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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-1213-1342
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2027-04-25
Title: Produção de ácido giberélico em diferentes condições de fermentação e avaliação da aplicação agronômica do sobrenadante de cultivo
Alternate title (s): Production of gibberellic acid under different fermentation conditions and evaluation of the agronomic application of the culture supernatant
Author: Porto, Fabrício Gomes Menezes
First Advisor: Resende, Miriam Maria
First coorientator: Ribeiro, Eloizio Julio
First member of the Committee: Finzer, José Roberto Delalibera
Second member of the Committee: Cardoso, Vicelma Luiz
Third member of the Committee: Gonçalves, Iara Rossi
Fourth member of the Committee: Damaso, Mônica Caramez Triches
Summary: O ácido giberélico (GA3) é um hormônio vegetal do grupo das giberelinas, que possui a função de melhorar diversos fatores de crescimento e desenvolvimento das plantas, tais como: germinação de sementes, floração, vigor, crescimento de raízes, elongação do caule e consequentemente a absorção de nutrientes. Esse ácido pode ser produzido por diferentes métodos, contudo, os mais estudados são por fermentação em estado sólido e fermentação submersa. Diante da relevância e da oportunidade de aplicação biotecnológica na agricultura, este trabalho tem por objetivo avaliar diferentes cepas de Fusarium fujikuroi e Aspergillus niger como potenciais produtores de GA3, bem como definir as condições ideais de fermentação e o uso de aditivos no meio de cultivo. Os ensaios preliminares para seleção das cepas com maior potencial de produção do ácido apontaram para os microrganismos Insumicro 175 e LGB-034-2015, onde alcançaram um rendimento de 8,11 mg ácido giberélico/g substrato e 6,57 mg ácido giberélico/g substrato, respectivamente. Para avaliar as condições de fermentação, realizou-se um planejamento fatorial 23 com as variáveis: fungo, temperatura e pH inicial. Os resultados apontaram que, independente do fungo, as melhores condições de fermentação são com temperatura de 28ºC e pH 5,0. Os fungos LGB-034-2015 e Insumicro 175 alcançaram bons rendimentos de produção, sendo o máximo de 13,66 mg ácido giberélico/g substrato e 9,18 mg ácido giberélico/g substrato, sendo a cepa do gênero Aspergillus superior. Avaliando o efeito da adição de glicerol ou extrato de levedura em concentrações previamente determinadas, houve redução do rendimento de produção para os 2 microrganismos, contudo, observou-se aumento na velocidade de consumo de substrato. Posteriormente, realizou-se um delineamento do composto central para encontrar a melhor composição de substrato para uma máxima produção de GA3. Dessa forma, foi determinado que para uma condição ótima a composição do substrato deverá conter 26,4 g/L de glicose, 8,7 g/L de extrato de levedura e 2,1 g/L de glicerol para Fusarium fujikuroi, e para o Aspergillus niger, o valor de glicerol deverá ser elevado para 4 g/L. Nessa composição, a concentração de ácido giberélico é de 580 ppm. Para verificação do 8 potencial do sobrenadante em relação a germinação de sementes de soja, constatou-se aumento no número de plântulas normais de soja na ordem de 30% e redução no número de plantas anormais em torno de 40% com a dose de 100 mL/100 kg de sementes. Para a avaliação na promoção de crescimento das plantas de soja, o sobrenadante apresentou melhora em todos os parâmetros observados, sendo eles: massa verde da parte aérea (15%) e de raízes (31%), massa seca da parte aérea (56%) e de raízes (56%) e volume de raízes (18%), indicando também uma dose ótima próxima a 100 mL/100 kg de sementes. Em relação ao efeito agronômico observado na cultura do feijão, o sobrenadante na dose de 2000 mL/ha promoveu aumento de 5 sacos/ha e diferiu significativamente do tratamento controle. Além disso, o sobrenadante possui capacidade de reduzir o efeito de estresse da planta, contudo, não por mecanismos enzimáticos. Portanto, trabalhos futuros deverão ser desenvolvidos para compreender o mecanismo de ação do sobrenadante, bem como aplicações em outras culturas econômicas do Brasil. Palavras-chave: fermentação submersa, Fusarium fujikuroi, Aspergillus niger, germinação de sementes de soja, promoção de crescimento de soja e feijão.
Abstract: Gibberellic acid (GA3) is a plant hormone belonging to the gibberellin group, which functions to enhance various growth and development factors in plants, such as seed germination, flowering, vigor, root growth, stem elongation, and consequently nutrient absorption. This acid can be produced by different methods; however, the most studied are solid-state fermentation and submerged fermentation. Given the relevance and biotechnological application opportunities in agriculture, this study aims to evaluate different strains of Fusarium fujikuroi and Aspergillus niger as potential GA3 producers, as well as to define the optimal fermentation conditions and the use of additives in the culture medium. Preliminary assays for selecting the strains with the highest acid production potential indicated the microorganisms Insumicro 175 and LGB-034-2015, which achieved yields of 8.11 mg gibberellic acid/g substrate and 6.57 mg gibberellic acid/g substrate, respectively. To evaluate the fermentation conditions, a 2³ factorial design was performed with the variables: fungus, temperature, and initial pH. The results showed that, regardless of the fungus, the best fermentation conditions were at a temperature of 28ºC and pH 5.0. The fungi LGB-034-2015 and Insumicro 175 achieved good production yields, with a maximum of 13.66 mg gibberellic acid/g substrate and 9.18 mg gibberellic acid/g substrate, with the Aspergillus genus strain being superior. Evaluating the effect of adding glycerol or yeast extract at previously determined concentrations, there was a reduction in production yield for both microorganisms; however, an increase in substrate consumption speed was observed. Subsequently, a central composite design was carried out to find the best substrate composition for maximum GA3 production. Thus, it was determined that for optimal conditions, the substrate composition should contain 26.4 g/L glucose, 8.7 g/L yeast extract, and 2.1 g/L glycerol for Fusarium fujikuroi, and for Aspergillus niger, the glycerol value should be increased to 4 g/L. In this composition, the gibberellic acid concentration is 580 ppm. To verify the supernatant's potential in relation to soybean seed germination, an increase in the number of normal soybean seedlings was observed by about 30% and a reduction in the number of abnormal plants by around 40% with a dose of 100 mL/100 kg of seeds. For evaluating the growth promotion of soybean plants, the supernatant showed improvements in all observed parameters, namely: aerial green mass (15%) and roots (31%), aerial dry mass (56%) and roots (56%), and root volume (18%), also indicating an 10 optimal dose close to 100 mL/100 kg of seeds. Regarding the agronomic effect observed in the bean crop, the supernatant at a dose of 2000 mL/ha promoted an increase of 5 sc/ha and significantly differed from the control treatment. Additionally, the supernatant has the capacity to reduce plant stress effects; however, not through enzymatic mechanisms. Therefore, future studies should be developed to understand the supernatant's mode of action, as well as applications in other economically important crops in Brazil.
Keywords: Fermentação submersa
Submerged fermentation
Aspergillus niger
Aspergillus niger
Promoção de crescimento de soja e feijão
Growth promotion of soybeans and beans
Fusarium fujikuroi
Fusarium fujikuroi
Germinação de sementes de soja
Soybean seeds germination
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS BIOQUIMICOS
Subject: Engenharia química
Ácido giberélico
Soja - Produtos
Soja - Fermentação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: PORTO, Fabrício Gomes Menezes. Produção de ácido giberélico em diferentes condições de fermentação e avaliação da aplicação agronômica do sobrenadante de cultivo. 2024. 90 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.5076
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.5076
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/45333
Date of defense: 26-Jul-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 2. Fome zero e agricultura sustentável - Acabar com a fome, alcançar a segurança alimentar e melhoria da nutrição e promover a agricultura sustentável.
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