Analogi de strigolactone pentru

protecţia plantelor cultivate în sisteme

de agricultură conservative

Florin Oancea,1 Florentina Georgescu,2 Emilian Georgescu,3 Sanda Velea,2 Tatiana-Eugenia

Şesan,1,4 Lucian Vladulescu,2 Iulia Răut,1,4, Marius-Constantin Vladulescu,2 Georgeta Istrate2

1-Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Chimie şi Petrochimie –ICECHIM, Bucureşti2 - Departamentul de Cercetare, SC Teso Spec Srl, Fundulea

3-Centrul de Cercetare Oltchim, Râmnicu-Vâlcea4- Universitatea Bucureşti, Facultatea de Biologie, Bucureşti

Strigolactone Compuşi de semnalare produşi de plante (hormoni), care au rol şi de

exo-semnale implicate în mecanismele de tip „strigăt de ajutor”.

Prezintă o structură cu patru cicluri comune (A, B, C și D), ciclurile A şi

B cu diferiţi substituenţi, ciclurile C şi D fiind heterocicluri lactonice

conectate printr-o legătură de enol eter. Două familii sterochimice

BCD: (+)-strigol (Ia) şi (-)-orobanchol (Ib).

OO

OOH

O O1

2

3

3a

456

7

8 8a

6'

2'

3'4'

5'

1'4a

A BC

D

OO

OHO

O

O

12

3

3a

45

6

7

8 8a

6'

2'

3'4'

5'

1'4a

A BC

D

Ia Ib

Recrutare de

viespi parazitoide

care-şi depun ponta

în larve

4

3Sinteza şi eliberare

de atractanţi volatili

1 Compoziţie

salivă

1

Rănire

2Căi metabolice

„Strigăt de ajutor” filosferă

Copyright 2010 Pearson Education

„Strigăt de ajutor” rizosferă - strigolactone

Particule sol

Perişori rădăcină

Microorganisme

Aer

Deficit nutrienţi

- strigolactone

Rhizobium

Bacteroizi

Bacteroizi

Noduli

Epidermă Cortex

Hife

fungice

Perişori

Endodermă

Vezicule

Zona

Caspariană

Arbuscule

Simbioze

fixatori azot

Simbioze

micorizale

Funcţii biologice diverse

Strigolactone

Răspuns de apărare

Arhitectură plante

Stimulare simbioze

Stimularea germinării

Utilizarea strigolactonelor în

sistemele de agricultură

conservative

Definiţia agriculturii conservative

“Conservative Agriculture

is a concept for resource-

saving agricultural crop

production that strives to

achieve acceptable profits

together with high and

sustained production levels

while concurrently

conserving the

environment” (FAO 2007).

Agricultura

Conservativă

Reducere

lucrăriRotaţia

culturilorMenţinere

resturi

vegetale

Boli produse de patogeni din sol

Infestare cu buruieni (inclusiv cu cele parazite)

Disponibilitate nutrienţi (în special azot)

Structură soluri grele

Temperatură sol (climat temperat)

Stocare apă

Eficienţă utilizare apă

Structură soluri uşoare

Materie organică

Stocare nutrienţi

Diversitate biologică

Efecte

negative

Avantaje

principale

Sisteme CA

Analogi de strigolactone

O

O O

O

O

MeMe

OO

O

MeBr

O

O

Me

S

Cl

Me

O

O O

O

O

Me

O

O

O

O

Me

N

Me

O

O O

O

O

Me

OO

Me

N

O

OEt

O

CN

3-(4-Methyl-5-oxo-2,5-dihydro-furan-2-yl-oxymethylene)-3a,3a,4,8b-tetrahydro-indeno[1,2-b]furan-2-one (GR24)

5-(4-Chlorophenyl)thio-3,4-dimethyl-5H-furan-2-one (4 CSB)

3-Methyl-5-(2-oxo-dihydrofuran-3-yliden-methoxy)-5H-furan-2-one (GR5)

4-Methyl-2-(4-methyl-5-oxo-2,5-dihydro-furan-2-yloxymethylene)-1,3a,4,8b-tetrahydro-2H-cyclopenta[b]indol-3-one (EGO 10)

3-(3,4-Dimethyl-5-oxo-2,5-dihydro-furan-2-yl-oxymethylene)-3a,3a,4,8b-tetrahydro-indeno[1,2-b]furan-2-one (Me-GR24)

Ethyl 2-(1-(but-3-enyl)-3-cyano-2H-isoindol-2-yl)-3-(4-methyl-5-oxo-2,5-dihydrofuran-2-yloxy)acrylate (CISA-1)

5-(4-Bromo-phenoxy)-3-methyl-5H-furan-2-one (4 BD)

Sinteză chimică în flux

Sinteza analogilor de strigolactone se

poate realiza într-un sistem de chimie în

sistem microfluidic. Două grupuri de

analogi biomimetici ai strigolactonelor,

diferite structural, sunt luate în

considerare, ambele grupuri având în

comun prezenţa în moleculă a unui ciclu

butenolidic cu o dublă legătură şi un

acceptor Michel, elemente structurale

esenţiale, conform datelor obţinute în

studierea relaţiilor structură-activitate

biologică, pentru activitatea de biologică

de exo- şi endo-semnale.

Sinteză chimică în flux

Intrare fază

apoasă

Ieşire fază

organică

Ieşire fază

apoasă

1) Flux nemiscibil

adus la joncţiunea T

2) Curgere interfazică

pe o conductă 0,25 mm

3) Moleculele de dizolvă

În solventul preferat

Intrare fază

organică

FLLEX

SEPARATOR

Sinteză analogi strigolactone -1

baseBrCH

2

OS

R3 OO O CH

2

O

S

R1R2

R3

OO OH

R1R2

1a-dR1 = H, Me R2 = H, Me

+

2a-cR3 = H, alkyl

3a-hR1 = H, Me; R2 = H, Me; R3 = H, alkyl

Primul grup de analogi de strigolactone 3 a fost sintetizat pornind de la

derivați 5-hidroxi-5H-furan-2-one 1 şi derivaţi de - bromo - 2-acetil-tiofen 2

Sinteză analogi strigolactone -2

Sinteza celui de-al doilea grup de analogi de

strigolactone 7 a pornit de la derivaţi de 5-bromo-

5H-furan-2-one 4, 3-cloro-propen-1-ol 5 şi derivaţi de

4-hidroxi-chinazolină 6, într-un procedeu într-o

singură etapă, cu trei componente.

N

N

OHR3

B-

CH

CH

CH

2

BrOH

OOO

R1R2

N

N

OR3

CH

CH

CH

2

OO Br

R1R2

4a-dR1 = H, Me, R2 = H, Me

+ +

6a-cR3 = H, Cl, OMe

7a-eR1 = H, Me, R2 = H, Me,R3 = H, Cl, Br, OMe

5

Biotestare analogi strigolactone –

tipar dezvoltare fungi fitopatogeni

Influenţa asupra tiparului de

dezvoltare a fungilor fitopatogeni.

Se folosesc tulpini de

Macrophomina phaseolina,

Sclerotinia sclerotiorum şi Botrytis

cinerea, la care se determină

numărul ramificărilor hifale de

ordin secundar (2º), terţiar (3º),

cuaternar (4º) şi cvintenar (5º), ca

şi numărul total de ramificări.

Biotestare analogi strigolactone –

tipar dezvoltare fungi micorize

Ramificări hifale de Gigaspora

rosea (DAOM 194757) induse de

analogi de strigolactone testaţi.

(A) martor (70% etanol în apă)

(B) Compus natural de referinţă (+)-

Orobanchol (1 pg per disc

(C) Analog sintetic de referinţă GR-

24 (10 pg per disc)

(D)Compus 3b (10 pg per disc)

(E) Compus 7a (10 pg per disc)

(F) Compus 7b (10 pg per disc).

Săgeţile indică direcţia de creştere

a hifelor primare. Scara de măsură,

1mm.

Condiţionare analogi

Cei mai activi analogi sunt

înglobaţi în microcapsule,

preparate prin uscarea prin

pulverizare a soluţiei de analogi

de strigolactone în suspensie

aposă de tribloc co-polimer,

format dintr-un bloc central

hidrofob de polipropilenglicol,

flancat de două blocuri hidrofile

de polietilenglicol (Poloxamer)

Tranzitie

sol-gel

Formulare finală

Microcapsulele sunt

condiţionate ca granule

gonflabile în apă, prin

aglomerare în pat fluidizat, pe

suport de co-polimer

hidrogelifiant amidon-poliacrilat.

Formularea rezultată va fi

aplicată ca tratament al

resturilor vegetale, într-un

sistem conservativ care include

o rotaţie a culturilor de grâu,

porumb şi soia.

Suport financiar pentru

realizarea lucrării

Această lucrare a fost realizată prin

programul Parteneriate in domenii

prioritare — PN II,

derulat cu sprijinul MEN – UEFISCDI,

proiect nr. 159/2014, Managementul

complex al resturilor vegetale în

sistemele de agricultura conservativă –

CERES

Infrastructura utilizată a fost realizată

prin proiectul POS.CCE ID1938 SMIS:

48695 Agri-flux.