Chitosan gel properties by dry temperature and influence in the sweet orange physiology as foliar spray

Abstract

A produção dos citrus é uma atividade econômica de importância significativa em mais de 140 países ao redor do mundo, abrangendo uma vasta gama de produtos. Contudo essa prática é ameaçada por doenças tais como o cancro, o “Greening” e as pintas pretas, que reduzem a produção e causam perdas econômicas significativas. O tratamento usual para essas doenças é baseado na aplicação de cobre metálico, inseticidas sintéticos e fungicidas. A aplicação contínua desses materiais pode ser danosa para o meio ambiente. Alternativas naturais vêm sendo desenvolvidas para substituir a aplicação desses compostos. Apesar de serem efetivas, sua aplicação pode ser desafiadora em função de sua volatilidade e biodegradabilidade. O encapsulamento desses compostos com polímeros tais como gelatinas, gomas naturais e quitosana tem sido estudado como um meio de controlar a liberação e prevenir a degradação prematura, e a quitosana é particularmente notável nesse aspecto em função de sua versatilidade. Apesar de ser extensamente estudada, parâmetros tais como a temperatura de secagem e a interação do gel de quitosana com plantas não foram explorados. Esse estudo descreve o impacto causado pela temperatura nos parâmetros físico-químicos dos filmes de quitosana e a interação do gel com os parâmetros fisiológicos das folhas de citrus. Os filmes de quitosana foram preparados de 6 °C a 50 °C (simulando temperaturas ambientais) e tiveram seus parâmetros comparados. Já a aplicação de gel ocorreu em 3 diferentes dosagens simulando condições encontradas na aplicação em campo, como parâmetros de comparação foram analisados a troca gasosa e as respostas bioquímicas. Observou-se que a temperatura de secagem influenciou significativamente a tensão e elongação na ruptura, o incremento na temperatura de secagem ocasionou uma redução em ambos os parâmetros, nos demais parâmetros (solubilidade, umidade e espessura) a temperatura de secagem não ocasionou variações significativas. O gel aplicado nas plantas de citrus não teve impacto na assimilação de CO2 e nos demais parâmetros de trocas gasosas em todas as 3 aplicações, os parâmetros da aplicação e do controle não apresentaram variações estatísticas significativas, indicando que o gel não apresentou nenhuma influencia negativa para a troca gasosa. Foi observado também que a aplicação do gel foi responsável por lesões nas folhas, em menores concentrações (C1 e C2), a média de folhas sem danos foi de aproximadamente 97%. Já para a aplicação com excesso de gel C3, ocorreram danos mais severos, apenas 73% das folhas não apresentaram danos enquanto 25% das folhas tiveram danos de até 25% da área foliar, danos superiores a 25% da área também foram observados. Apesar desses danos, a aplicação moderada do gel mostrou impactos mínimos no desenvolvimento da folha. Já os resultados de estresse (SOD, CAT, APX) sugerem que a aplicação do gel causou certo estresse nas folhas, evidenciado pela elevação dos níveis de catalase, o mesmo resultado foi percebido com as plantas que receberam o solvente. Após 21 dias da aplicação, os níveis de catalase retornaram aos valores ambientais. Os demais parâmetros permaneceram inalterados. Ainda foi observado que o gel de quitosana tem efeito contra a bactéria causadora do cancro in vitro, sugerindo que a utilização da quitosana como carreador de compostos bactericidas pode ter uma importante função de coadjuvante no controle do cancro.

Citriculture is an important economic activity in more than 140 countries worldwide, with a wide variety of products. However, it is threatened by various diseases such as canker, greening, and black spot, which reduce production and cause significant economic losses. The usual treatment for those diseases is based on the application of metallic copper, synthetic insecticides, and fungicides. However, continued application can be harmful to the environment. Natural alternatives have been developed to replace those chemicals. Although they can be effective, their application is challenging due to their volatility and biodegradability. Encapsulation with biopolymers such as gelatin, natural gums, chitosan, and neat has been studied as a means to control release and prevent premature degradation and chitosan is particularly noteworthy due to its versatility. Despite being extensively studied, parameters such as drying temperature and interaction of the chitosan gel with plants have not been explored. This study describes the impact of drying temperatures on the physical-chemical parameters of chitosan films and the interaction between chitosan gel and the physiological parameters of citrus leaves. The chitosan films were prepared from 6 °C to 50 °C (simulating the environmental temperatures) and had their parameters compared. The gel application was made in 3 dosages simulating possible situations encountered in the fields, as evaluation parameters were measured gas exchange and biochemical responses. The drying temperature was significant for tensile strength and elongation at rupture, and the increase in temperature caused a reduction in tensile strength and in the elongation, for the other parameters like solubility, humidity, and thickness, temperature caused no significant variation. The chitosan gel applied to the citrus plants had no significant impact on the CO2 assimilation rate, in all three applications and its controls had no significant statistical differences, indicating that the chitosan had no negative influence on gas exchange. The application of chitosan gel was responsible for causing lesions (leaf burns) on orange leaves, at lower gel concentrations (C1 and C2) the average number of leaves without any considerable damage was 97%. An excess of gel 3.2% (C3) showed more severity, only 73% of the leaves had no considerable damage, 21% showed less than or equal damage to 25% foliar area, in this application, damage greater than half of the leaf occurred. Even with those damages, the average application showed minimal impact on the leaf development. The results found in the stress parameters (SOD, CAT, APX) suggest that the application of chitosan gel causes stress on the leaves, signaled by a punctual increase in catalase, and the same result was observed in plants treated with solvent only. After 21 days of application, catalase activity in the leaves returned to normal levels. The other stress parameters (SOD and APX) remained unchanged compared to the usual levels typically found in plants without application. The bacterial activity of the gel was evaluated against X. citri, and at a concentration of 0.8%, the chitosan gel proved effective against the canker bacteria in vitro, suggesting that, in addition to serving as a carrier for bactericidal compounds, the gel could also function as an important adjuvant in the control of citrus canker.