Hormnios Vegetais produzidos partir de fermentao de resduos agroindustriais

Princpios Biotecnolgicos

Professor Gessiel Newton Scheider

Equipe de PesquisaSara Mauren Clia Diana

1893 Koch; Pasteur Processo de fermentao 1898 Shataro Hory fungo Fusario responsvel pela transmisso de toxina no arroz 1902 Haberlandt totipotencialidade das clulas vegetais 1919 Karl Ereky Primeira utilizao do termo biotecnologia 1920 - germinao e crescimento de orqudeas 1926 Went descoberta das auxinas 1937 Fritz Went Descoberta da auxina 1939 White, Nobercourt, Gautheret calos de fumo e cenoura Dcada de 40 gua de coco - zeatina 1941 Van Overbeek Aplicao de leite de coco nos meios de cultura in vitro por conter um fator de diviso Dcada de 50 seleo de cepas produtoras de giberelinas 1954- Torrey suspenses celulares 1955 Miller et al. - descoberta das citocininas 1957 Skoog & Miller Auxina 1962 - Desenvolvimento de meio artificial (Murashige e Skoog) 1957 Skoog e Miller Descoberta da regulao da formao de orgos 1974 Zaenen et al.; Descoberta do que o plasmdeo Ti o princpio indutor de tumor de Agrobacterium

AUXINAS

GRAVITROPISMO E FOTOTROPISMO

AUXINAS

EFEITOS

Auxina A acidificao da parede celular estimula ao crescimento

Estrutura qumica Auxina

Ao de Plasmodiophoromycetes brassicae

Substitutos para Auxina

Gibberella fujikuroi

Histrico Giberelina GA3

Sntese de GA

GA4 GA7

Giberelinas EfeitosGA5:

GA3:

Apenas florescimento no Joio, no crescimento

Efeitos Giberelina

Forma juvenil /Forma adulta de Eucaliptus

Giberelina Efeitos

Giberelina Estrutura qumica20 tomos de carbono tetracclico ou 19 tomos (as mais ativas)

Inibidores para Biossntese da GAAMO 1618 Paclobutrazol: Florescimento;induo de frutos Uniconazole: no solo, reduz em mais de 50% a altura das plantas.

Melhoramento do trigo e arroz (1960), com plantas ans de alta produtividade na Amrica Latina e Sudoeste da sia para sustentao ao crescimento populacional (Hedden,2003) Dr. Normam Borlaug: Prmio Nobel- eluciadao dos mecanismos que controlam o crescimento dos cereais, regulado por GA.

Revoluo Verde

RHt-gene responsvel pela mutao semidominante de altura reduzida (recuced height)

CITOCININA

Esperma de arenque-1940-50 (Folke e Skooge) Cinetina no um regulador natural de crescimento vegetal

Citocinina Estrutura QumicaAquecimento do DNA: Lethan(1973) Natural nas plantas Milho (Zea mays)

ZeatinaEmbries, folhas e frutos jovens Mais ativas:TransTodas citocicinas naturais so derivadas da aminopurina: 6BA, cinetina, 2iP e trans-zeatina

Citocininas sintticasDesfolhante

Retardamento da senescncia

Citocinina EfeitosGemas em musgos Razes e Parte area

Citocininas/AuxinasDiferenciao em culturas (citocinina / auxina)Cinetina > AIA = formam gemas Cinetina = AIA = formao de callus Cinetina < AIA = formao de razes

Dormncia: quebra dormncia de gemas (AIA / citocinina) AIA > citocinina = dormente AIA < citocinina = atividade

Agrobacterium expressando a citocinina

CitocininasCitocininas ocorrem de forma livre e essa a forma ativa (Yamada et.al,2001) E ocorrem em RNAt de bactrias e humanos e em alguns nucleotdeos, cuja base foi modificada

Os genes presentes no T-DNA passam a expressar-se, codificando enzimas envolvidas na via de biossntese de reguladores de crescimento (auxinas e citocininas). (Andrade, G. et. al, 2003)Plantas transformadas com rolB apresentam um estado hiperauxnico (Caponeet al., 1989). Plantas transformadas com rolC apresentam mais expresso de citocininas.

Citocinina produzida por A. tumenfaciens e Corynebacterium fascians (vassoura-da-bruxa)

Galhas em planta atacada por inseto

Agrobacterium rhizogenesCulturas in vitro de razes transgnicas, obtidas a partir de germinantes transformados com Agrobacterium rhizogenes, so mantidas em diversas condies de crescimento. Os leos essenciais isolados dessas culturas so comparados com os obtidos a partir da planta-me

ETILENO

ETILENO EFEITOS

ETILENO EFEITOS

ETILENOAcredita-se que enfiando pregos na jabuticabeira ela produz frutos mais rpido. Na verdade, quando se provoca este tipo de ferimento na planta, ocorre um estmulo e ela produz o etileno, que a induz a florescer.

ETILENO ESTRUTURA QUMICAA partir do aminocido metionina

Etefon

Etileno

cido 2-cloroetil fosfonico

Etileno

CIDO ABSCNICO HISTRICOBennet-Clark e Kefford (1953) inibidor & isolados de gemas axilares eram responsveis pela dominncia apical e manuteno de Dormncia em batatas Frederick T. Addicott e colaboradores (1963) - abscin I e Abscin II responsveis pela absciso de frutos de algodo (Gossypim hirsutum L.) Philip F. Wareing (1963) - dormina causavam dormncias em Acer pseudoplatanus Van Stevenick (1963) - lupine acelerava a absciso de flores e Frutos jovens de Lupinus luteus (tremoo) 1964- Fisiologistas vegetais chegaram a concluso que: abscin II = dormina = lupine = cido abscsico (ABA)

CIDO ABSCNICO ESTRUTURA QUMICA

CIDO ABSCNICO EFEITOS

Absciso

Induo e manuteno da dormncia em gemas e sementes

Plantas em estresse hdrico. A : expresso maior ABA B : normal

RESUMINDO

Sintetizam hormnios vegetaisFungos filamentosos Aspergillus flavus Gibberella fujikuroi A. fumigatus G. lateritium Boletus elegans G. zeae Botryodiploidea theobromae Geophito fusicularis Choetomium sp. Geopetalum geogenium Clitocybe dicolor Crifola freudosa Clitopilus pinsitus Hypholama fasciculase Colletotrichum sp. Lisea fujikuroi Collybia conigena Nectria galligena Fusarium avenaceum Neurospora crassa F. cucurbtae Penicillium sp. F. culmonum Phallus impudicus F. herbanum Phellinus pomaceous F. heterosporum Mizoetonia solani F. moniliforme Schizophyllum commune F. moniliforme var. anthophillum Sphaceloma manihoticola F. maniliforme var. majus Verticillium albo-atrum F. moniliforme var. subglutinans V. lateritium F. oxysporum V. nigrescens F. Solani V. dahliae Actinomicetos Actinomyces sp. Nocordia sp. Leveduras Candida pulcherrima Torulopsis sp. Torula pulcherrima (Kumar e Lonsane Microbial Production of Gibberellins: State of the Art; Advances in Applied Microbiology, 34,1989. ) Bactrias Achromobacter sp. B. megaterium Agrobacterium tumefaciens B. pumilis A. radiobacter B. polymyxa Alcaligenes sp. Brevibacterium sp. Arthobacter sp. Flavobacterium sp. Arthobacter globiformis Pseudomonas fluorescens Azotobacter vinelandii P. liquefaciens Bacillus licheniformis P. desmolytica B. cerpus P. aeruginosa

Alelopatia aplicadaPreparados biodinmicos ricos em fitormnios (dcada de 20) Silagem aerbica de capim-elefante com inoculante microbiano produzem reao de fermentao que produzem hormnios vegetais (Higa, 1992) Uma mistura de B. pumilus, B. subtilis e Curtobacterium flaccunfaciens aplicada sobre sementes estimula o crescimento de plntulas de pepino e reduzem sintomas causados por patgenos.

Alelopatia aplicadaChorume de urtiga (Peterson e Jensen 1985 e 1986)

Gramneas dand e tiririca: elevada produo de fitormnio Indolbutrico

1kg Dand ou Tiririca 250 mL + lcool+ 1L gua PROCEDIMENTO: Moer ou macerar bem os bulbos (batatinhas) com as folhas e colocar na gua durante 48 horas, em seguida, coar e colocar no lcool.

DESENVOLVIMENTO DE BIOPROCESSO PARA PRODUO DE HORMNIO VEGETAL (CIDO GIBERLICO GA3) POR FERMENTAO NO ESTADO SLIDO EM RESDUOS AGROINDUSTRIAIS BRASILEIROS: RELAO DA PRODUO DE GA3 EM BIORREATOR PILOTO E BIOENSAIOS EM MUDAS DE TOMATEIRO (Lycopersiicum escullenttum)

Dra. Cristina Maria MonteiroMachado

Dr. Carlos Ricardo Soccol

Sistema FES horizontalO termo fermentao em estado slido, ou fermentao semi-slida, ou fermentao em meio semi-slido aplica-se ao processo de crescimento de microrganismos sobre substratos slidos sem a presena de gua livre. A gua presente nesses sistemas encontra-se ligada fase slida, formando uma fina camada na superfcie das partculas.(Raimbault, 1998)A fase slida atua como fonte de carbono, nitrognio e demais componentes. O ar, necessrio ao desenvolvimento microbiano, deve atravessar os espaos vazios do meio a presses relativamente baixas alm de servir como suporte para o crescimento das clulas microbianas. . O substrato no deve apresentar aglomerao das suas partculas individuais. O crescimento microbiano ocorre em condies mais prximas s dos habitats naturais.

O meio apresenta alta heterogeneidade e os substratos no esto completamente acessveis ao microrganismo.

PDA Gibberella fujikuroi LPB-06

PDA

5 pellets de PDA fermentado

Crescimento 32C/8dias Conservao 4C 3meses

50 mL de meio Czapek Dox Shaker 200rpm 30C/4dias Conservao 4C/30dias

15%(m/V) de soluo semente

Fermentao 6 dias T= 29C 5.05.4 Aerao e umidade variveis

Substrato Slido

Homogeneizar

Frao extrao(g)

Material fermentado 2 mL sol ZnAc Repouso 2min 2mL KFeCN Completar com gua Misturar Repouso 2min

Tampo Fosfato pH 7.4 V (mL) = m/2

2X

30mL 20min 200rpm

Soluo clarificada p/ anlise

Balo volumtrico 50mL c/ 10mL etanol absoluto

Extrato

Aerao e umidade diferentes em cada processo CLCULOS CINTICOS

dX = F(X , S,T,...) dt X: concentrao de biomassa (gbiomassa.l-1 ou gbiomassa.kg-1); t: tempo (h); S: substrato ((g MS).l-1 ou (g MS).kg-1); T: temperatura (C)

CRESCIMENTO BIOMASSA=max

S KS + S

: taxa de crescimento especfico (h-1); max : taxa de crescimento especfico mximo (h-1); S : concentrao de substrato (g.l-1); Ks : constante de afinidade biomassa/substrato

=1 dX X dt X : concentrao da biomassa em um determinado tempo (g.l-1).X t

X0 dX = dt X ln X = t X0 X : concentrao da biomassa no tempo t (g.l-1). X0: biomassa inicial de concentrao no t = 0 (g.l-1); : taxa de crescimento especfico na fase exponencial (h1); t: tempo correspondente concentrao da biomassa X (h)

x = 2X0 e t0 = 0 Assim:

t = ln 2d max

P= x Y =X -X S -SX/ S S 0 0

1

YX/S : rendimento biomassa/substrato consumido (adimensional); S0: concentrao inicial do substrato (g.l-1); S : concentrao final do substrato (g.l-1); X0: concentrao inicial de biomassa (g.l-1); X : concentrao inicial de biomassa (g.l-1).

CLCULOS RESPIROMTRICOSAr puro: 21 e 79% respectivamente para O2 e N2

VO2e = [21] . Fe 100 VN2e = [79] . Fe 100 VO2e : vazo volumtrica de oxignio na entrada do fermentador (l.h-1); VN2e : vazo volumtrica de nitrognio na entrada do fermentador (l.h-1); Fe : vazo de ar na entrada do fermentador (l.h-1).

VO2s = [%O2S] Fs 100 VO2e = [21] . Fe [% O2 S].FS 100 100 A relao entre o Fe e Fs pode ser obtida a partir do fato que o N2 do ar no consumido no processo e portanto: VN2e = VN2s Fe = Fs [100 -%O2s - %CO2s] 79 CNTP (273 K e 1 atm) 1 mol de qualquer gs ocupa um volume de 22,4L F corr = F[T] 273

CLCULOS FINAISVO2e = [0,21 0,79%O2] . Fcorr 100 -%O2-%CO2 VCO2s = [0,79%CO2] . Fcorr 100 -%O2-%CO2

Qr = CO2 produzido O2 consumido Qr = quociente respiromtrico

BIOTRANSFORMAO DE ESTEVIOSDEO PARA PRODUO DE COMPOSTO SIMILAR A GA3 Marcio ChimelliStevia rebaudiana Bertoni

SELEO DE Bacillus spp PROMOTORES DE CRESCIMENTO DE MILHO Renato Tadeu GuerreiroCentrifugado 10000 x g/10 min sobrenadante.

Resultado do experimentoA produo de AIA pelas bactrias in vitro no 28 C/escuro/agitao constante/24 horas foi um parmetro fundamental para o desempenho dos melhores isolados bacterianos na inoculao do milho.

meio lquido TSB (Trypticase Soy Agar)

Deteco quantitativa de AIA: Leitura: absorbncia em5 mL de reagente Salkowski + 1 ml do sobrenadante da cultura 500 nm/aps 30min

Justificativa Patten e Glick (1996):

A entrada adicional de AIA microbiano pode modificar a auxina endgena para nvel timo ou acima do timo, resultando na induo ou inibio do crescimento da planta. A resposta da auxina pode ser dependente do estgio de desenvolvimento da raiz da planta, o qual influi na composio e quantidade dos exudatos (PILET et al. 1979).

Bioestimulantes e Protetores de Plantas Derivados de Macroalgas MarinhasViviane Talamini, Roberta Paulert e Marciel Stadnik Padina pavonia

Inibem o crescimento micelial e a germinao de esporos fngicos ou a multiplicao de bactrias e outros fitopatgenos Contm molculas bioativas capazes de induzir ou ativar os mecanismos de defesa das plantas e/ou atuando no estimulo da populao de antagonistas do solo Bioestimulantes do crescimento das plantas Contm: Auxinas, giberelinas, precursores do etileno e betanas, que podem atuar no crescimento das plantas (Wu et al., 1997). Resultado da pesquisa: Reduziram a infecodas razes de Abelmoschus esculentus por Macrophomina phaseolina, Rhizoctonia solani e Fusarium solani e ainda houve maior crescimento das plantas (Sultana et al., 2005).

Controle da Podrido de raiz e Promoo de Crescimento Hidroponia com bactriaslida Barbosa Corra e Wagner Bettiol

em

Paulitz et al. (1992), Garca et al. (2004), Yang et al. (2004), McCullagh et al. (1996) e Van Peer & Schippers(1988). Paulitz et al. (1992):

Pseudomonas spp em pepino hidropnico promove o desenvolvimento do sistema radicular em 134%. Yang et al.(2004):

Isolado PKB1 de Paenibacillus polymyxa: aumenta produtividade em pepinos. Pseudomonas fluorescens (63-49) promoveu o crescimento de plantas de pepino hidropnico e aumentou a sua produtividade. Van Peer & Schippers (1988):

Em tomate hidropnico: Pseudomonas spp. promoveram o crescimento das plantas, aumentando a massa do sistema areo e radicular. Garca et al. (2004):

A adio de suspenses de 108 clulas/ml de Bacillus licheniformis por planta em sistema hidropnico proporcionou aumento na produtividade e no dimetro dos frutos de tomate.Bioprodutos formulados com bactrias: Companion (Growth Products, White Plains, New York, EUA) formulado com Bacillus spp.

Minhocultura e produo de hmus para a agricultura familiarGustavo Schiedeck, Mrcio de Medeiros Gonalves e Jos Ernani SchwengberO hmus possui uma grande quantidade de hormnios vegetais importantes para o crescimento e desenvolvimento das plantas

Hormnios em Pseudomonas spp.Rita de Cssia Madail Santincido Indolactico (AIA): Produto obtido por fermentao,a partir da cepa de bactrias Rhizobium sp; cido jasmnico: Obtido a partir de processo fermentativo esttico do fungo Botryodiplodia theobromae, que contm biojs.

CARACTERIZAO DE BACTRIAS DOS GNEROS PSEUDOMONAS COMO BACTRIAS PROMOTORAS DO CRESCIMENTO DE PLANTAS (BPCP)Agenor de Castro M. Dos Santos Jnior, Csar Raphael Fernandes da Silveira, Geovane Silvano e Cludia Cristina M. Didonet Souza

Os 24 isolados do gnero Pseudomonas crescidos em ausncia de triptofano, no foram capazes de produzir AIA. J quando cultivados em meio enriquecido com triptofano,apenas dois isolados no produziram AIA (S5 e S15) e a produo mdia dos demais foi de 3,38 g mL-1. Apesar da baixa produo mdia de AIA dos isolados, esta pode ser mais adequada para promover os efeitos nas plantas j que um fotohormnio e as altas concentraes podem ter efeitos negativos. (TAIZ & ZEIGER, 2004).

APLICAO FOLIAR DE EXTRATO DE ALGA, CIDO L-GLUTMICO E CLCIO EM FEIJOEIRO tila Francisco Mgor, Elizabeth Orika, Joo Domingos Rodrigues e Gilda MgorSANDERSON et al. (1987); REIBER e NUEMAN (1999); ZHANG e SCHMIDT (2000): Alga Ascophyllum nodosum

Descreveram o extrato de alga como sendo uma fonte natural de citocininas, classe de hormnios vegetais que promovem a diviso celular e retardam a senescncia. (MUSGRAVE, 1994).