Use of chitosan in agriculture: a review with an emphasis on seed application

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i2.25782

Keywords:

Germination; Biopolymer; Biostimulant.

Abstract

In recent years, studies in the agronomic area have intensified in the search for improvements to increase crop production, as well as lower environmental impact. Biopolymers then emerge as an alternative, presenting properties that attracted researchers and producers, especially chitosan, a natural aminopolysaccharide extracted from chitin, characterized as a renewable, low-cost, widely available biopolymer (insect, crustacean and exoskeletons). fungal cell wall), non-toxic, biodegradable and biocompatible. Therefore, this study sought to carry out a literature review on the main findings on the application of chitosan in seeds, especially its action in the germination process of these. For this, searches were carried out in the databases CAPES journal portal, Scielo and Google Scholar, where 14 papers were selected that presented the use of chitosan in seeds of commercial, food and reforestation interest. As a result, it was observed that the biopolymer in question acted as a biostimulant in plant production, improving the growth and development of plants, either through applications in seeds or associated with use after their germination, as well as considerably improving the productivity of several cultures. Therefore, chitosan has an effective performance in the agronomic field with emphasis on application in seeds, being a remarkable alternative to current techniques for using agrochemicals.

Author Biographies

Yasmin Chagas Lima, Universidade Estadual do Ceará

 

 

Oriel Herrera Bonilla, Universidade Estadual do Ceará

Possui graduação em Engenharia Florestal pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (1983), graduação em Licenciatura Agrícola pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (1992), mestrado em Botânica pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (1991), doutorado em Ciências Naturais (Ecologia) na Alemanha pela Bielefeld Universität (1997) e pós-doutorado em Engenharia Agrícola (Ecologia de Halófitas em Ambientes Irrigados) pela Universidade Federal do Ceará (2019). Atualmente é professor Associado da Universidade Estadual do Ceará, junto ao Curso de Ciências Biológicas. Coordena o Laboratório de Ecologia da instituição. É membro do corpo docente do Mestrado Acadêmico em Ciências Naturais. Tem experiências na área de Ecologia da Restauração e Conservacionismo, com ênfase em Ecossistemas, atuando principalmente nos seguintes temas: Ecofisiologia de halófitas, salinidade do solo, permacultura, biodiversidade do semiárido, bioprospecção com plantas da Caatinga, aproveitamento de recursos naturais, Monitoramento e análise de impactos ambientais. Desenvolve pesquisas relacionadas com Bioinvasão e Fitoremediação.

Eliseu Marlônio Pereira de Lucena, Universidade Estadual do Ceará

Engenheiro Agrônomo pela Universidade Federal do Ceará (1993), Mestre em Fitotecnia (Produção Vegetal) pela Universidade Federal de Viçosa (1995), Doutor em Agronomia (Fitotecnia) pela Universidade Federal do Ceará (2006) e Pós-Doutor em Botânica Aplicada (Plantas Bioativas e Bioprocessos) pela Texas A&M University (2014). Foi Professor Visitante da Universidade Regional do Cariri em 1996. Foi Diretor Regional do Centro de Ensino Tecnológico (CENTEC) do Cariri de 1997 a 2002. Desde 2004 é Professor do Curso de Ciências Biológicas (CCB) do Centro de Ciências da Saúde (CCS) da Universidade Estadual do Ceará (UECE), onde ministra aulas de Botânica e orienta alunos de Iniciação Científica, Monitoria Acadêmica e Trabalhos de Conclusão de Curso, sendo atualmente professor Associado. Foi Coordenador do CCB/CCS de 2009 a 2013. É professor do Curso de Ciências Biológicas EaD da UECE desde 2010. Foi Presidente do 62° Congresso Nacional de Botânica em Fortaleza-CE (2011). É coordenador do Laboratório de Ecofisiologia Vegetal desde 2012. Foi conselheiro do Centro de Ciências da Saúde (CONCEN) de 2007 a 2009, Conselheiro do Conselho de Ensino, Pesquisa e Extensão (CEPE) de 2009 a 2012, Conselheiro do Conselho Universitário (CONSU) de 2012 a 2018 e novamente Conselheiro do CEPE desde 2018. Em 2013 ingressou como Professor Permanente do Programa de Pós-Graduação em Ciências Naturais da UECE, orientando alunos de Mestrado e Doutorado. Desenvolve pesquisas sobre Ensino de Botânica, Botânica Aplicada, Etnobotânica, Fisiologia Vegetal, Ecofisiologia Vegetal, Fisiologia de Sementes, Fisiologia Pós-Colheita, Florística, Morfologia Vegetal, Anatomia Vegetal, Plantas Alimentícias Não Convencionais, Plantas Bioativas e Bioprocessos, tendo escrito livros e publicado regularmente estudos em periódicos de circulação nacional e internacional.

References

Alfonso, E. T., Rodríguez, A. F., Padrón, J. R., Sosa, Y. C., & Morales, H. (2017). Resposta agronômica da cultura do tomate ao bioproduto QuitoMax®. Tropical Crops, 38(1), 147-154. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362017000100019&lng=es&tlng=es.

Azevedo, V., Chaves, S. A., Bezerra, D. C., Fook, M. V. L., & Costa, A. C. F. M. (2007). Quitina e Quitosana: aplicações como biomateriais. Revista eletrônica de Materiais e processos, 2(3), 27-34.

Baggio, O. C. (1988). Estudos de reações de copolimerização de enxerto de acrilonitrila sobre quitina e derivados na presença de Ce 4+.

Baouche, N. M., Elchinger, P.-H., de Baynast, H., Pierre, G., Delattre, C., & Michaud, P. (2014). Quitosana como adesivo. European Polymer Journal, 60, 198-212.

Berger, L. R. R., Stamford, T. C. M., & Stamford, N. P. (2011). Perspectivas para o uso da quitosana na agricultura. Revista Iberoamericana de Polímeros, 12(4), 195-215. http://www.ehu.eus/reviberpol/pdf/AGO11/ramos.pdf.

Berger, L. R., Stamford, N. P., Santos, C. E. R. S, Freitas, A. D. S., Franco, L. O., & Stamford, T. C. M. (2013). Características da planta e do solo afetadas por biofertilizantes de rochas e matéria orgânica inoculada com bactérias diazotróficas e fungos produtores de quitosana. Jornal de ciência do solo e nutrição de plantas, 13 (3), 592-603.

Bilal, M., & Iqbal, H. M. (2019). Biopolímeros derivados naturalmente: plataformas potenciais para imobilização de enzimas. Jornal internacional de macromoléculas biológicas, 130, 462-482.

Costa, J. G., Campos, I. S. (1997). Recomendações básicas para a produção de sementes de milho no nível da pequena propriedade rural. Acre, Instrução técnica da Embrapa. https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/CPAF-AC/1330/1/it04.pdf

Crini, N. M., Lichtfouse, E., Torri, G., & Crini, G. (2019). Applications of chitosan in food, pharmaceuticals, medicine, cosmetics, agriculture, textiles, pulp and paper, biotechnology, and environmental chemistry. Environmental Chemistry Letters, 17(4), 1667-1692. https://link.springer.com/article/10.1007/s10311-019-00904-x.

Divya, K. e Jisha, MS (2018). Preparação e aplicações de nanopartículas de quitosana. Cartas de química ambiental, 16(1), 101-112.

Felipe, L. O., Rabello, L. A., Júnior, E. N. O., & Santos, I. J. B. (2017). Quitosana: da Química Básica à Bioengenharia. Química Nova na Escola, 39(4).

Fontelles, M. J., S., M. G., Farias, S. H., & Fontelles, R. G. S. (2009). Metodologia da pesquisa científica: diretrizes para a elaboração de um protocolo de pesquisa. Revista paraense de medicina, 23(3), 1-8. https://files.cercomp.ufg.br/weby/up/150/o/Anexo_C8_NONAME.pdf.

Freddo, Á. R., Mazaro, S. M., Brun, E. J., & Wagner Júnior, A. (2012). Efeito da quitosana na emergência, desenvolvimento inicial e caracterização bioquímica de plântulas de Acacia mearnsii. Revista Árvore, 36(6), 1039-1046. https://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-67622012000600005&script=sci_arttext.

Gerhardt, T. E. & Silveira, D. T. (2009). Métodos de Pesquisa. Porto Alegre, PA: Editora da UFRGS. p. 120.

Gómez, L. G. G., Arteaga, M. C. J., Martínez, I. P., Lahera, A. O., & Rodríguez, A. F. (2020). Aplicación de QuitoMax® en semillas y posturas de tabaco en semillero. Agricultural Center, 47(2), 16-21. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0253-57852020000200016&lng=es&tlng=es

González, L. G., Martínez, I. P., Fabré, T. B., Arteaga, M. C. J., Rodríguez, A. F., & García, T. R. (2021). Efecto del tratamiento de semillas con QuitoMax® en el rendimiento y calidad de plántulas de tomate variedades ESEN y L-43. Terra Latinoamericana, 39, 1-6.

Hamed, I., Ozogul, F. & Regenstein, J. (2016). Industrial applications of crustacean by-products (chitin, chitosan, and chitooligosaccharides): A review. Trends in Food Science & Technology, 48. 40-50.

Kiirika, LM, Stahl, F., & Wydra, K. (2013). Caracterização fenotípica e molecular da indução de resistência por aplicação única e combinada de quitosana e silício em tomate contra Ralstonia solanacearum. Physiological and Molecular Plant Pathology, 81, 1-12.

Lei no 10711, de 5 de agosto de 2003. (2003). Dispõe sobre o Sistema Nacional de Sementes e Mudas e dá outras providências. Diário Oficial da União, Brasília, DF. http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/2003/l10.711.htm.

Mahdavi, B. (2013). Seed germination and growth responses of Isabgol (Plantago ovata Forsk) to chitosan and salinity. International Journal of Agriculture and Crop Sciences, 5(10), 1084. https://www.researchgate.net/profile/Batool-Mahdavi/publication/288559619_Seed_germination_and_growth_responses_of_Isabgol_Plantago_ovata_Forsk_to_chitosan_and_salinity_Intl/links/5add505e458515c60f5f3126/Seed-germination-and-growth-responses-of-Isabgol-Plantago-ovata-Forsk-to-chitosan-and-salinity-Intl.pdf

Mahdavi, B., & Rahimi, A. (2013). Seed priming with chitosan improves the germination and growth performance of ajowan {Carum copticum) under salt stress. EurAsian Journal of BioSciences, 7(1), 69-76. http://www.ejobios.org/article/seed-priming-with-chitosan-improves-the-germination-and-growth-performance-of-ajowan-carum-copticum

Maia, L. H., Porte, A., & Souza, V. F. (2000). Filmes comestíveis: aspectos gerais, propriedades de barreira a umidade e oxigênio. Boletim do Centro de Pesquisa de Processamento de Alimentos, 18(1). https://revistas.ufpr.br/alimentos/article/download/1129/930.

Malerba, M., & Cerana, R. (2018). Recent Advances of Chitosan Applications in Plants. Polymers, 10(2), 118.

Masjuan, Y. G., Tornés Olivera, N., González Gómez, G., & Sánchez, R. (2018). Efecto de diferentes dosis de QuitoMax en el crecimiento de plántulas de pepino (Cucumis sativus L.). Agrisost, 24(3), 178-183. https://revistas.reduc.edu.cu/index.php/agrisost/article/view/2572

Menéndez, D. C., Rodríguez, A. B. F., & Hernández, L. T. (2020). Efecto de la masa molecular de quitosanos en la germinación y el crecimiento in vitro de soya. Cultivos Tropicales, 41(1). http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S025859362020000100005&lng=es&tlng=es.

Mesa, S. P., Pedroso, A. T. R., & Arrebato, M. R. (2015). Efecto de diferentes concentraciones de quitosana sobre la germinación y crecimiento de plántulas de arroz (Oryza sativa, L.). Avances, 17(4), 380-386. http://www.ciget.pinar.cu/ojs/index.php/publicaciones/article/view/136.

Olsen, R. L., Toppe, J., & Karunasagar, I. (2014). Challenges and realistic opportunities in the use of by-products from processing of fish and shellfish. Trends in Food Science & Technology, 36(2), 144-151. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924224414000235?casa_token=S7rXVdK_ys4AAAAA:y6TUFWhPcXLA8EKhuU83s_qwA5ZOtqO64RupHxLPmoixTy65TGPONm4xgMt_Q5wd_JYvcO_Ut9w.

Pedroso, A. T. R., Arrebato, M. Á. R., Rodríguez, A. F., Baños, S. B., Zapata, E. V. & Fernández, Y. V. (2017). Efecto del Quitomax® en el rendimiento y sus componentes del cultivar de arroz (Oryza sativa L.) var. INCA LP 5. Cultivos Tropicales, 38(4), 156-159. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362017000400002&lng=es&tlng=es.

Pedroso, A. T. R., Pérez, J. J. R., Martínez, Y. M., Arrebato, M. A. R., Rodríguez, A. F., Fernández, Y. V., & Montiel, L. G. H. (2019). Efecto del Quitomax® en el rendimiento del cultivo de arroz (Oryza sativa, L.) var. J-104. Revista de la Facultad de Agronomía de La Universidad del Zulia, 36(2), 98-110. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=7496802.

Pérez, J. J. P., Acosta, E. A. E., Arrebato, M. Á. R., Pedroso, A. T. R., & Herrada, M. R. (2019). Respuesta de plántulas de cultivares de tomate a la aplicación de quitosano. Centro Agrícola, 46(4), 21-29. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0253-57852019000400021&lng=es&tlng=es.

Ramírez, M. Á, Rodríguez, A. T., Alfonso, L., & Peniche, C. (2010). Quitina e seus derivados como biopolímeros com potenciais aplicações agrícolas. Biotecnología Aplicada, 27 (4), 270-276. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1027-28522010000400002&lng=es&tlng=en.

Raven, P. H., Evert, R. F., & Eichhorn, S. E. (2014). Biologia Vegetal. Guanabara Koogan.

Rolim, A. E. H., Carvalho, F. A., Costa, R. C. C., & Rosa, F. P. (2018). Arcabouços de quitosana-propriedades físico-químicas e biológicas para o reparo ósseo. Rev. Virtual. Quim, 10. https://www.researchgate.net/profile/Ana_Emilia_Rolim/publication/325160842_Chitosan_Scaffolds_-_Physico_-.

Sampaio, R.F., & Mancini, M. C. (2007). Estudos de revisão sistemática: um guia para síntese criteriosa da evidência científica. Brazilian Journal of Physical Therapy, 11, 83-89. Recuperado de: https://doi.org/10.1590/S1413-35552007000100013.

Silvestre, J., Delattre, C., Michaud, P. & Baynast, H (2021). Polímeros. Otimização das Propriedades da Quitosana com o Objetivo de Desenvolvimento de Adesivo Resistente à Água. Polímeros, 13.

Taiz, L., Zeiger, E., Møller, I. M. & Murphy, A. (2017). Fisiologia e Desenvolvimento Vegetal.: Artmed Editora. p. 888.

Tovar, G. I., Gómez, M., Obediente, V., Rodríguez, A., Soto, L., & Chirinos, A. (2018). Extracción biotecnológica de quitina del desecho de camarón para la producción de quitosano como bioestimulante en semillas de melón. Agronomía Tropical, 68(1-2), 71-86.

Waterworth, W. M., Bray, C. M., & West, C. E. (2019). Seeds and the art of genome maintenance. Frontiers in plant science, 10, 706. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2019.00706/full.

Zerpa, J. A. M., Rincón, M. C., Rincón, D., & Colina, J. A. V. (2017). Efecto del uso de quitosano en el mejoramiento del cultivo del arroz (Oryza sativa L. variedad sd20a). Revista de investigación agraria y ambiental, 8(2), 151-165. http://hemeroteca.unad.edu.co/index.php/riaa/article/view/2041.

Published

29/01/2022

How to Cite

LIMA, Y. C. .; BONILLA, O. H. .; LUCENA, E. M. P. de . Use of chitosan in agriculture: a review with an emphasis on seed application. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 2, p. e39911225782, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i2.25782. Disponível em: https://www.rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/25782. Acesso em: 30 may. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences