Potencial dos compostos orgânicos voláteis como estimulantes vegetais: uma investigação em diferentes cultivares de tomate

dc.contributor.advisor1Forim, Moacir Rossi
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1234565160573730por
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8798-2921por
dc.contributor.authorAguiar, Maria Clara Santana
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/0503514392141729por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0001-5357-0355por
dc.date.accessioned2024-07-10T17:17:49Z
dc.date.available2024-07-10T17:17:49Z
dc.date.issued2024-04-30
dc.description.abstractEssential oils extracted from plants are composed of volatile organic compounds that have a wide range of biological activities in vital systems. Various effects of essential oils on plant growth have been demonstrated. However, their effects at the molecular level are not well understood. In addition, their volatile and degradable nature limits their application. Therefore, we investigated the potential of rosemary (Rosmarinus officinalis), lemon balm (Lippia alba), and orange (Citrus sinensis) essential oils as plant biostimulants using the tomato cultivars Solanum pimpinellifolium and S. lycopersicum as models, classified as Plant Introduction (PI) and commercial, respectively. To evaluate the biostimulant activity of essential oils, this study was conducted in three research fronts, namely (i) the development of the formulation containing the biostimulant, (ii) the evaluation of extraction methods to characterize biotic interactions, and (iii) the application of the formulated products in tomato cultivars. The first stage of the research was to improve the dispersion of essential oils in an aqueous medium. Therefore, a method for obtaining biopolymer microcapsules containing essential oils was evaluated. To prepare the microcapsules, we evaluated the type of biopolymer (native and modified manioc starch), the surfactant content (polysorbate 80) and the addition (or not) of adjuvants (banana, pequi and lignin residues). The emulsions were analyzed for their viscosities, surface morphologies, and oil concentrations after emulsion preparation and soil application. We found that the use of modified starch combined with the addition of adjuvants favored the microencapsulation process with essential oil recoveries higher than 85% (v v-1). In the soil tests, we observed that the biopolymer microcapsules allowed the retention of oils twice as high as the emulsified oils. For the second phase of this study, we investigated the extraction techniques of plant samples for instrumental metabolomic analysis. This process was essential to ensure standardization and reproducibility of plant material analyses. Using the methods evaluated, we observed that for both cultivars there was a gradual modulation of gibberellins and furanocoumarin precursors during the developmental stages. In addition, commercial plants showed a higher accumulation of isoflavones in the vegetative stage, which may be related to the purple color of their leaves. The PI during development showed a greater induction in the biosynthesis of glycosylated molecules of quercetin and kaempferol. The PI variety was also the only one in which we detected the beta-tomatine molecule in the developmental stages. In the third step, we applied the formulations containing the essential oils and verified, using standardized methods, the induction in the biosynthesis of metabolites related to defense mechanisms for both cultivars after the treatments. In addition, we confirmed that the essential oils stimulated root growth, confirming their biostimulant potential for tomato plants. These data represent the first step in the development of products containing essential oils as plant biostimulants.eng
dc.description.resumoOs óleos essenciais extraídos das plantas são constituídos por compostos orgânicos voláteis que possuem uma ampla gama de atividades biológicas nos sistemas vitais de diversos organismos. São conhecidos vários efeitos dos óleos essenciais no crescimento e fisiologia das plantas. No entanto, os seus efeitos em nível molecular ainda não estão bem elucidados. Além disso, sua natureza volátil e facilmente degradável restringe a sua aplicação. Com base nisto, nós investigamos o potencial dos óleos essenciais de alecrim (Rosmarinus officinalis), erva-cidreira (Lippia alba) e laranja (Citrus sinensis) como bioestimulantes vegetais usando como modelo os cultivares de tomate Solanum pimpinellifolium e S. lycopersicum, classificados como Planta de Introdução e comercial, respectivamente. Para avaliarmos a ação bioestimulante dos óleos essenciais este estudo foi conduzido em três frentes de pesquisa, sendo elas (i) o desenvolvimento da formulação contendo o bioestimulante, (ii) a avaliação de métodos de extração e otimização instrumental para a caracterização das interações bióticas e (iii) a aplicação dos produtos formulados nos cultivares de tomate. A primeira etapa da pesquisa consistiu em estabilizar e melhorar a dispersão dos óleos essenciais em meio aquoso. Por isso, nós avaliamos um método para a obtenção de microcápsulas biopoliméricas contendo os óleos essenciais. Para preparar as microcápsulas, avaliamos o tipo de biopolímero (amido de mandioca in natura e modificado), o teor de surfactante (polissorbato 80) e a adição, ou não, de adjuvantes (resíduos de banana, pequi e lignina). As emulsões foram analisadas quanto às suas viscosidades, morfologias da superfície e concentrações dos óleos após o preparo das emulsões e após a aplicação em solo. Verificamos que a utilização de amido modificado associado à adição de adjuvantes favoreceu o processo de microencapsulamento com recuperações dos óleos essenciais superiores a 85% (v v-1). Com os ensaios em solo, observamos que as microcápsulas biopoliméricas permitiram uma retenção dos óleos duas vezes maior em comparação com os óleos emulsionados. Para a segunda etapa deste estudo, exploramos as técnicas de preparo das amostras vegetais para as análises metabolômicas instrumentais. Este processo foi fundamental para garantir a padronização e reprodutibilidade das análises do material vegetal. Utilizando os métodos avaliados observamos que, para ambos os cultivares, ocorreu uma gradual modulação das giberelinas e de precursores de furanocumarinas durante as etapas de desenvolvimento. Além disso, as plantas comerciais apresentaram um maior acúmulo de isoflavonas no estágio vegetativo que pode estar associado à coloração roxa das suas folhas. Por outro lado, as Plantas de Introdução no decorrer do desenvolvimento apresentaram uma maior indução na biossíntese de moléculas glicosiladas de quercetina e kaempferol. O cultivar Planta de Introdução também foi o único em que detectamos a molécula de beta-tomatina nas fases de desenvolvimento. Na terceira etapa aplicamos as formulações contendo os óleos essenciais e, utilizando os métodos padronizados, verificamos a indução na biossíntese de metabólitos relacionados a mecanismos de defesa para ambos os cultivares após os tratamentos. Além disso, confirmamos que os óleos essenciais estimularam o crescimento das raízes, confirmando o seu potencial bioestimulante para as plantas de tomate. Estes dados representam o primeiro estágio para o desenvolvimento de produtos contendo óleos essenciais como bioestimulantes vegetais.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 406537/2021-6, 307800/2021-0, 465357/2014-8, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 2018/00340-0, 2014/50918-7, 2021/11878-3, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.description.sponsorshipIdCódigo de Financiamento 001, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.identifier.citationAGUIAR, Maria Clara Santana. Potencial dos compostos orgânicos voláteis como estimulantes vegetais: uma investigação em diferentes cultivares de tomate. 2024. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19856.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19856
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectAgricultura sustentávelpor
dc.subjectEstudos metabolômicospor
dc.subjectQuímica de alimentospor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICApor
dc.titlePotencial dos compostos orgânicos voláteis como estimulantes vegetais: uma investigação em diferentes cultivares de tomatepor
dc.title.alternativePotential of volatile organic compounds as plant stimulants: an investigation in different tomato cultivarseng
dc.typeTesepor

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