dissertação

Action of papain and chitosan on phytotoxicity and antioxidant system of Phaseolus vulgaris L.

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ODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 15: Vida terrestre

Dados abertos

Resumo

A transição para a agricultura sustentável impulsiona o uso de bioinsumos derivados de metabólitos secundários e biopolímeros como alternativas aos agroquímicos sintéticos. Contudo, a aplicação dessas moléculas exige a compreensão dos limites entre a bioestimulação e a fitotoxicidade, bem como dos custos energéticos associados à ativação das defesas vegetais. Este trabalho avaliou as respostas morfoagronômicas e o perfil bioquímico antioxidante de Phaseolus vulgaris L. submetido a tratamentos com papaína e quitosana. Inicialmente, realizou-se uma revisão crítica sobre os limiares de eustresse e distresse na fisiologia vegetal sob o uso de eliciadores. Em seguida, investigaram-se os efeitos não-alvo de doses crescentes de papaína (0 a 16%) aplicadas via solo e via foliar. Os resultados revelaram um paradoxo dependente da via de entrega: a aspersão foliar desencadeou estresse oxidativo agudo com aumento dose-dependente de malondialdeído (MDA), ativando severamente a guaiacol peroxidase (GuPOX) e compostos fenólicos, enquanto a via solo manteve a homeostase devido ao tamponamento rizosférico. A modelagem por Composite Z-Score indicou a dose foliar de 2% como a mais operacional. Por fim, avaliou-se a aspersão rizosférica de papaína (4%), quitosana (2%) e sua combinação (P+Q). A papaína isolada atuou como estressor fitotóxico, e a quitosana restringiu a emissão de vagens por trade-offs energéticos. Todavia, a co-aplicação (P+Q) gerou um efeito hormético sinérgico, no qual a quitosana mitigou a toxicidade da protease e restabeleceu o desempenho agronômico. Conclui-se que o sucesso biotecnológico desses bioinsumos depende estritamente do ajuste fino das doses, das combinações moleculares e das vias de entrega utilizadas.

Abstract

The transition toward sustainable agriculture has driven the adoption of bio-inputs derived from secondary metabolites and biopolymers as alternatives to synthetic agrochemicals. However, the application of these molecules requires a thorough understanding of the boundaries between biostimulation and phytotoxicity, as well as the energetic costs associated with the activation of plant defense mechanisms. This study evaluated the morpho-agronomic responses and antioxidant biochemical profile of Phaseolus vulgaris L. subjected to papain and chitosan treatments. Initially, a critical review was conducted on the thresholds between eustress and distress in plant physiology under the use of elicitors. Subsequently, the non-target effects of increasing papain concentrations (0 to 16%) applied via soil drench and foliar spray were investigated. The results revealed a delivery route-dependent paradox: foliar application induced acute oxidative stress, with a dose-dependent increase in malondialdehyde (MDA), accompanied by marked activation of guaiacol peroxidase (GuPOX) and phenolic compounds, whereas soil application maintained plant homeostasis due to rhizosphere buffering. Composite Z-Score modeling identified the 2% foliar treatment as the optimal operational dose. Finally, rhizosphere applications of papain (4%), chitosan (2%), and their combination (P+Q) were evaluated. Papain applied alone acted as a phytotoxic stressor, whereas chitosan reduced pod production due to energetic trade-offs. However, the combined application (P+Q) produced a synergistic hormetic effect, in which chitosan mitigated papain-induced toxicity and restored agronomic performance. These findings demonstrate that the biotechnological success of these bio-inputs depends on the precise optimization of dose, molecular combinations, and delivery route.

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Biotecnologia Vegetal

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LANGA, Yanick Leontino. Action of papain and chitosan on phytotoxicity and antioxidant system of Phaseolus vulgaris L. 2026. 88 p. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia Vegetal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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