ES2252990T3 - Complejo de quitosano metalicos y metodo para luchar contra el crecimiento microbiano en plantas, usando los mismos. - Google Patents
Complejo de quitosano metalicos y metodo para luchar contra el crecimiento microbiano en plantas, usando los mismos.Info
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Abstract
Un método para preparar un complejo de quitosano metálico adaptado para la aplicación a plantas, comprendiendo dicho método las etapas de: proporcionar una mezcla de quitosano seco soluble en agua y al menos un ión de metal de transición compuesto con una sal de gluconato, y posteriormente solubilizar la mezcla con agua.
Description
Complejos de quitosano metálicos y método para
luchar contra el crecimiento microbiano en plantas, usando los
mismos.
La presente invención se refiere a composiciones
agrícolas para suministrar metales a plantas y para controlar
enfermedades microbianas en plantas. Específicamente, la presente
invención se refiere a metales quelados con una composición
particular derivada de carbohidratos.
Históricamente, las infestaciones microbiológicas
han causado pérdidas significativas a las cosechas agrícolas y han
sido la causa de hambres a gran escala y de desplazamientos
económicos. Las infecciones micóticas pueden causar daño en la
precosecha al cultivo eliminándolo del todo o debilitándolo
disminuyendo los rendimientos y dando lugar a plantas susceptibles
de otras infecciones. En la postcosecha, las infecciones micóticas
también pueden causar pérdidas significativas de productos agrícolas
durante el almacenaje, el procesamiento y la manipulación. La
necesidad del control de las infecciones microbianas de los
productos agrícolas está bien establecida y han sido desarrollados
por esta razón un número de agentes químicos aunque, sin embargo,
hasta el momento, no se ha encontrado ningún agente químico
totalmente satisfactorio. Frecuentemente, los agentes de control
micótico son altamente tóxicos para las cosechas y/o los animales;
por consiguiente, se establecen restricciones respecto a su manejo
y su uso. Además, muchos agentes de control micóticos en este
momento disponibles son de utilidad restringida; es decir, un agente
particular puede ser eficaz sólo contra varios tipos de hongos. Por
consiguiente, deben emplearse a menudo varios de materiales
separados en un ambiente agrícola particular para abarcar a los
tipos diferentes de hongos u otros patógenos microbianos. También,
como es común en los agentes antimicrobianos, un número de especies
micóticas han desarrollado resistencia a los fungicidas comúnmente
empleados.
Claramente, hay necesidad de un agente de control
antimicrobiano que pueda ser utilizado tanto para agentes
bacterianos como para micóticos en plantas, que tenga una amplia
actividad contra una variedad de hongos y bacterias incluyendo
aquellas cepas resistentes a los fungicidas empleados en la
actualidad. Idealmente, el material debe ser de toxi-
cidad baja para cosechas y para animales, estable en la composición, fácil de emplear y preferiblemente de coste bajo.
cidad baja para cosechas y para animales, estable en la composición, fácil de emplear y preferiblemente de coste bajo.
Es conocido que las paredes celulares de los
hongos están compuestas de quitina, que es un biopolímero natural a
base de carbohidratos. La quitina es un análogo de la celulosa en la
que el grupo OH en la posición C-2 ha sido
sustituido por un grupo acetamido. La quitina también se encuentra
en abundancia en un número de fuentes naturales, incluyendo los
esqueletos de los artrópodos tales como el camarón. Las
investigaciones anteriores han sugerido que la quitina, o las
fracciones de peso molecular bajo producidas por su degradación,
puede en algunos casos, causar respuestas antimicóticas en algunas
plantas, véase por ejemplo, M. G. Hahn et al. en
"Mechanisms of Plant Defense Responses"; B. Fritig y M.
Legrand, Kluwer Academic Publishers (Países Bajos 1993, págs.
99-116).
El quitosano es un derivado semisintético de la
quitina producido por la desacetilación de su nitrógeno para
producir la sal de amonio. El quitosano en sí mismo ha mostrado
tener alguna actividad antimicótica media con respeto a ciertas
especies micóticas particulares en algunas plantas concretas, véase
por ejemplo, L. A. Hadwiger, J. M. Beckman; Plant Physiol.,
66, 205-211 (1980); A. El Gharouth et
al., Phytopathology, 84, 313-320
(1994); A. El Gharouth et al., Phytopathology,
82, 398-402 (1992); C. R. Allan et
al., Experimental Mycology,
3:285-287 (1979); y P. Stossel et al.,
Phytopathology Z., 111:82-90 (1984).
También se han descrito hidrolizados específicos del quitosano que
tienen alguna actividad antimicótica. Véase, por ejemplo, Kendra
et al., Experimental Mycology,
8:276-281 (1984). La patente de EE.UU. Nº.
5.374.627 describe el uso de una composición de hidrolizado de
quitosano de alto peso molecular (P.M.
10.000-50.000) y ácido acético para controlar los
hongos en ciertas cosechas. La solicitud de patente japonesa
62-198604 describe el uso de hidrolizados de
quitosano de peso molecular muy bajo (P.M. \leq 3.000) para el
control de hongos Alternaria alternata en peras. Además se
especifica que este material no es eficaz, en peras, contra otros
hongos tales como Botrytis.
La capacidad del quitosano de formar complejos
con iones metálicos, particularmente, iones de metales de transición
y metales de post transición, es conocida en los antecedentes, véase
generalmente George A.F. Roberts, Chitin Chemistry,
Macmillan (1992). La mayor parte del trabajo descrito en esta
publicación fue hecho con la forma insoluble de los complejos de
quitosano metálicos que tratan las diferentes interacciones iónicas
y el tipo de formación del complejo. Casi ninguno de los trabajo
trató con la formación de un complejo soluble y no fue hecha ninguna
sugerencia para el uso de complejos de quitosano metálicos para uso
en agricultura.
El documento de la base de datos HCAPLUS, Nº. de
entrada 1996:255953 describe los efectos antimicóticos de las sales
de quitosano-metálicas que fueron evaluadas conforme
a los métodos de JWPAS-Nº. 2. Las sales de quitosano
de cobre y las sales de quitosano de cinc mostraron un alto efecto
antimicótico contra varios microorganismos. Este documento también
describe un uso agrícola de los compuestos.
La patente de EE.UU. Nº. 5.010.181 de Coughlin
también describe el uso de quitosano para eliminar iones de metal
pesado a partir de una solución acuosa.
Las patentes de EE.UU. N^{os}. 5.643.971 y
5.541.233 ambas de Roenigk describen el uso de quitosano como un
polímero quelante capaz de formar enlaces de coordinación con
metales de transición. Estos complejos metálicos fueron utilizados
en un artículo poroso que absorbía agua, tal como una esponja, para
impartir la actividad antimicrobiana. Ninguna de las patentes de
Roenigk describe el uso de quelatos de quitosano metálicos para usos
agrícolas incluyendo el suministro de iones metálicos a plantas y el
uso de quelatos de quitosano metálicos como agentes antimicrobianos
contra enfermedades de plantas. En consecuencia, la presente
invención, como será descrita detalladamente debajo, se refiere a
agentes antimicrobianos y/o agentes de suministro de metales
derivados de quitina y/o quitosano y sus métodos de uso en la
agricultura. Esta invención ha identificado combinaciones de quelato
de quitosano metálicas particulares que son agentes antimicrobianos
particularmente eficaces en dosis muy bajas. El material de la
presente invención se deriva de fuentes naturales y tiene una
toxicidad extremadamente baja en animales y cosechas agrícolas.
Además, el material es estable, fácil de manejar y de bajo coste.
Estas y otras ventajas de la presente invención serán fácilmente
evidentes a partir de la discusión, la descripción y los ejemplos
que siguen.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un método para preparar un complejo de
quitosano metálico adaptado para la aplicación a plantas,
comprendiendo dicho método las etapas de:
proporcionar una mezcla de quitosano seco soluble
en agua y al menos un ión metálico de transición compuesto con una
sal de gluconato, y luego solubilizar la mezcla con agua.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona una composición de quitosano metálica
soluble en agua, comprendiendo dicha composición:
quitosano seco soluble en agua; y
al menos un compuesto metálico, que es una sal de
gluconato metálica.
Conforme a la presente invención, se ha
encontrado que los materiales oligoméricos y/o poliméricos
particulares derivados de quitina o quitosano, que tienen un peso
molecular en el intervalo de 4.000 a 500.000 daltons y que
comprenden unidades de repetición unidas de
beta-glucosamina, son agentes quelantes altamente
eficaces para metales de transición que forman así un agente
altamente eficaz para el control de un amplio rango de enfermedades
microbianas incluyendo enfermedades bacterianas y micóticas en una
variedad de plantas.
Pueden utilizarse en la presente invención dos
fracciones polímericas de quitosano de diferente peso molecular. Una
primera fracción polímerica de quitosano que tiene un peso molecular
en el intervalo de aproximadamente 10.000 daltons a aproximadamente
500.000 daltons se combina con una segunda fracción polímerica de
quitosano que tiene un peso molecular en el intervalo de
aproximadamente 4.000 daltons a aproximadamente 10.000 daltons. Fue
encontrado que para el uso como agente antibacteriano, sólo los
polímeros de quitosano con un peso molecular en el intervalo de
4.000-10.000 daltons eran eficaces.
El material se prepara por hidrólisis de quitina
o quitosano, típicamente por la división ácida o enzimática del
material polimérico, por sus enlaces de oxígeno.
El grado de acetilación del material de quitosano
puede estar en el intervalo de aproximadamente
0-40%. El material de quitosano o el polímero pueden
hacerse reaccionar con metales de transición e iones metálicos de
post-transición. Preferiblemente, el polímero de
quitosano se hace reaccionar con metales incluyendo cobre, cinc,
aluminio y manganeso. Cada metal solo y/o combinaciones de los
metales está presente en una concentración en el intervalo de
aproximadamente 10-1000 ppm. Más preferiblemente, el
polímero de quitosano se hace reaccionar con uno o varios metales,
por ejemplo Cu, Zn, Mn, proporcionando un complejo que tiene mejor
actividad antimicrobiana y hasta además tiene menor toxicidad.
La formación del complejo de quitosano metálico
se alcanza haciendo reaccionar el quitosano (preferiblemente a
temperatura ambiente) con el metal deseado o metales. El quitosano y
el metal o metales preferiblemente se incuban entre durante
1-24 horas. Tanto los complejos insolubles en agua
como los solubles en agua se forman durante el período de incubación
y la relación de los metales libres, los complejos solubles, y los
complejos insolubles cambian en función del tiempo y del tipo de
metal y del anión. Tanto los complejos soluble en agua como los
insolubles en agua son agentes antimicrobianos eficaces. La cantidad
de metal quelado por el quitosano puede ser determinada por análisis
de absorción atómica.
Los complejos de quitosano metálicos de la
presente invención son particularmente eficaces no sólo porque el
quitosano actúa para que se una la composición a la planta, sino que
también parece que proporciona una liberación sostenida de los
metales durante un período de tiempo más largo. La capacidad de que
se formen tanto complejos solubles como insolubles con el quitosano
proporciona la capacidad de unir los complejos de quitosano
metálicos a las hojas de plantas de modo que se impide que los
complejos sean lavados de las plantas al tiempo que se unen también
los metales al complejo para proporcionar una composición segura que
impida el lavado de los metales de las hojas y proporcione un
mecanismo de liberación sostenible lento. Es decir, el quitosano une
o pega los metales a la planta al mismo tiempo que mantiene también
los metales allí. El quitosano se usa tanto por su capacidad de
formar quelato de metales como por su capacidad de añadir o unir los
metales a un objeto tal como una planta. También, dado que reducen
considerablemente la fitotoxicidad de los metales de transición en
su estado complejado, los complejos pueden ser usados en condiciones
de pH neutras. Además, el aglomerante de quitosano proporciona una
barrera entre los metales y las plantas para prevenir el contacto
directo entre el metal y las plantas evitando así además la
fitotoxicidad inherente de los metales.
Los complejos de quitosano metálicos de la
presente invención también pueden ser proporcionados como una mezcla
seca que comprenda una forma seca soluble en agua de quitosano
(Natural Polymer, Inc., Raymond, WA) que se suministra con un
compuesto metálico seco. La mezcla seca entonces puede ser añadida
al tanque de un agricultor en el campo y ser mezclada con agua hasta
que se solubilice completamente la mezcla seca que entonces puede
ser aplicada a las plantas por varias técnicas conocidas para los
expertos ordinarios en la técnica incluyendo la pulverización.
Se ha encontrado que la interacción entre el
quitosano seco soluble en agua y los metales es dependiente del
anión compuesto con el metal. Se ha encontrado que un anión
preferido es una sal de gluconato que se usa en la presente
invención y que parece tener una toxicidad inferior que otros
aniones y que tiene una afinidad más alta con el quitosano
comparado con nitratos, cloruros y acetatos. También se ha
demostrado que las sales de gluconato tienen efectos secundarios
mínimos cuando se aplican a plantas tanto con como sin
quitosano.
Se muestra la utilidad de las composiciones y de
los métodos de acuerdo con la presente invención debajo en la
sección de los Ejemplos.
(No es un ejemplo de la
invención)
Un complejo de quitosano metálico de la presente
invención fue pulverizado en las hojas de una planta de pepino
(Cucumis sativus) (CV) cultivada en tiestos de plástico en un
invernadero comercial (Hishtil, Afula, Israel). Todas las plantas
con dos hojas verdaderas fueron pulverizadas con 0,1%-0,13% del
material del complejo de quitosano metálico. Las plantas control
fueron pulverizadas con agua. Después de 24 horas, las plantas
fueron inoculadas con hongos o bacterias (10^{5}). Las plantas
inoculadas fueron colocadas en un invernadero con una humedad del
100% a 25ºC. Las plantas fueron incubadas durante 96 horas en cuyo
momento, el porcentaje del área de hoja enferma fue estimado
visualmente y la severidad de la enfermedad fue calculada como un índice de enfermedad para la planta entera.
visualmente y la severidad de la enfermedad fue calculada como un índice de enfermedad para la planta entera.
Fue utilizado el control de la enfermedad de
manchas de hoja angular causada por Pseudomonas lacrimans en
hojas de pepino utilizando 0,1% de quitosano y CuNO_{3},
ZnNO_{3} y AINO_{3} utilizando 15, 40, y 60 ppm de cada uno, en
una relación de 1:1:1. Como se muestra en la Tabla, las plantas
tratadas con un complejo de quitosano metálico controlaban la
enfermedad en una cantidad mayor que el quitosano solo. Las plantas
tratadas con múltiples metales complejados con el quitosano
mostraron un porcentaje más marcado de control de la enfermedad.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Tratamientos \+ \hskip1,5cm \+ Porcentaje de\cr \+ \+
control de enfermedad \cr Pepino + agua \+ \+ 0\cr Pepino +
quitosano hidrolizado (HC) \+ \+ 52\cr Pepino + HC +
15-60 ppm Cu \+ \+ 75\cr Pepino + HC +
15-60 ppm Zn \+ \+ 72\cr Pepino + HC +
15-60 ppm Al \+ \+ 62\cr Pepino + HC + 45 ppm Cu +
Zn + Al \+ \+ 56\cr Pepino + HC + 120 ppm Cu + Zn + Al \+ \+ 83\cr
Pepino + HC + 180 ppm Cu + Zn + Al \+ \+ 95\cr Pepino + HC + 250
ppm estreptomicina \+ \+
95\cr}
(No es un ejemplo de la
invención)
El control de la enfermedad originada por
Phytophtora infestans en plantas de patata fue demostrado
usando 0,1% de quitosano y CuNO_{3} (100-200 ppm).
Como se muestra en la Tabla II, los complejos de quitosano metálicos
mostraron ser sumamente eficaces en el control del organismo
Phytophtora infestans. Además, se demuestra que el complejo
de quitosano de quelato de cobre es mucho menos tóxico que el
compuesto de cobre aplicado directamente a las hojas de patatas.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Tratamientos \+ \hskip1cm \+ Porcentaje de\cr \+ \+
control de enfermedad \cr Hojas de patata + agua \+ \+ 0\cr
Hojas de patata + quitosano \+ \+ 75\cr Hojas de patata + quitosano
+ 100 ppm metales \+ \+ 85\cr Hojas de patata + quitosano + 150 ppm
metales \+ \+ 95\cr Hojas de patata + quitosano + 200 ppm metales
\+ \+ 85\cr Hojas de patata + CuNO _{3} + 25 ppm metales \+ \+
tóxico\cr Hojas de patata + CuNO _{3} + 50 ppm metales \+ \+
tóxico\cr Hojas de patata + CuNO _{3} + 75 ppm metales \+ \+
tóxico\cr}
(No es un ejemplo de la
invención)
El control de la enfermedad de mildiu
causada por Pseudoperonospera cubensis en plantas de pepino
fue demostrado utilizando 0,1% de quitosano y CuNO_{3}
(100-200 ppm).
Como se muestra en la Tabla III, el complejo de
quitosano de cobre controló la enfermedad de mildiu causada por
Pseudoperonospera cubensis en plantas de pepino. Además, se
demuestra que el complejo de quitosano de cobre es mucho menos
tóxico para las plantas de pepino que la aplicación directa del
nitrato de cobre solo.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Tratamientos \+ \hskip1cm \+ Porcentaje de\cr \+ \+
control de enfermedad \cr Pepino + agua \+ \+ 0\cr Pepino +
quitosano \+ \+ 65\cr Pepino + quitosano + 100 ppm metales \+ \+
80\cr Pepino + quitosano + 150 ppm metales \+ \+ 90\cr Pepino +
quitosano + 200 ppm metales \+ \+ 85\cr Pepino + CuNO _{3} + 25
ppm metales \+ \+ tóxico\cr Pepino + CuNO _{3} + 50 ppm metales \+
\+ tóxico\cr Pepino + CuNO _{3} + 75 ppm metales \+ \+
tóxico\cr}
(No es un ejemplo de la
invención)
Control de la enfermedad de manchas bacterianas
causada por Xanthomonas campestris en hojas de planta de
tomate utilizando varios metales.
Como se muestra en la Tabla IV, los complejos de
quitosano metálicos de la presente invención controlaron la
enfermedad de manchas bacterianas causada por Xanthomonas
lacrimans en plantas de tomate con un mayor grado que lo hizo el
quitosano solo.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Tratamientos \+ \hskip1cm \+ Porcentaje de\cr \+ \+
control de enfermedad \cr Hojas de tomate + agua \+ \+ 0\cr
Hojas de tomate + 0,1% quitosano \+ \+ 10\cr Hojas de tomate +
quitosano + 100 ppm Cu \+ \+ 70\cr Hojas de tomate + quitosano +
100 ppm Cu + 100 ppm Zn \+ \+ 70\cr Hojas de tomate + quitosano +
100 ppm Zn \+ \+ 65\cr Hojas de tomate + quitosano + 100 ppm Cu +
100 ppm Mn \+ \+
45\cr}
(No es un ejemplo de la
invención)
Control de la enfermedad del moho gris causada
por Botrytis cinerea en plantas de pepino utilizando 0,1% de
quitosano y complejos metálicos.
Con referencia a la Tabla V, los complejos de
quitosano metálicos mostraron ser al menos tan eficaces en el
control de la enfermedad del moho gris que el quitosano solo.
Además, los complejos de quitosano metálicos no mostraron ser
tóxicos comparado con la aplicación del metal (nitrato de cobre)
solo.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Tratamientos \+ \hskip1,5cm \+ Porcentaje de\cr \+ \+
control de enfermedad \cr Pepino + agua \+ \+ 0\cr Pepino +
0,1% Hidrolizado de quitosano (HC) \+ \+ 84\cr Pepino + HC + 100
ppm Cu \+ \+ 84\cr Pepino + HC + 100 ppm Zn \+ \+ 83\cr Pepino +
HC + Mn \+ \+ 84\cr Pepino + CuNO _{3} + 35 ppm metales \+ \+
tóxico\cr Pepino + CuNO _{3} + 50 ppm metales \+ \+
tóxico\cr}
Comparación del control de Xanthomonas
campestris en hojas de planta de tomate usando un complejo de
quitosano, aniones de cobre y diferentes (nitrato, acetato y
gluconato).
Con referencia a la Tabla VI, los complejos de
quitosano metálicos de la presente invención mostraron ser eficaces
en el control de Xanthomonas campestris en plantas de tomate.
Es importante indicar que la sal de gluconato fue más eficaz en el
control de la enfermedad tanto con las sales de nitrato como con el
acetato.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Tratamientos \+ \hskip1cm \+ Porcentaje de\cr \+ \+
control de enfermedad \cr Tomate + agua \+ \+ 0\cr Tomate +
0,1% quitosano \+ \+ 10\cr Tomate + quitosano + 100 ppm acetato de
Cu \+ \+ 60\cr Tomate + quitosano + 100 ppm nitrato de Cu \+ \+
70\cr Tomate + quitosano + 100 ppm gluconato de Cu \+ \+
88\cr}
Aunque lo anterior ha sido descrito con
referencia a algunas especies específicas, debe ser entendido que
los principios generales presentados arriba en este documento son
aplicables a la protección de una amplia variedad de cosechas
agrícolas de un amplio espectro de agentes microbianos. También,
aunque hayan sido descritos ciertos procedimientos sintéticos para
preparar los complejos de quitosano metálicos de la presente
invención, debe ser entendido que el material puede prepararse por
muchas otras rutas que serán evidentes para cualquier experto en la
técnica. Por ejemplo, pueden ser empleadas otras fuentes de
quitosano o quitina para la preparación de los complejos metálicos,
y tales fuentes incluyen las paredes celulares de hongos,
exoesqueletos de varios invertebrados marítimos, así como los
exoesqueletos de artrópodos terrestres. De la misma manera, la
matriz de quitosano puede ser obtenida a partir de varias fuentes. A
la vista de esto, debe ser entendido que la discusión precedente, la
descripción y los ejemplos son ilustrativos de las realizaciones
particulares de la presente invención, y no como se puede creer,
ser limitaciones de su práctica.
Claims (5)
1. Un método para preparar un complejo de
quitosano metálico adaptado para la aplicación a plantas,
comprendiendo dicho método las etapas de:
proporcionar una mezcla de quitosano seco soluble
en agua y al menos un ión de metal de transición compuesto con una
sal de gluconato, y posteriormente solubilizar la mezcla con
agua.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el metal de transición se selecciona del grupo que
consiste en cobre, aluminio, manganeso y cinc.
3. Una composición de quitosano metálica soluble
en agua, comprendiendo dicha composición:
quitosano seco soluble en agua; y
al menos un compuesto metálico, que es una sal de
gluconato metálica.
4. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 3, en la que dicho compuesto metálico comprende un
metal de transición.
5. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 4, en la que dicho metal de transición se selecciona
del grupo que consiste en cobre, aluminio, manganeso y cinc.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US20039998A | 1998-11-24 | 1998-11-24 | |
| US200399 | 1998-11-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2252990T3 true ES2252990T3 (es) | 2006-05-16 |
Family
ID=22741566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES99961824T Expired - Lifetime ES2252990T3 (es) | 1998-11-24 | 1999-11-24 | Complejo de quitosano metalicos y metodo para luchar contra el crecimiento microbiano en plantas, usando los mismos. |
Country Status (8)
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