 mL/L, empregando água e aldicarbe como testemunhas. No segundo ensaio o ASM (0,2 g i.a./L) foi aplicado na quantidade de 125 mL por planta de 'Catuaí-144' com um ano de idade, via pulverização foliar e diretamente ao solo aos 7 dias antes da inoculação e aos 2 e 7 dias após a inoculação de aproximadamente 7000 ovos de M. exigua/planta. Foram utilizadas 8 plantas/tratamento/bloco, totalizando 6 tratamentos (3 épocas de aplicação do ASM), testemunhas absoluta e inoculada, em 4 blocos. Aos 90 dias da inoculação, foi feita a avaliação da população final (número de ovos e juvenis de M. exigua), número de galhas, fator de reprodução (população final/população inicial) e peso da matéria fresca da raiz. A dosagem dos produtos não influenciou a eclosão e mortalidade dos J2 de M. exigua. Menor eclosão dos J2 de M. exigua ocorreu igualmente no Supa-potássio® e ácido salicílico, enquanto que a eclosão no ASM e na água foi igual (P < 0,05) e significativamente menor que a eclosão dos J2 no Hortifós® PK. Maior mortalidade dos J2 ocorreu igualmente (P < 0,05) no ácido salicílico (AS) e no aldicarbe (500 ppm). Os demais produtos causaram mortalidade igual e inferior àquela observada na água. Aos 90 dias da inoculação de M. exigua nas mudas, não...

The parasitism of coffee roots by Meloidogyne exigua Goeldi, 1887, widespread nematode in the main producing regions, can provoke a series of modifications in the normal development of the plant. The induction of resistance for the activation of existing latent mechanisms of defense in plants represents a potentially useful alternative for the management of M. exigua in coffee plantations. In a first assay, the present work aimed at evaluating hatching and mortality of second stage juveniles (J2) of M. exigua in solutions of acibenzolar-S-metil (ASM, Bion®) and salicylic acid (SA) at the dosages of 0.2, 0.35 and 0.5 g. of a. i./L and Supa-potássio® (potassium silicate), Hortifós® PK (potassium phosphite) at the dosages 5.0; 7.5 and 10.0 mL/L, using water and aldicarb as control. The effect of ASM (0.2 g of a.i./L) was also evaluated by foliar and drench applications at 7 days before inoculation and at 2 and 7 days after inoculation of 7000 eggs of M. exigua/plant. The hatching of M. exigua J2 was inhibited in potassium silicate and in salicylic acid solutions independent of the used dosage, while J2 hatching in ASM and water was equal and significantly lower than J2 hatching verified in potassium phosphite. The mortality of J2 in SA was next to 100 percent and equal to the observed in aldicarb (500 ppm). The remaining products caused the same mortality of J2, however lesser than the observed in water. At ninety days of the inoculation of M. exigua on seedlings, the final population (number of eggs + J2), number of galls, reproduction factor (final population/initial population) and fresh weight of roots of plants treated with ASM did not differed significantly from control (inoculated plants).