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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2023.tde-19072023-131346
Document
Author
Full name
Thiago Moura Rocha
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2023
Supervisor
Committee
Silva, Silvio Silverio da (President)
Rós, Patrícia Caroline Molgero Da
Rosa, Carlos Augusto
Title in Portuguese
Síntese microbiana de bioestimulantes de crescimento vegetal para aplicação na agricultura
Keywords in Portuguese
bioinsumo
compostos bioativos
fungo entomopatogênico
soforolipídeos
substratos renováveis
Abstract in Portuguese
A busca por um sistema de plantio menos invasivo e mais inclusivo com empoderamento territorial e social é imperativo, no âmbito nacional e mundial, para suscitir em igualdade socioeconômica e, em desenvolvimento ambiental e sustentável de acordo com a Agenda de 2030 estabelecida pela ONU. O uso de defensivos agrícolas e fertilizantes químicos estão adjuntos à emissão de gases do efeito estufa e corroboram por uma agricultura extrativa e prejudicial ao ecossistema como um todo. Visando a substituição destes produtos, destaca-se o uso de inoculantes, biofertilizantes e biomoléculas de origem microbiana, benéficas ao crescimento de plantas e proporcionam um controle biológico, atenuando a proliferação de patógenos. Neste sentido, os biossurfactantes, moléculas tenso-ativas de origem biológica, apresentam propriedades de grande interesse agrícola, atuando como promotor de germinação de sementes e mudas, inibidor do crescimento de pragas e indutor do sistema imune de plantas. Paralelamente, o fungo entomopatogênico Trichoderma spp. é amplamente conhecido e difundido no mercado de biofertilizantes devido à sua eficácia como agente de controle biológico e indutor da tolerância a estresses abióticos quando associado a rizosfera de plantas. Desta forma, com o objetivo de desenvolver um bioinsumo, cujas funções tangem à integração dos benefícios tanto do fungo Trichoderma quanto do biossurfactante proveniente da levedura S. bombicola conduziu-se diferentes estratégias de cultivo, dentre elas, cultivo aeróbico e em estado sólido para se obter os produtos desejados. Os biossurfactantes foram produzidos pela levedura por meio da utilização de subprodutos agroindustrial e domiciliar, obtendo uma concentração de 50 g/L após otimização por meio de um desenho experimental 22 fatorial. Após sua quantificação, os biossurfactantes foram caracterizados e identificados como uma mistura de soforolipídeos. Os esporos, metabólitos e enzimas provenientes do metabolismo do fungo foram produzidas por meio de subprodutos lignocelulósicos em cultivo sólido, obtendo ao final uma quantidade máxima de 1,3 x 108 esporos/g biomassa e apresentando diversas bandas de proteínas, as quais foram preliminarmente identificadas por um gel de proteínas. Os metabólitos foram caracterizados quanto a sua espécie química (e.g. fenólicos, lipídeos, proteínas, carboidratos). A biocompatibilidade dos soforolipídeos com o fungo foi avaliada por meio de cultivos líquidos que resultou em uma inibição máxima de 30% do crescimento deste quando submetido a concentrações de 2,0 g/L dos biossurfactantes; no entanto, nos cultivos em estado sólido, a suplementação com soforolipídeos resultou em um aumento de esporos significativo, avaliado por teste Tukey (p< 0,05). Os ensaios de germinação foram conduzidos em sementes de arroz (Oryza sativa L.) aplicando os bioativos em diferentes formulações e proporções, os melhores ensaios resultaram em até 35% de aumento de raízes em comparação ao controle (água destilada). Diante destes resultados, pode-se concluir que o uso de soforolipídeos em integração ao fungo T. harzianum é uma estratégia promissora e estudos futuros serão realizados para avaliar seu potencial de controle biológico.
Title in English
Microbial synthesis of plant growth biostimulants for application in agriculture
Keywords in English
bioactive compounds
bioinput
entomopathogenic fungus
renewable substrates
sophorolipids
Abstract in English
The search for a less invasive and more inclusive planting system with territorial and social empowerment is imperative, at the national and global level to bring socioeconomic equality, environmental and sustainable development, which are in accordance with the 2030 Agenda established by the UN. The use of agricultural pesticides and chemical fertilizers are associated with the emission of greenhouse gases and corroborate for an extractive agriculture that is harmful to the ecosystem as a whole. With the aim to replace these products, the use of inoculants, biofertilizers and biomolecules of microbial origin stands out and benefits the plant growth and provide biological control, hampering the proliferation of pathogens. In this sense, biosurfactants, surface-active molecules of biological origin, have properties of great agricultural interest, acting as a seed and seedling germination promoter, pest growth inhibitor and plant immune system inducer. Simultaneously, the entomopathogenic fungus Trichoderma spp. is widely known and disseminated in the biofertilizer market due to its effectiveness as a biological control agent and inducer of tolerance to abiotic stresses when associated with the rhizosphere of plants. Thus, with the aim of developing a bioinput, whose functions relate to the integration of the benefits of both the fungus Trichoderma harzianum CCT 2160 and the biosurfactant from the yeast Starmerella Bombicola Y-6419, different cultivation strategies were conducted. Amongst, aerobic and solid-state cultivation were employed. The biosurfactants were produced by the yeast with the use of agroindustrial and household byproducts, obtaining a concentration of 50 g/L after optimization via a 22 factorial experimental design. After quantification, the biosurfactants were characterized and identified as a mixture of sophorolipids. The spores, metabolites and enzymes from the fungus metabolism were produced by means of lignocellulosic by-products in solid culture, finally obtaining a maximum amount of 1.3 x 108 spores/g biomass and presenting several protein bands, which were preliminarily identified by a protein gel. Metabolites were characterized according to their chemical species (e.g. phenolics, lipids, proteins, carbohydrates). The biocompatibility of sophorolipids with the fungus was evaluated by means of liquid cultures, which resulted in a maximum inhibition of 30% of its growth when subjected to concentrations of 2.0 g/L of biosurfactants; however, in solid-state cultures, supplementation with sophorolipids resulted in a significant increase in spores, as assessed by the Tukey test (p< 0.05). The germination tests were conducted in rice seeds (Oryza sativa L.) applying the bioactive compounds in different formulations and proportions. The optimal tests resulted in up to 35% of root increase compared to the control (distilled water). Given these results, it can be concluded that the use of sophorolipids in integration with the T. harzianum-based biofertilizer is a promising strategy and future studies will be carried out to evaluate its potential for biological control.
 
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Publishing Date
2023-07-19
 
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