Desenvolvimento de nanoformulações contendo óleos essenciais para uso em agricultura para controle de Pratylenchus brachyurus

Os nematoides parasitas de plantas (NPPs) representam um grande desafio para as culturas agrícolas, causando perdas anuais de US$215 bilhões, o que representa 12,6% das perdas de colheitas. Os nematicidas químicos têm sido uma estratégia comum de controle dentro do manejo integrado, mas, métodos mais sustentáveis têm sido buscados, incluindo óleos essenciais (OEs) de plantas. Apesar do potencial, os OEs possuem limitações, como alta volatilidade, baixa solubilidade aquosa e degradação por fatores ambientais. Uma forma de mitigar essas limitações é a associação desses OEs com nanotecnologia. Sob essa perspectiva, este projeto visou o desenvolvimento de nanoformulações de caseína-pectina para o encapsulamento de duas misturas de óleos essenciais: tomilho-branco (Thymus vulgaris) e manjerona (Origanum majorana); capim-limão (Cymbopogon flexuosus) e orégano (Origanum vulgare), com o objetivo de controlar nematoides de importância agronômica. Foram realizadas análises de caracterização físico-química, estabilidade, eficiência de encapsulação, citotoxicidade, fitotoxicidade e efetividade do controle de nematoides. As nanopartículas preparadas apresentaram diâmetro hidrodinâmico médio variando de 422 a 650 nm, índice de polidispersão de 0,3 a 0,4, potencial zeta de -32 a -29 mV e com eficiência de encapsulação acima de 90%. Estudos de citotoxicidade com fibroblastos (3T3), mostraram uma diminuição da viabilidade celular, de forma concentração-dependente para os óleos essenciais. Nos testes de fitotoxicidade, a nanoformulação contendo a mistura de OEs de capim-limão e orégano demonstrou não ter efeitos fitotóxicos nas concentrações testadas em soja (Glycine max L.). A nanoformulação contendo a mistura de OEs de capim-limão e orégano também demonstrou atividade nematicida significativa, reduzindo 50,7% da população de nematoides Caenorhabiditis elegans nos em ensaios de sobrevivência. Além disso, apresentou redução significativa da motilidade em 63,83 ± 29,6%, aumento no estresse oxidativo de 223,7 ± 16,7%, além de demonstrar diminuição significativa no tamanho da ninhada com 120,5 ± 22,1 nº de juvenis em relação ao controle de 160,8 ± 12,8 nº de juvenis. Nos ensaios com Pratylenchus brachyurus a nanoformulação contendo a mistura de OEs de capim-limão e orégano demonstrou toxicidade para o nematoide, diminuindo significativamente sua população final para 4594,9 indivíduos em relação a testemunha que apresentou 9834,5 indivíduos. No Ensaio 2, a nanoformulação aumentou significativamente a produção média de vagens para 13,5 ± 2,17, enquanto testemunha foram observados 8,2 ± 4,7 vagens. Além disso, houve um aumento significativo na média da massa de grãos, obtendo-se 1,65 ± 0,6 g, em comparação com a testemunha, que apresentou 0,9 ± 0,6 g. Deste modo, as nanopartículas demonstraram efetividade no organismo alvo, o que demonstra o potencial dos óleos essenciais, possibilitando estudos futuros com o aumento das concentrações dos óleos essenciais para uma efetividade maior no Pratylenchus brachyurus.

Resumo (inglês)

Plant parasitic nematodes (PPNs) pose a significant challenge to agricultural crops, causing annual losses of $215 billion (12.3% of total crop losses). Chemical nematicides have been a common control strategy within integrated management, however, more sustainable methods have been sought, including essential oils (EOs) derived from plants. Despite their potential, EOs have limitations such as high volatility, low solubility, and degradation by environmental factors. An approach to mitigate the limitations is to combine essential oils and nanotechnology. From this perspective, this study aimed to develop casein-pectin-based nanoformulations loaded with two essential oils mixtures, white thyme (Thymus vulgaris) and marjoram (Origanum marjorana); lemongrass (Cymbopogon flexuosus) and oregano (Origanum vulgare), with the goal of controlling nematodes of agronomic importance. Physicochemical characterization, stability, encapsulation efficiency, cytotoxicity and effectiveness in nematode control analysis were performed. The prepared nanoparticles presented an average hydrodynamic diameter of 415 to 650 nm, a polydispersity index of 0.3 to 0.4, a zeta potential of -32 to -29 mV, and encapsulation efficiency above 90%. Cytotoxicity studies using fibroblasts (3T3) revealed a concentration-dependent decrease in cell viability due to the essential oils. In phytotoxicity tests, the nanoformulation containing the EO mixture of lemongrass and oregano didn’t show phytotoxic effects at the concentrations tested in soybean (Glycine max L.). These same nanoformulations also exhibited significant nematicidal activity, reducing the Caernohabditis elegans population by 50.7% in survival assays. Additionally, it significantly reduced motility by 63.83 ± 29.6%, induced oxidative stress by 223.7 ± 16.7%, and led to a significant reduction in brood size, with 120.5 ± 22.1 juveniles compared to the control group with 160.8 ± 12.8 juveniles. In trials with Pratylenchus brachyurus, the nanoformulation containing the EO mixture of lemongrass and oregano showed toxicity to the nematode in Trial 2, significantly reducing its final population to 4,594.9 individuals compared to the control, which had 9,834.5 individuals. In Trial 2, the nanoformulations significantly increased average pod production to 13.5 ± 2.17, while the control showed 8.2 ± 4.7 pods. Furthermore, there was a significant increase in average grain mass, reaching 1.65 ± 0.6 g compared to the control, which had 0.9 ± 0.6 g. Thus, the nanoparticles proved to be effective against target organisms, demonstrating the potential of essential oils and enabling future studies with higher essential oils concentration for greater effectiveness against Pratylenchus brachyurus.

Palavras-chave

Agricultura, Essências e óleos essenciais, Nanotecnologia, Pragas agrícolas - Controle, Agriculture, Essences and essential oils, Nanotechnology, Agricultural pests - Control

Idioma

Português

Citação

SILVA, Giovanna Moura. Desenvolvimento de nanoformulações contendo óleos essenciais para uso em agricultura para controle de Pratylenchus brachyurus. 2025. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais) - Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2025.