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

dc.contributor.advisorSoares, Filippe Elias de Freitas
dc.contributor.refereeFerreira, Cecilia Baldoino
dc.contributor.refereeFerreira, Juliana Marques
dc.contributor.refereeNascimento, Vitor de Laia
dc.creatorLanga, Yanick Leontino
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9958918817617087
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0009-0009-1091-7748
dc.date.accessioned2026-08-31T12:58:48Z
dc.date.issued2026-07-28
dc.description.abstractThe 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.
dc.description.acaoclimatica1. Agricultura de baixa emissão de carbono
dc.description.acaoclimatica2. Uso sustentável da água e do solo
dc.description.acaoclimatica3. Produção orgânica e sustentável
dc.description.acaoclimatica6. Eficiência energética ou inovação ambiental
dc.description.acaoclimatica7. Manejo de resíduos ou recuperação de áreas degradadas
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.areastematicasdaextensaoSaúde
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.concentrationBiotecnologia Vegetal
dc.description.notesArquivo retido a pedido da autoria, até agosto de 2027.
dc.description.odsODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
dc.description.odsODS 3: Saúde e bem-estar
dc.description.odsODS 6: Água potável e saneamento
dc.description.odsODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico
dc.description.odsODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
dc.description.odsODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
dc.description.odsODS 12: Consumo e produção responsáveis
dc.description.odsODS 15: Vida terrestre
dc.description.resumoA 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.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG)
dc.description.tipodeimpactoSociais
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoEconômicos
dc.identifier.citationLANGA, 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.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/61126
dc.language.isoen_US
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeInstituto de Ciências Naturais (ICN)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia Vegetal
dc.rightsAttribution 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
dc.subjectHormese
dc.subjectEliciadores
dc.subjectProteases
dc.subjectFitotoxicidade
dc.subjectAgricultura sustentável
dc.subjectBioinsumos
dc.subjectBiopolímeros
dc.subjectHormesis
dc.subjectElicitors
dc.subjectPhytotoxicity
dc.subject.cnpqBiotecnologia
dc.titleAction of papain and chitosan on phytotoxicity and antioxidant system of Phaseolus vulgaris L.
dc.title.alternativeAção da papaína e da quitosana na fitotoxicidade e no sistema antioxidante de Phaseolus vulgaris L.
dc.typedissertação

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