Desenvolvimento de nanolipossomas de quitosana contendo hidrolisado proteico de Arthrospira platensis e aplicação como bioestimulante de tomateiros

Abstract

Hidrolisados proteicos podem atuar como bioestimulantes de plantas, promovendo efeitos positivos sobre o metabolismo de plantas. Nanopartículas desenvolvidas com polímeros naturais como quitosana apresentam características sustentáveis dada a sua biodegradabilidade. Assim, objetivou-se desenvolver um hidrolisado proteico a partir de Arthrospira platensis e nanopartículas de quitosana como carreadores deste, seguido da avaliação de seus efeitos no metabolismo e crescimento de tomateiros, cv. Itaipava. O hidrolisado proteico apresentou 68.9 mg. mL-1 de aminoácidos livres, contendo 15 aminoácidos identificados. Duas formulações de nanopartículas com distintas proporções de lecitina (LC) e quitosana (QS) foram desenvolvidas e testadas. As formulações de nanopartículas contendo o hidrolisado não diferiram (P<0,05) em relação ao índice de polidispersão (0,2), potencial zeta (20,2± 2,5 mV) e tamanho médio de partícula (120,1 ± 2,0 nm), após 120 dias de armazenamento. A eficiência de encapsulação média foi de 76.29%±1.63, após 60 dias da formulação, e de 81.69%±1.58 após os 120 dias para formulação 1 e 2 respectivamente. Para testar os efeitos do hidrolisado e nanopartículas sobre o metabolismo e crescimento de plantas, tomateiros foram transplantados em vasos e tratados semanalmente com o hidrolisado proteico (Hi) e sua forma nanoderivada (NP) da formulação 1 em diferentes concentrações de aminoácidos totais, a saber: controle (água destilada); NP1, NP2, NP3, NP4, NP5, PH e NP Controle, contendo respectivamente (0; 0,3; 0,8; 1,19; 1,6; 2,0; 2,0; e 0 mg.mL- de aminoácidos totais). Ao final dos ensaios, foram avaliados em dois estádios fenológicos (vegetativo e de frutificação) a altura, área foliar e índice SPAD, além da massa fresca e seca de parte aérea. Nos tecidos foliares foram determinados o teor de clorofilas, carotenoides, compostos fenólicos e flavonoides totais, além das atividades de nitrato redutase e urease. Em plantas do estádio de frutificação os teores de epigalocatequina e licopeno foram determinados em frutos. Os tratamentos NP3, NP4, NP5, NP Controle e PH atuaram sobre a variável altura, incrementando em até 49,5% durante o estádio vegetativo. No período de frutificação os tratamentos NP3 e NP2 apresentaram os melhores efeitos, promovendo aumentos de conteúdos de clorofilas, carotenoides e flavonoides totais além de aumentar a síntese de epigalocatequinas nas folhas e de licopeno nos frutos. As atividades de nitrato redutase e de urease foram incrementadas pelas aplicações de NP3 e NP2 durante os dois estádios fenológicos avaliados. Conclui-se que a hidrólise ácida da biomassa de A. platensis gera um extrato de aminoácidos livres e de outras moléculas de interesse em formulações de bioestimulantes. Além disso, foi possível desenvolver um sistema de entrega do hidrolisado de A. platensis com nanolipossomas a partir quitosana. Concluindo-se que nanolipossomas contendo hidrolisado proteico de A.platensis possuem atividade de bioestimulante de plantas em tomateiros.

Abstract: Protein hydrolysates can act as plant biostimulants, promoting positive effects on plant metabolism. Nanoparticles developed with natural polymers such as chitosan have sustainable characteristics given their biodegradability. Thus, the objective was to develop a protein hydrolyzate from Arthrospira platensis and chitosan nanoparticles as its carriers, followed by the evaluation of its effects on metabolism and growth of tomato plants, cv. Itaipava. The protein hydrolyzate showed 68.9 mg. mL-1 of free amino acids, containing 15 identified amino acids. Two nanoparticle formulations with different proportions of lecithin (LC) and chitosan (QS) were developed and tested. The nanoparticle formulations containing the hydrolyzate did not differ (P<0.05) in terms of polydispersity index (0.2), zeta potential (20.2± 2.5 mV) and mean particle size (120.1 ± 2.0 nm), after 120 days of storage. The average encapsulation efficiency was 76.29%±1.63 after 60 days of formulation and 81.69%±1.58 after 120 days for formulation 1 and 2 respectively. To test the effects of hydrolyzate and nanoparticles on plant metabolism and growth, tomato plants were transplanted into pots and treated weekly with protein hydrolyzate (Hi) and its nanoderivative form (NP) of formulation 1 at different concentrations of total amino acids, namely: control (distilled water); NP1, NP2, NP3, NP4, NP5, PH and NP Control, containing respectively (0; 0.3; 0.8; 1.19; 1.6; 2.0; 2.0; and 0 mg.mL- of total amino acids). At the end of the trials, height, leaf area and SPAD index were evaluated at two phenological stages (vegetative and fruiting), in addition to fresh and dry mass of shoots. In the leaf tissues, the content of chlorophylls, carotenoids, phenolic compounds and total flavonoids, in addition to the activities of nitrate reductase and urease, were determined. In plants at the fruiting stage, epigallocatechin and lycopene contents were determined in fruits. The treatments NP3, NP4, NP5, NP Control and PH acted on the height variable, increasing by up to 49.5% during the vegetative stage. In the fruiting period, the NP3 and NP2 treatments showed the best effects, promoting increases in the contents of chlorophylls, carotenoids and total flavonoids, in addition to increasing the synthesis of epigallocatechins in the leaves and lycopene in the fruits. Nitrate reductase and urease activities were increased by NP3 and NP2 applications during the two phenological stages evaluated. It is concluded that the acid hydrolysis of A. platensis biomass generates an extract of free amino acids and other molecules of interest in biostimulant formulations. Furthermore, it was possible to develop a delivery system for A. platensis hydrolyzate with nanoliposomes from chitosan. Concluding that nanoliposomes containing protein hydrolyzate from A.platensis have plant biostimulant activity in tomato plants.