BR112020015709B1

BR112020015709B1 - Formulação líquida à base de nanopartículas de cuo como potencializadora da autodefesa das plantas e o uso da mesma

Info

Publication number: BR112020015709B1
Application number: BR112020015709-0A
Authority: BR
Inventors: Jorge Casas Chiné; Jose Luis Ordoñez Ramos; Ernesto Francisco Simó Alfonso; Enrique Javier Carrasco Correa
Original assignee: Agro Stock S.A
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2022-10-25
Also published as: ES2725076A1; ECSP20050652A; ES2725076B2; US11369115B2; US20210015104A1; MA51885A; AR114180A1; EP3756463A1; WO2019158786A1; MX2020008639A; CL2020002121A1; BR112020015709A2; EP3756463A4

Abstract

"FORMULAÇÃO LÍQUIDA À BASE DE NANOPARTÍCULAS DE CuO COMO POTENCIALIZADORA DA AUTODEFESA DAS PLANTAS E O USO DA MESMA" Descreve-se uma formulação líquida para o tratamento da madeira de plantas, tais como videiras, amendoeiras ou outras para potencializar a autodefesa e a resistência da planta contra doenças fúngicas. A formulação consiste em um composto à base de cobre, aminoácidos vegetais essenciais, menadiona-bissulfito de sódio e água, com a particularidade de que o cobre é incorporado na forma de nanopartículas de tamanho inferior a 60 nm de tamanho e em uma proporção inferior a 1,0% em peso. A aplicação da formulação permite a incorporação de acordo com diferentes formas de fertirrigação ou mesmo por via foliar por meio de um dispositivo atomizador.

Description

Campo técnico de invenção

[001] A presente invenção refere-se a uma formulação líquida à base de nanopartículas de óxido de cobre (CuO) como um potencializador da autodefesa das plantas. A invenção também se refere à utilização da referida formulação na defesa de plantas e árvores, tais como as videiras, as amendoeiras e outras de natureza semelhante contra determinados patógenos que causam doenças fúngicas na madeira de tais plantas.

[002] O campo técnico no qual a presente invenção se insere encontra-se dentro do setor industrial dedicado à fabricação e aplicação de fertilizantes e outros produtos para promover e potencializar a autodefesa de árvores e plantas.

Antecedentes da invenção

[003] As doenças fúngicas da madeira (EFMV) afetam todas as principais áreas de cultivo de videiras do mundo. Atualmente, as EFMV constituem a principal preocupação do setor vitivinícola em termos de fitossanidade. Na Espanha, estima-se que 50% das parcelas de vinhas tenham alguma planta afetada pela EFMV. Não há fungicidas nem outras estratégias de controle que atinjam a erradicação completa dos patógenos. As perdas que causam são tão grandes que o termo "filoxera do século XXI" já começou a ser usado.

[004] Tradicionalmente, o tratamento desse tipo de doenças tem sido baseado tipicamente no uso de certos compostos formulados com base no metal de cobre. Um exemplo de composto para o tratamento destas doenças na madeira da videira foi descrito no documento de patente P-201700511 do mesmo requerente, no qual se reivindica uma formulação líquida obtida pela mistura de lignosulfonato de sódio (entre 10% e 15% em peso), sulfato de cobre (entre 15% e 25% em peso), um composto de adição hidrossolúvel do grupo vitamínico K (mencionado como MSB, em percentual entre 0,20% e 0,40% em peso) e aminoácidos livres de origem vegetal (entre 1,30 e 1,75% em peso), sendo o restante água até completar 100% em peso. A aplicação desta formulação às videiras permitiu melhorar os processos metabólicos que ocorrem durante as diferentes etapas do desenvolvimento, melhorando a aparência das plantas tratadas, ativando suas autodefesas e a resistência a condições adversas bióticas e abióticas, permitindo assim aumentar o rendimento e a produção das colheitas.

[005] Como é sabido, diferentemente de outras doenças fúngicas, como o míldio (causado por Plasmopara viticola), oídio (causado por Uncinula necator) ou botrytis (causado por Botrytis cinerea), as doenças da madeira são plurianuais e são causadas por mais de 100 espécies diferentes de fungos, associadas a um conjunto de sintomas. Os fungos patogênicos infectam a madeira e se desenvolvem internamente no tronco e nos galhos, causando necrose e/ou podridão da madeira. No caso das vinhas, as videiras doentes apresentam uma perda progressiva de vigor, reduzindo a quantidade e a qualidade da colheita ano após ano. Em todos os casos e como consequência da infecção por fungos, ocorre um declínio progressivo e as plantas acabam morrendo, o que obriga repor a vinha com os consequentes impactos econômicos que tudo isso implica.

[006] Embora o comportamento da formulação descrita no documento de patente mencionado anteriormente tenha melhorado a resposta das plantas às quais foi aplicado, a pesquisa contínua realizada pelos inventores permitiu a formulação de uma nova composição que aumenta a autodefesa e a resistência da planta, que tem vantagens econômicas em relação ao custo de produção e que, acima de tudo, tem um comportamento muito menos invasivo ao meio ambiente do que outras formulações da técnica anterior.

[007] Para isso, como os especialistas conhecem sobre o assunto, o cobre tem nas plantas a característica de ativar certas enzimas envolvidas na síntese da lignina e é essencial para vários sistemas enzimáticos. Também é necessário no processo de fotossíntese, essencial para a respiração das plantas e coadjuvante no metabolismo de carboidratos e proteínas, ajudando também a intensificar o sabor e a cor em hortaliças e flores.

[008] Quando há deficiência de cobre, os sintomas dessa deficiência aparecem nas novas folhas, variando essas deficiências dependendo de cada cultura, gerando um enrolamento e uma leve clorose em toda a folha ou nos veios das novas.

[009] Portanto, está claro que o cobre é um elemento necessário para as plantas. No entanto, frequentemente ocorre que a disponibilização desse elemento para as plantas ocorre em quantidades que excedem os limites permitidos, gerando uma toxicidade que afeta o desenvolvimento da raiz, queimando suas pontas e provocando um crescimento lateral excessivo. Deve-se levar em conta também que altos níveis de cobre nas plantas podem competir com a absorção de outros elementos, tal como ferro, molibdênio ou zinco. No caso de novas culturas, inicialmente elas podem ficar mais verdes do que o normal, então apresentarão os sintomas da deficiência de ferro e provavelmente outros micronutrientes e, se não forem corrigidas a tempo, a ameaça de toxicidade do cobre pode reduzir a ramificação e finalmente provocar a deterioração da planta.

[010] Por tudo isso, entende-se que há no estado da técnica a necessidade de uma formulação que, aplicada às plantas, permita um desenvolvimento e comportamento normais das plantas, tanto no tronco, galhos e folhas quanto no nível reticular, no qual o teor de cobre seja o mais baixo possível, garantindo a disponibilização suficiente para fortalecer a autodefesa e resistência da planta e sem risco ao meio ambiente.

Descrição da invenção

[011] A formulação líquida da presente invenção foi desenvolvido levando em conta as necessidades da técnica atual mencionadas acima. Nesse sentido, a presente invenção refere- se a uma formulação líquida à base de nanopartículas de CuO, na forma de nanopartículas de óxido de cobre (CuO), como uma potencializadora da autodefesa das plantas e destinada a melhorar a eficiência fisiológica das mesmas. Mais particularmente, a invenção refere-se a uma formulação líquida que permite diminuir a incidência e a severidade dos sintomas de doenças nas plantas, em particular na madeira (inibindo a ação de certos patógenos) e doenças fúngicas como míldio, diminuindo ao mesmo tempo a transpiração e obtendo uma maior fotossíntese líquida. Da mesma forma, uma das características fundamentais da presente formulação é a baixa concentração de cobre que apresenta, o que torna a formulação bastante respeitosa ao meio ambiente.

[012] O uso da formulação da invenção permite melhorar os processos metabólicos que ocorrem durante as diferentes etapas do desenvolvimento, melhorando a aparência das plantas tratadas, ativando suas autodefesas e a resistência a condições adversas bióticas e abióticas, permitindo aumentar o rendimento e a produção das colheitas. Para isso, a formulação da presente invenção inclui cobre, aminoácidos vegetais essenciais e um derivado da vitamina K (MSB, menadiona-bissulfito de sódio ou vitamina K3), com a particularidade de que o cobre é incorporado na forma de nanopartículas, conseguindo multiplicar dessa forma, a superfície protetora dos tratamentos ao mesmo tempo que garante uma melhor aderência e persistência do cobre sobre os tecidos vegetais, aumentando assim o tempo de proteção das culturas. Esta composição também permite que a formulação da invenção atue, além disso, como estimulante de determinadas reações metabólicas das plantas básicas para seu desenvolvimento e crescimento.

[013] No campo agrícola, a nanotecnologia pode oferecer nanomateriais que podem atuar como um elicitor para as plantas, além de outras funções. Um elicitor é definido como um composto, que ao ser aplicado de forma exógena, é capaz de ativar ou desencadear a síntese natural de outras substâncias na planta, estimulando o metabolismo e ativando a resposta defensiva do vegetal. Mas não apenas isso, os nanomateriais podem atuar como nutrientes mais efetivos ou pesticidas com menos efeitos colaterais e com maior eficácia.

[014] Esses novos fertilizantes, diferentemente dos produtos atualmente disponíveis no mercado, terão um efeito potencializador, pois a presença destes em sua composição: I) favorece a assimilação de nutrientes e evita a contaminação e degradação de solos e bacias hidrológicas; II) melhora o estado geral da cultura, via ativação metabólica e/ou outras vias, resultando em melhor produção e maior qualidade; III) estimula as defesas naturais da planta, reduzindo o uso de fungicidas; IV) reduz a quantidade de matéria-prima necessária, tornando mais eficaz a fertilização das culturas, evitando problemas de eutrofização nas áreas circundantes; V) redução de custos e VI) melhoria da qualidade dos frutos antes e após a colheita (Biswal SK, Nayak AK, Parida UK, Nayak PL, Applications of nanotechnology in agricultura and food sciences. IJSID. 2012; 2(1): 21-36).

[015] Como é sabido, a substância identificada como MSB na presente descrição, juntamente com diferentes cátions metálicos na mesma formulação, como os de Ca, Zn, Mn e, claro, Cu, melhora a assimilação desses metais (e seus respectivos óxidos) pela planta. Assim, se a formulação for aplicada por via radicular, estimula a formação de novas raízes, que são as mais eficazes para a absorção desses metais de alto peso atômico e transporte no xilema (sistema ascendente), enquanto na aplicação foliar melhora o metabolismo de absorção para o floema.

[016] Uma descoberta importante da presente invenção é que, na formulação proposta, a conjunção dos efeitos dos aminoácidos, que aumentam a penetração na planta de qualquer molécula que os acompanhe, juntamente com o efeito "portador" do MSB sobre os cátions, garantem a penetração das nanopartículas de óxido de cobre (CuO). Assim, graças à melhoria geral do metabolismo da planta associada à MSB, a circulação das nanopartículas de CuO na seiva da planta, tanto no floema quanto no xilema, é favorecida, podendo assim garantir a chegada das nanopartículas a todas as partes da cultura.

[017] De acordo com a invenção, a formulação líquida proposta responde à composição correspondente à seguinte fórmula qualitativa e quantitativa: Cobre (em nanopartículas) 0,1% - 1,0% (em peso) Aminoácidos vegetais essenciais 10% - 25% (em peso) Menadiona bissulfito de sódio (Vitamina K3) 0,2% - 0,4% (em peso) Água o restante até 100% em peso

[018] Preferencialmente, o tamanho das nanopartículas de CuO envolvidas na formulação líquida da presente invenção é inferior a 60 nm, e mais preferencialmente está compreendido em uma faixa entre 8 nm e 40 nm.

[019] A maior eficiência das nanopartículas de CuO em relação a outras formas de cobre deve-se fundamentalmente ao tamanho reduzido que esse formato apresenta, uma vez que, graças a isso, se obtêm, por um lado, uma maior dispersão das referidas partículas sobre as folhas e frutos e, por outro lado, favorecemos a absorção.

[020] O exposto anteriormente pode ser visto nas Figuras 1.1 e 1.2, consistindo em microfotografias por meio das quais se compara na superfície de uma folha a maneira como se dispersa o cobre procedente da formulação da presente invenção (figura 1.1) em relação à dispersão de cobre procedente de uma formulação convencional (figura 1.2).

[021] Note-se que nas microfotografias do mapeamento de elementos sobre a folha, observa-se que no caso das nanopartículas de CuO de acordo com a invenção, os pontos (Cu) se distribuem aleatoriamente, enquanto no tratamento com a formulação comercial, o Cu se concentra nas regiões intercelulares em vez de ser distribuído no interior da célula. Isso confirma a menção feita anteriormente em relação a uma maior dispersão de nanopartículas. As moléculas em si mesmas têm um tamanho nanométrico, mas devido à inércia, na natureza, elas tendem a se agrupar formando aglomerados, aumentando consideravelmente seu tamanho e, por isso, não são consideradas nanopartículas. Com a formulação da invenção, foi possível obter nanopartículas de CuO com um tamanho entre 8 e 40 nm que não tendem a se aglomerar, aumentando assim sua eficácia. A Figura 2 mostra um exemplo de uma microfotografia, realizada com um microscópio eletrônico de transmissão, que reproduz o tamanho das partículas e sua agregação.

[022] Como mencionado anteriormente, o cobre é necessário no processo de fotossíntese, pois é essencial para a respiração das plantas e faz parte do grupo protético de inúmeras proteínas, tais como oxidases de ácido ascórbico, de fenol ou de citocromo. Promove a utilização de nitrogênio e a síntese de proteínas, atuando também como estabilizador de clorofila e ajudando a intensificar o sabor e a cor das hortaliças e flores. Embora seja um elemento essencial, também é considerado um metal pesado que pode acumular no solo, com a particularidade de que dificilmente é biodegradável. Isso representa um risco, uma vez que no pH ácido, o cobre se torna mais solúvel e, portanto, pode se tornar tóxico para a fauna auxiliar. Portanto, como dito anteriormente, a formulação líquida da invenção combina a vantagem proporcionada pelo pequeno tamanho das nanopartículas de CuO, com o efeito transportador fornecido pelo MSB e o poder complexador apresentado pelos aminoácidos vegetais essenciais, facilitando assim a absorção do cobre proporcionado por parte da planta. Da mesma forma, produz uma maior mobilização do cobre na planta, permitindo sua assimilação de forma rápida, eficaz e abundante e permitindo que ela chegue ao local onde deve exercer sua ação. Dessa forma, é possível otimizar os processos metabólicos que ocorrem durante as diferentes etapas do desenvolvimento das plantas, melhorando a aparência das plantas tratadas, ativando suas autodefesas e a resistência a condições adversas bióticas e abióticas, permitindo assim aumentar o rendimento e a produção das colheitas. Ao mesmo tempo, como se utiliza uma quantidade reduzida de cobre, é possível diminuir o acúmulo no solo desse metal, contribuindo assim para a redução do impacto ambiental.

[023] Em uma forma de uso preferencial da formulação da invenção, ela é incorporada ao solo por fertirrigação, irrigação por gotejamento, irrigação por aspersão ou distribuindo-a em áreas próximas à planta em irrigação por superfície, ou por rota foliar, aplicando-se com um atomizador, nos estágios iniciais do desenvolvimento da cultura, para estimular a formação de novas raízes. A dose da formulação da invenção a ser utilizada é de 2,5 litros por hectare de cultivo e aplicação. Exemplo 1 • Foi realizado um teste da formulação da invenção para avaliar seu efeito nas doenças da madeira da videira (EMV). Para conhecer com mais rigor as respostas das plantas de videira infectadas pelos fungos que causam as EMV e tratadas com diferentes produtos desenvolvidos, foi implantada uma vinha experimental com 36 videiras jovens em vasos. O teste foi realizado durante a campanha de 2017 nas instalações da VITEC. A avaliação da formulação da invenção comparativamente a uma formulação comercial forneceu os seguintes resultados: • PRODUTO 1 = Formulação Comparativa • PRODUTO 2 = Formulação da Invenção

[024] As 36 plantas foram dispostas em um disposição de 2 blocos de repetição. Cada unidade experimental era composta por 3 plantas consideradas réplicas biológicas, totalizando 6 cepas por condição. No teste, foram comparadas 6 condições diferentes, como descrito a seguir: 1. CONTROLE SEM FUNGO + NENHUM PRODUTO [0+C] 2. CONTROLE COM FUNGO + NENHUM PRODUTO [0+HH] 3. CONTROLE SEM FUNGO + PRODUTO 1 [1+C] 4. CONTROLE SEM FUNGO + PRODUTO 2 [2+C] 5. PRODUTO 1 + 2 FUNGOS [1+HH] 6. PRODUTO 2 + 2 FUNGOS [2+HH]

[025] Em cada condição foram analisadas 6 plantas (6 x 6 = 36 plantas). Durante o estudo, foram controlados os fornecimentos hídricos e nutricionais aplicadas à vinha em estudo. Periodicamente, os controles necessários do manejo vitícola eram realizados para manter as plantas em condições ótimas de desenvolvimento e evitar qualquer situação de estresse abiótico.

[026] Uma vez desenvolvidas as primeiras folhas, foi aplicado o primeiro tratamento dos produtos avaliados. Duas semanas depois, foram realizadas inoculações, infectando as plantas com os agentes causadores das EMVs selecionadas. Transcorridas duas semanas, foi aplicado o segundo tratamento com os produtos avaliados e, posteriormente, as plantas foram mantidas durante mais 3 meses, até sua remoção para avaliar a suscetibilidade e re- isolar os fungos patogênicos.

Tratamentos

[027] Dois tratamentos foram realizados. Os produtos foram aplicados diretamente em cada vaso. Para isso, foram adicionados 250 mL de uma diluição previamente preparada (1 mL de produto + 250 mL de água destilada/planta).

Inoculação

[028] Seguindo a metodologia descrita por Úrbez-Torres et al., 2014, foram inoculadas as plantas das condições 3, 5 e 6 (denominadas “+HH”), que foram infectadas por duas espécies de fungos que causam as EMV: Diplodia seriata (Ds) e Phaeoacremonium minimum (Pm). O método de inoculação consistiu em depositar um pequeno quadrado de meio de cultura com o micélio do fungo fresco e ativo (7 a 10 dias de crescimento), após fazer uma incisão na planta com um bisturi estéril. Os dois fungos foram inoculados juntos entre o primeiro e o segundo botão. Em seguida, foi colocado um algodão umidecido em água estéril e as feridas foram seladas com parafilm.

[029] Nas plantas das condições de controle 1, 2 e 4 (denominadas "+C"), não infectadas, também foi feita uma incisão, colocando um pedaço de ágar estéril e selando com algodão e parafilm, como descrito anteriormente.

[030] Após avaliar a eficácia dos diferentes tratamentos, foram obtidos os seguintes resultados:

Tabela 1.1. Percentual (%) de inibição para a D. seriata em cada uma das Áreas

Tabela 1.2. Percentual (%) de inibição para a P.minimum em cada uma das Áreas

[031] Como observado na Tabela 1.1, nas áreas tratadas com a formulação da invenção houve uma redução no percentual de infecção pelo patógeno D. seriata em 12,5%. Mas o que é realmente interessante é o efeito que a formulação da invenção mostrou no fungo P. minimum. A Tabela 1.2 pode-se observar como a formulação da invenção é capaz de inibir completamente a ação deste fungo.

[032] Em relação ao estresse abiótico nas cepas sintomáticas, a Figura 3 mostra os resultados dos valores de fotossíntese e transpiração medidos nas áreas de vinha objeto do estudo. Nesta figura, pode-se ver como, nas condições testadasdas, as plantas tratadas com a formulação da invenção apresentaram uma menor transpiração e uma maior fotossíntese líquida, o que sugere uma melhoria na eficiência fisiológica.

Exemplo 2

[033] Foi realizado um teste da formulação da invenção para avaliar seu efeito contra sintomas de míldio. Concretamente, foi realizado um teste com 2 parcelas correspondentes a 2 lotes diferentes (FCL98 e VN42), dentro das quais foram estabelecidos 3 tratamentos (controle, formulação da invenção e formulação comparativa). Tudo isso com 4 repetições, como mostrado no esquema de teste que está representado na Figura 4 dos desenhos anexos. Em conjunto, o número de plantas em que os tratamentos de cobre foram testados é de 1200 plantas para cada um dos lotes. A formulação da invenção foi aplicada por via foliar e o teste foi realizado durante a campanha de 2017 pela Universidade de Navarra.

[034] Para quantificar os sintomas de míldio, foram escolhidas aleatoriamente 20 plantas de cada lote e repetição e, em cada uma delas, foi contabilizado: • Número total de folhas por planta (saudáveis e afetadas) • Número total de folhas afetadas por míldio • % afecção por míldio nas folhas afetadas

[035] Com estes dados, foi calculado para cada repetição: • Incidência: 1. N° de plantas afetadas por míldio (que apresentavam algum sintoma em alguma folha) 2. % folhas afetadas • Severidade: Média de % afecção no total das folhas afetadas. Resultados Incidência de Mildiu.

Tabela 1.3. Percentual (%) de redução de sintomas em plantas em cada uma das Áreas.

Tabela 1.4. Percentual (%) redução no número de folhas afetadas em cada uma das Áreas

[036] Conforme observado na Tabela 1.3, nas áreas tratadas com a formulação da invenção e com a formulação comparativa, o percentual de plantas que mostraram algum sintoma foi ligeiramente menor nas plantas tratadas, contabilizando 5% a menos de plantas afetadas.

[037] Ao mesmo tempo, na Tabela 1.4 se observa que o número de folhas afetadas foi claramente menor nas cepas tratadas com a fórmula da invenção (21% a menos), enquanto o tratamento com a formulação comparativa também resultou em uma afecção inferior, mas um pouco menor (12%). Severidade • Se % da área da folha afetada for avaliada também diminuiu com os tratamentos, 26% no caso da formulação da invenção e 22% na formulação comparativa, em relação ao controle, como mostra as respectivas representações apresentadas na Figura 5 dos desenhos anexos.

Aplicabilidade industrial

[038] Uma forma de realização preferida decorre da descrição anterior, a invenção é particularmente aplicável no setor industrial dedicado à fabricação e aplicação de produtos para promover e potencializar a autodefesa de árvores e plantas.

Claims

1) Uma formulação líquida à base de nanopartículas de CuO como potencializadora da autodefesa da planta, caracterizada pelo fato de que consiste em uma composição líquida que compreende cobre, aminoácidos essenciais para vegetais, menadiona-bissulfito de sódio (MSB, vitamina K3) e água até completar 100% em peso da composição, caracterizada pelo cobre ser fornecido à composição na forma de nanopartículas de CuO, com um tamanho inferior a 60 nm e em uma porcentagem em peso entre 0,1% e 1%, com um consequente efeito multiplicador da superfície protetora dos tratamentos e uma melhor aderência e persistência do cobre nos tecidos vegetais, com um aumento considerável do tempo de proteção e com a particularidade de que o efeito "transportador" proporcionado pelo MSB às nanopartículas de CuO garante a penetração das nanopartículas de óxido de cobre (CuO) na planta, melhorando o metabolismo geral da planta.

2) A formulação líquida de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tamanho das nanopartículas CuO está compreendido entre 8 nm e 40 nm.

3) Uma utilização da formulação líquida das reivindicações de 1 a 2 como potencializadora da autodefesa das plantas, caracterizada pelo fato de que combate doenças fúngicas da madeira, especialmente em plantas tais como as videiras, as amendoeiras ou outras da mesma natureza.

4) A utilização de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que, em uma forma de uso, a formulação líquida é incorporada ao solo por meio de fertirrigação, irrigação por gotejamento, irrigação por aspersão ou distribuindo-a em áreas próximas à planta em irrigação por superfície.

5) A utilização de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que, em uma forma alternativa de uso, a incorporação é realizada por via foliar, aplicada com um atomizador, nos estágios iniciais do desenvolvimento da cultura, para estimular a formação de novas raízes.

6) A utilização de acordo com as reivindicações de 3 a 5, caracterizada pelo fato de que a referida formulação é aplicada em doses da ordem de 2,5 litros por hectare de cultivo e aplicação.