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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2015.tde-28042015-111429
Documento
Autor
Nome completo
Gabriel Moura Mascarin
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2015
Orientador
Banca examinadora
Delalibera Junior, Italo (Presidente)
Rangel, Drauzio Eduardo Naretto
Freire, Denise Maria Guimarães
Gomez, Daniel Ricardo Sosa
Jackson, Mark Alan
Título em inglês
Production by solid-state and liquid fermentation and formulation of virulent strains of the fungal entomopathogens Beauveria bassiana and Isaria fumosorosea against whiteflies
Palavras-chave em inglês
Bemisia tabaci
Ascomycota
Blastospores
Conidia
Dimorphic growth
Formulation
Mass production
Submerged fermentation
Surfactants
Virulence
Resumo em inglês
Bemisia tabaci Gennadius (Hemiptera: Aleyrodidae) biotype B is a cosmopolitan, devastating insect pest due to their direct damages and transmission of plant viruses. Entomopathogenic fungi comprise the most diverse group of pathogens regulating arthropod pest populations in agroecosystems. Anamorphic fungal entomopathogens, including Beauveria bassiana, Isaria fumosorosea, and Lecanicillium spp., are among the main biocontrol agents of whitefly populations. Advances in research focusing on virulence, mass production, formulation, and storage stability of fungal propagules are imperative for the development of efficient mycopesticides toward whiteflies and other soft-bodied insects. Therefore, this study placed emphasis on screening for virulent fungal strains, enhancement of efficacy using nonionic surfactants in spray tank-mix, development of liquid culture conditions for rapid production and stabilization processes of single-yeast like cells known as blastospores. Firstly, we selected virulent strains of B. bassiana and I. fumosorosea displaying fastest speed of kill and inciting highest mortality levels of whitefly nymphs and adults along with their ability to produce high numbers of conidia on moistened parboiled rice. Secondly, insecticidal performance was enhanced by combining nonionic surfactants with spore suspensions rendering additive or synergistic effects. These surfactants also allowed reducing the volume application rate without altering fungal bioefficacy. Results from liquid fermentation studies using B. bassiana and I. fumosorosea revealed that appropriate amounts of inexpensive ingredients, such as cottonseed flour and glucose, are suitable for the rapid production of high yields of blastospores (3 days pre-culture and 2-3 days culture). The resultant blastospores of various strains survived well to desiccation and remained viable for more than one year under refrigeration. Moreover, these air-dried blastospores of both fungal species showed higher virulence against whitefly nymphs when compared with solid-substrate produced conidia. Optimized liquid culture production for B. bassiana blastospores was also achieved through the manipulation of oxygen rates and osmotic pressure in the liquid media. Furthermore, these blastospores produced in highly aerated and hyperosmotic liquid medium containing 140 g glucose L-1 were also more virulent to whitefly nymphs than those cells derived from low-osmotic medium amended with 40 g glucose L-1. These optimal conditions were also scaled up in 5-L bioreactor that yielded 1-2 × 1012 viable blastospores L-1 in 6 days at a cost of US$ 0.19 L-1. These blastospores were formulated with diatomaceous earth for air drying or for spray drying. Formulated blastospores of B. bassiana survived dehydration using both drying methods and showed improved shelf life when stored under vacuumpackaged at 4 °C rather than 28 °C. However, when these blastospores were actively packaged with dual action oxygen-moisture scavenging system, blastospores showed prolonged stability for up to 7 months at 28 °C and still remained virulent to whiteflies. Therefore, this low-cost production and stabilization method for the rapid production of shelf stable, virulent blastospores of B. bassiana and I. fumosorosea may expand the commercial use of mycopesticides for insect control in mainstream agriculture.
Título em português
Produção por fermentação sólida e líquida e formulação de cepas virulentas dos fungos entomopatogênicos Beauveria bassiana e Isaria fumosorosea contra moscas-brancas
Palavras-chave em português
Bemisia tabaci
Ascomycota
Blastosporos
Conídios
Crescimento dimórfico
Fermentação submersa
Formulação
Produção massal
Surfactantes
Virulência
Resumo em português
A mosca-branca, Bemisia tabaci Gennadius (Hemiptera: Aleyrodidae) biótipo B, é uma praga cosmopolita e devastadora devido aos prejuízos oriundos dos seus danos diretos e transmissão de vírus. Fungos entomopatogênicos compreendem um grupo diversificado, que desempenha ação importante na regulação de populações de praga em agroecossistemas. Fungos ascomicetos anamórficos, como Beauveria bassiana, Isaria fumosorosea e Lecanicillium spp., constituem relevantes agentes de biocontrole de moscas-brancas. Avanços na pesquisa focando virulência, produção massal, formulação e estabilização de propágulos fúngicos são fundamentais para o desenvolvimento de micopesticidas eficientes contra moscas-brancas e outros insetos. Desta forma, este trabalho objetivou selecionar isolados fúngicos virulentos à mosca-branca; aumentar a eficácia mediante uso de surfactants não-iônicos em suspensões conidiais; desenvolver meios de cultura para produção rápida e estável por fermentação líquida submersa de células leveduriformes conhecidas por blastosporos. Na primeira etapa, isolados virulentos de B. bassiana e I. fumosorosea foram selecionados pela rápida e elevada atividade inseticida a ninfas e adultos de mosca-branca, bem como alto rendimento de conídios em arroz parboilizado. A adição de surfactantes organosiliconados permitiu a redução do volume de calda aplicado com resultados aditivos ou sinérgicos de controle. Foi ainda verificado que altos rendimentos de blastosporos tanto de B. bassiana como I. fumosorosea foram obtidos em curto tempo de fermentação líquida (3 dias de précultivo e 2-3 dias de cultivo) usando nutrientes de baixo custo, como glucose e farelo de algodão. Esses blastosporos foram tolerantes à dessecação e mantiveram viabilidade por mais de um ano sob refrigeração (4 °C). Os blastosporos foram mais virulentos que conídios aéreos, o que coloca esta estrutura como a mais indicada como ingrediente ativo em bioinseticidas para moscas-brancas. Mediante manipulação nutricional e física do ambiente de fermentação, a produção de blastosporos de B. bassiana foi optimizada mediante aumento da aeração e pressão osmótica do meio líquido. Blastosporos produzidos em meio líquido altamente aerado e hiperosmótico (140 g glucose L-1) mostraram-se mais virulentos à mosca-branca em relação àqueles produzidos em meio hipo-osmótico (40 g glucose L-1). Esse processo foi reproduzido em escala piloto usando biorreator de 5 L resultando numa produção de 1-2 × 1012 blastosporos viáveis L-1 em apenas 3 dias a um custo de US$ 0,19 L-1. Blastosporos de B. bassiana formulados com terra de diatomáceas e secados em fluxo de ar contínuo, ou secados em spray dryer tiveram estabilidade extendida por até 8 meses a 4 °C e superior em relação a 28 °C. Durante empacotamento, o uso de sachês absorventes de oxigênio e umidade prolongou consideravelmente a viabilidade de blastosporos armazenados a 28 °C por até 7 meses sem afetar sua eficiência contra mosca-branca. Em suma, esses resultados demonstram a viabilidade técnica e econômica de produção de blastosporos virulentos de B. bassiana e I. fumosorosea, tolerantes à dessecação e estáveis durante armazenamento. Esta tecnologia é uma nova opção que pode contribuir para expansão comercial de bioinseticidas à base de fungos entomopatogênicos.
 
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Data de Publicação
2015-05-06
 
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