Avaliação do potencial herbicida de compostos secundários na germinação de sementes de plantas daninhas encontradas em pastagens

Artigo
AVALIAÇÃO DO POTENCIAL HERBICIDA DE
COMPOSTOS SECUNDÁRIOS NA GERMINAÇÃO
DE SEMENTES DE PLANTAS DANINHAS
ENCONTRADAS EM PASTAGENS
Re s u m o
Neste trabalho procurou-se avaliar o potencial herbicida de algumas classes de compostos secundários
na inibição da germinação de sementes de plantas daninhas. Os compostos escolhidos para
tal estudo foram: alcalóides (atropina e cinconidina), ácidos fenólicos (ácidos clorogênico, cafeico,
ferúlico, p-anísico), ácidos carboxílicos (ácidos oxálico, maleico, malônico, tartárico, málico, aspártico,
cítrico), flavonóides (genisteína, naringenina, camferol, quercetina) e poliaminas (diaminobutano
e diaminopentano). A escolha de tais compostos se deu com base na alta ocorrência destes em fenômenos
alelopáticos reportados em literatura. Como plantas receptoras (plantas daninhas) foram
utilizadas aquelas com maior freqüência de ocorrência em áreas de pastagens da região Amazônica
causando grande perda na produtividade: Cassia tora (mata-pasto), Mimosa pudica (malícia) e Cássia
occidentalis (fedegoso). O bioensaio foi desenvolvido em câmara de germinação à temperatura
constante 25 0 C e fotoperíodo de 12 horas, sendo monitorado durante 15 dias. Os resultados
obtidos mostraram que alcalóides e poliaminas foram os mais eficientes na inibição da germinação
das sementes de plantas daninhas. As sementes de Mimosa pudica (malícia) foram mais sensíveis à
ação dos compostos do que as sementes de Cassia occidentalis (fedegoso), o que demonstrou certa
especificidade dos mesmos. Efeitos sinergísticos entre os compostos estudados também foram observados
mediante o aumento da porcentagem de inibição da germinação das sementes ao utilizar a
mistura dos compostos nos bioensaios. Assim, os compostos secundários estudados apresentaram
propriedades herbicidas que, após estudos, poderão ser utilizados como herbicidas naturais.
Sonia dos Santos 1* e
Maria Olímpia de Oliveira
Rezende 2
¹Centro Universitário
da Fundação Educacional
de Guaxupé
²Instituto de Química
de São Carlos - USP
*Autora para correspondência:
Av. Dona Floriana, 463
CEP: 37800-000. Guaxupé. MG
E-mail: sosant@email.fundeg.br
Palavras-chave: compostos secundários, herbicidas e plantas daninhas
Su m m a r y
In this paper we evaluated the herbicide potential of the some secondary compounds on the germination
of some common weed pests, which are actually becoming a real problem in pastures in
Brazil. The compounds studied were: alkaloids (atropine e cinchonidine), phenolic acids ( clorogenic,
cafeic, pherulic, p-anisic acids), carboxilics acids (oxalic, maleic, malonic, tartaric, malic, aspartic and
citric acids), flavonoids (genistein, naringenin, kaempferol, quercetin) and the poliamines (diaminobutane
and diaminopentane). These compounds were choosen because of their high occurrence in
allelopathic phenomenon reported in literature. Seeds of the weeds: Mimosa pudica, Cassia occidentalis,
and Cassia tora, known as “malícia”, “fedegoso” and “mata-pasto” were chosen because they are
a common problem in pastures. The bioassays were incubated at 25°C with 12 hours of photoperiod
and the germination process was monitored during 15 days. Alkaloids and poliamines were the
most efficient ones in the inhibition of the weed seeds germination. Seeds of Mimosa pudica was the
more affected by the compounds than seeds of Cassia occidentalis, which proves the specificity of the
secondary compounds studied. Sinergistic effect were too observed. So, the secondary compounds
studied presents herbicide properties, which after having been studied properly, can serve in the
future like natural herbicides.
Keywords: secondary compounds, herbicides and weeds
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In t r o d u ç ã o
A carne bovina é considerada um produto de grande importância
na dieta humana, tendo sua produção como prioritária
em quase todos os países.
O Brasil, em termos quantitativos, possui o quarto rebanho
do mundo. Apesar da grande potencialidade para produção
a baixo custo, a atividade pecuária em nosso país não tem
acompanhado o crescimento populacional.
Vários fatores têm limitado um maior desenvolvimento
da bovinocultura e dentre eles destacam-se: conhecimento
precário da ecologia e do valor nutritivo de forrageiras,
limitada tecnologia, falta de conhecimento das deficiências
do solo, má qualidade das pastagens, incluindo aí o aparecimento
de plantas daninhas as quais causam consideráveis
perdas refletindo na redução da produtividade e
qualidade do produto, afetando, desta forma, o mercado
consumidor (1).
Com o intuito de eliminar tais ervas daninhas, insetos
e outras pragas, os criadores utilizam vários agroquímicos
sintéticos.
Os agroquímicos, também conhecidos como pesticidas,
agrotóxicos e defensivos agrícolas, são compostos utilizados
para controlar ou erradicar, de maneira geralmente específica,
as doenças e pragas de plantas e animais e os vetores
transmissores de doenças no homem (2)
Muitos pesticidas são altamente tóxicos ao homem e a
outros animais, seja por exposição direta, seja por acumulação
no organismo através da ingestão de alimentos contaminados
(3-5).
Além de problemas ambientais e da toxicidez desses compostos
ao homem, muitos sistemas agrícolas têm apresentado
redução expressiva no poder de controle dos herbicidas
sintéticos (6).
O perigo para a saúde humana e para o ambiente proveniente
do uso dos herbicidas que atualmente estão disponíveis
no mercado, além do surgimento de novas plantas
resistentes, são problemas reais resultando um crescente
interesse em se encontrar alternativas que busquem o desenvolvimento
de novos compostos, os quais possam assegurar
aumento na produtividade agrícola com base na sustentabilidade
a longo prazo.
Neste sentido, a alelopatia pode ser de grande importância,
pois possibilita a identificação de compostos, os quais poderão
servir como base para a produção de herbicidas mais
específicos e menos prejudiciais ao ambiente quando comparados
àqueles em uso atualmente na agricultura.
Alelopatia pode ser definida como processo que envolve
metabólitos secundários produzidos por plantas, algas, bactérias
e fungos que influenciam o crescimento e desenvolvimento
de sistemas biológicos (7).
As substâncias alelopáticas liberadas por uma planta irão
afetar o crescimento, prejudicar o desenvolvimento normal e
até mesmo inibir a germinação de outras espécies (8).
Não se conhece com exatidão o papel dos produtos secundários.
No passado estes foram definidos como resíduos
do metabolismo celular os quais eram armazenados em
vacúolos evitando, assim, sua autotoxicidez. Atualmente,
acredita-se que os produtos secundários sejam biossintetizados
na célula vegetal com finalidades específicas obedecendo
estritamente seu código genético e que fatores ambientais só
modulem sua produção (9).
Compostos secundários e alelopatia
Entre os agentes alelopáticos, existem mais de 300 compostos
secundários com diferentes estruturas químicas pertencendo
a diversas classes. Vários compostos orgânicos conhecidos
já foram identificados como agentes alelopáticos.
Rice (10) classifica os compostos aleloquímicos em 14 categorias,
sendo elas: ácido cinâmico e seus derivados, cumarinas,
fenóis simples, derivados do ácido benzóico e ácido
gálico, flavonóides, taninos condensados e hidrolisados, terpenóides
e esteróides, ácidos orgânicos solúveis em água,
lactonas simples insaturadas, ácidos graxos de cadeia longa,
naftoquinonas, antraquinonas e quinonas, aminoácidos e poliptídeos,
alcalóides e cianoidrinas, glicosídeos, purinas e nucleosídeos.
Sabe-se que uma mesma planta é capaz de produzir diversos
aleloquímicos e que entre estes se desencadeiam diversas
interações.
Muitos compostos são volatilizados ou liberados pela
exudação das raízes, sendo lixiviados para o solo a partir de
plantas vivas ou mediante resíduos em decomposição. Alguns
compostos que chegam no ambiente atuam diretamente na
inibição de germinação ou crescimento das espécies receptoras
porém, outros apresentam propriedades alelopáticas
apenas após transformações químicas proporcionadas pelos
microrganismos presentes no solo, demonstrando com isso
que a atividade biológica pode ser potencializada por seus
produtos de degradação.
Ácidos fenólicos e flavonóides estão amplamente distribuídos
nos tecidos vegetais e freqüentemente são associados a
fenômenos alelopáticos. A maior parte dos estudos realizados
tem tido como objetivo estabelecer os mecanismos de
ação dessas duas classes de compostos.
Ácidos fenólicos são mencionados como responsáveis
pela redução de absorção de micro e macronutrientes em
diversas espécies. Ácido ferúlico pode atuar na inibição da
absorção de fosfato enquanto que ácido clorogênico pode
alterar o balanço de nutrientes nas plantas. Os flavonóides
naringenina, genisteína e camferol também interferem direta-
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mente na absorção de minerais essenciais ao desenvolvimento
da planta (8,10).
As poliaminas alteram a permeabilidade da membrana celular.
Tais alterações influenciam diretamente a taxa de hidratação
e liberação de enzimas, alterando, dessa forma o
processo germinativo das sementes (11,12).
A água é o fator iniciante da germinação e está envolvida
direta e indiretamente em todas as demais etapas do metabolismo
germinativo. Sua participação é decisiva nas reações
enzimáticas, solubilização e transporte de metabólitos,
como reagente na digestão hidrolítica de tecidos de reserva
das sementes. Muitos compostos tais como ácidos fenólicos,
alcalóides, flavonóides e poliaminas alteram a capacidade de
absorção de água das sementes bem como seu potencial osmótico
(8,11,13).
Compostos secundários como herbicidas
Estudos comparativos entre a ação de herbicidas sintéticos
e de substâncias químicas isoladas a partir de plantas
mostram haver alguma semelhança entre sítios e mecanismos
de ação.
Um exemplo de tal fato pôde ser observado entre: cineol
e o herbicida cinmetilin. Os compostos secundários 1,8 cineol
e seu análogo 1,4 cineol tem suas atividades fitotóxicas
estudadas desde a década de 60, sendo capazes de inibir o
crescimento de muitas plantas daninhas. O herbicida comercial
cinmetilin, um composto análogo ao cineol (2-benzil étersubstituído)
é intensamente utilizado no controle de plantas
daninhas monocotiledôneas. Ambos os compostos (tanto o
natural quanto o sintético) apresentam o mesmo mecanismo
de ação, causando inibição da síntese da enzima asparagina
(14). Entretanto, muitos outros sítios moleculares de ação e
ou mecanismo de ação, os quais vêm sendo observados em
certos compostos naturais, não foram observados nos herbicidas
disponíveis no mercado.
Tal constatação é de extrema importância uma vez que a
resistência de plantas daninhas a herbicidas ocorre quando se
utiliza um mesmo herbicida por muito tempo, ou herbicidas
diferentes, porém, com o mesmo mecanismo de ação. Dessa
forma se faz necessária a descoberta de compostos com
diferentes sítios de ação quando comparados aos herbicidas
tradicionais.
Em um de seus trabalhos, Rizvi et al (15) mencionam que
pesticidas obtidos a partir de plantas são facilmente degradados,
além de serem mais sistêmicos, isto é: a ação desse
herbicida se dá através da absorção pelas raízes da planta.
Duke et al (16) relatam que produtos fitotóxicos naturais
apresentam maiores massas molares e estruturas mais
complexas que compostos obtidos sinteticamente; observase
uma maior proporção de átomos de oxigênio e nitrogênio
e a ausência de átomos da família dos halogênios (flúor, cloro
etc.) os quais são bastante comuns nos compostos utilizados
tradicionalmente como agroquímicos na agricultura.
Assim, este trabalho tem por objetivo avaliar o potencial
herbicida de alguns compostos secundários freqüentemente
identificados em extratos vegetais e que têm sido apontados
como compostos alelopáticos na germinação de sementes de
três espécies de plantas daninhas encontradas em pastagens
as quais vem causando grandes perdas na produtividade.
Mate ria is e Mé t o d o s
Reagentes
Os solventes (hexano, diclorometano, acetato de etila e
metanol) foram de grau HPLC, obtidos da Mallinkrodt, e a
água utilizada foi desionizada pelo sistema Milli-Q (Millipore,
Bedford, MA, USA).
Utilizaram-se padrões de compostos secundários com
alto grau de pureza obtido das fontes: Acros Organics e Sigma
Aldrich Chemical Co. para a realização dos bioensaios.
Para evitar a proliferação de fungos nas placas de Petri
onde se efetuaram os bioensaios, utilizou-se Nistatina (micostatin)
– Bristol-Myers Squibb Brasil.
Como plantas receptoras (plantas daninhas) foram utilizadas
aquelas com maior freqüência de ocorrência em áreas
de pastagens da região Amazônica: Cassia tora (mata-pasto),
Mimosa pudica (malícia) e Cássia occidentalis (fedegoso).
Tais sementes das plantas daninhas foram coletadas em
áreas de pastagens nos municípios de Castanhal e Paragominas,
centros bem representativos da pecuária no Pará.
As sementes de malícia passaram por um processo de
“limpeza” utilizando H 2
SO 4
concentrado, posterior lavagem
com água e secagem antes de serem usadas nos bioensaios.
Bioensaios
Foram realizados bioensaios com soluções contendo cada
um dos compostos na concentração 5 mg L -1 e uma solução
mista contendo todos os compostos secundários estudados
na mesma concentração.
As soluções foram adicionadas apenas uma vez, no início
dos bioensaios, sendo adicionada, a partir de então, apenas a
solução 0,2% de micostatin (para evitar proliferação de fungos
nas placas) em água destilada.
Cada placa de Petri de 9,0 cm de diâmetro, forrada com
uma folha de papel de filtro, recebeu 5,0 mL das soluções
em solventes apropriados. Após a evaporação do solvente
adicionaram-se 2 mL de uma solução 0,2% de micostatin em
água destilada, recebendo, então, 25 sementes. Para efeitos
de comparação, foi realizado um tratamento testemunha
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(controle) no qual se utilizaram apenas 5 mL de solvente e
após evaporação do mesmo 2 mL da solução 0,2% de micostatin
em água destilada, seguindo a partir daí o mesmo procedimento
realizado nas placas onde se aplicaram as soluções
com os compostos.
O bioensaio foi desenvolvido em câmara de germinação
à temperatura constante de 25 0 C e fotoperíodo de 12 horas.
A germinação foi monitorada por um período de 15 dias com
contagem diária e eliminação das sementes germinadas. A
germinação foi analisada sob o aspecto percentual.
Os bioensaios foram realizados em triplicata e a porcentagem
de inibição da germinação das plantas daninhas foi calculada
utilizando-se a equação 1:
Inibição da Germinação (%)
100
80
60
40
20
0
• malícia
• mata pasto
• fedegoso
1 2 3 4 5
(1)
Figura 2. Inibição da germinação das sementes frente aos ácidos fenólicos.
1.ácido clorogênico, 2.ácido cafeico, 3.ácido ferúlico, 4.ácido p-anísico,
5.mistura
onde: I (%) - porcentagem de inibição
SG AMOSTRA
- sementes germinadas nas placas de Petri nas quais
sem aplicaram os extratos.
SG CONTROLE -
sementes germinadas nas placas de Petri onde não
foram aplicados os extratos (branco)
Re s u l t a d o s e Discussão
Potencial herbicida de compostos secundários sobre
a germinação das sementes de plantas daninhas
A Figura 1 apresenta os resultados obtidos ao utilizar
soluções dos alcalóides. Atropina foi mais eficaz na
Inibição da Germinação (%)
100
80
60
40
20
0
• malícia
• mata pasto
• fedegoso
1 2 3 4 5 6 7 8
Figura 3. Inibição da germinação das sementes frente aos ácidos carboxílicos.
1.ácido oxálico, 2.ácido maleico, 3.ácido malônico, 4.ácido tartárico, 5.ácido
málico, 6.ácido aspártico, 7.ácido cítrico, 8.mistura
Inibição da Germinação (%)
100
80
60
40
20
0
• malícia
• mata pasto
• fedegoso
1 2 3
Figura 1. Inibição da germinação das sementes frente aos alcalóides
1.cinconidina, 2.atropina, 3.mistura
inibição da germinação das sementes de plantas daninhas
quando comparada a cinconidina, as sementes de malícia
foram as mais sensíveis a ambos os compostos. Ao
realizarmos bioensaio utilizando uma solução na qual se
acrescentou os dois compostos, observa-se um ligeiro
aumento do efeito inibitório sobre as sementes de mata
pasto e fedegoso.
Ao utilizar ácidos fenólicos (Figura 2) também foi observada
maior sensibilidade das sementes de malícia, os valores de
inibição variaram de: 5,1% para as sementes de mata pasto a
53,4% para sementes de malícia ambas submetidas à solução
de ácido ferúlico.
As sementes de fedegoso não sofreram inibição quando
expostas aos ácido cafeico e p-anísico. Observa-se aumento
de inibição de germinação de todas as sementes ao utilizar a
mistura com todos os ácidos fenólicos.
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Inibição da Germinação (%)
100
80
60
40
20
0
• malícia
• mata pasto
• fedegoso
1 2 3 4 5 6
Figura 4. Inibição da germinação das sementes das plantas daninhas frente
aos flavonóides
1.genisteína, 2.rutina, 3.naringenina, 4.camferol, 5.quercetina, 6.mistura
Inibição da Germinação (%)
100
80
60
40
20
0
• malícia
• mata pasto
• fedegoso
1 2 3
Figura 5. Inibição da germinação das sementes das plantas daninhas frente
às poliaminas.
1.diaminobutano, 2.diaminopentano, 3.mistura
A Figura 3 apresenta os resultados obtidos ao utilizarmos
ácidos carboxílicos nos bioensaios.
Não foi constatada inibição de germinação ao utilizar ácido
oxálico, maleico, malônico e aspártico para nenhuma das
sementes utilizadas nos bioensaios. Os ácidos tartárico, málico
e cítrico, porém, se mostraram eficientes apenas para
as sementes de malícia sendo os valores de inibição menores
que 20%. Ao utilizarmos a mistura de ácidos carboxílicos
observou-se inibição da germinação de todas as espécies, os
valores obtidos foram: 26, 30 e 35% para as sementes de
malícia, mata pasto e fedegoso, respectivamente.
A Figura 4 apresenta os resultados obtidos ao utilizar
soluções dos flavonóides: Constatou-se que genisteína, na-
ringenina e quercetina foram eficazes na inibição da germinação
de todas as sementes, os valores de inibição variaram
de 10,6% ao utilizar naringenina em sementes de fedegoso a
42,6% quando se utilizou naringenina nas sementes de malícia.
Rutina e camferol não se mostraram ativas na inibição da
germinação das sementes de fedegoso. Para este caso também
foi observado aumento na porcentagem de inibição de
germinação ao utilizarmos a mistura dos flavonóides quando
comparado aos bioensaios utilizando soluções de apenas um
dos compostos.
A Figura 5 mostra os gráficos de barras obtidos ao utilizar
poliaminas nos bioensaios.
Diaminobutano e diaminopentano foram eficazes na inibição
de todas as sementes de plantas daninhas estudadas, os
valores de inibição variaram de 30% a 65%. Ao avaliarmos o
efeito da mistura de ambas as aminas, observamos aumento
na porcentagem de inibição, os valores encontrados foram:
55% para fedegoso e 70% para malícia e mata pasto.
A Figura 6 mostra uma comparação com relação à eficiência
na inibição da germinação das sementes de plantas
daninhas entre as diversas classes de compostos.
O gráfico foi feito com base na média das inibições observadas
para as três sementes (malícia, mata pasto e fedegoso)
ao utilizar a mistura para cada uma das classes de compostos
estudados.
Os alcalóides e as poliaminas se mostraram mais eficazes
na inibição da germinação das sementes das plantas daninhas
estudadas. Os ácidos carboxílicos foram os menos eficientes.
Co n c l u s õ e s
A maioria dos compostos estudada apresentou atividade
herbicida na germinação das sementes das plantas daninhas estudadas.
Os ácidos tartárico, málico e cítrico foram eficientes
apenas nos bioensaios com sementes da planta daninha malícia.
12%
17%
19%
12%
17%
26%
19%
26%
26% ● alcalóides ● ácidos fenólicos
● alcalóides ● ácidos fenólicos ● ácidos carboxílicos
● ácidos carboxílicos ● flavonóides ● poliaminas
● flavonóides ● poliaminas
Figura 6. Eficiência das diferentes classes de compostos na inibição da
germinação das sementes de plantas daninhas
26%
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Os demais ácidos carboxílicos não se mostraram bioativos para
nenhuma das espécies de sementes utilizadas nos ensaios.
Observou-se especificidade dos compostos com relação
às sementes. A semente de malícia foi a mais sensível e a de
fedegoso a menos sensível à ação dos compostos.
Os compostos da classe dos alcalóides e das poliaminas
foram os mais eficientes na inibição da germinação das sementes
de plantas daninhas enquanto que ácidos carboxílicos
foram os menos eficientes.
Constatou-se um aumento no grau de inibição das misturas
dos compostos quando comparados aos bioensaios
realizados com os mesmos em separado para todas as sementes
sugerindo a possibilidade de efeito sinergístico entre
os compostos.
O desenvolvimento de herbicidas mediante estudos
com compostos secundários tem um longo caminho a seguir.
Este estudo se estende desde a identificação (feita no
campo) de plantas as quais apresentem atividade alelopática,
até o desenvolvimento de metodologias analíticas eficientes
de extração, caracterização e identificação dos compostos
secundários responsáveis pela inibição. Além das etapas citadas
acima, é necessário, também, um intenso estudo determinando
o modo de ação dessas substâncias, seu comportamento
no ambiente bem como sua toxicidade para
animais e o homem.
É importante salientar que o fato de tais compostos terem
origem natural, não indica que sejam ambientalmente corretos.
Tanto a planta doadora como a receptora estão inseridas
em determinado ambiente, vivendo em equilíbrio. Sendo
assim, a liberação natural de compostos tóxicos por determinada
espécie pode não apresentar riscos àquele ambiente,
porém quando o objetivo é a utilização de tal composto em
larga escala é necessário um longo estudo a fim de determinar
o comportamento do mesmo no ambiente. Fenômenos
como degradação, translocação e adsorção devem ser minuciosamente
estudados. Além da toxicidade aguda (a curto
prazo) e crônica (a longo prazo) nos animais e no homem.
Alcalóides como berberina, quinina e codeína, por exemplo,
são potentes inibidores, porém a utilização de tais compostos
como herbicidas se encontra limitada devido à alta
toxicidade dos mesmos para animais.
Outro parâmetro a se avaliar é a seletividade dos compostos
uma vez que tal característica é extremamente desejável
em se tratando de herbicidas.
Ag r a d e c im e n t o s
Os autores agradecem à FAPESP e CAPES pelo suporte
financeiro e à EMBRAPA Amazônia Oriental pelas sementes
cedidas.
Referências
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