O nematodo da madeira do pinheiro (NMP), Bursaphelenchus xylophilus, é o agente causador da doença da murchidão do pinheiro (DMP), que está a causar grandes perdas em florestas de coníferas em todo o mundo. Os pinheiros (Pinus) são os principais hospedeiros do NMP, e a transmissão de uma árvore hospedeira para outra requer um inseto vetor. Os cerambicídeos do género Monochamus são considerados os vetores mais importantes, sendo o M. galloprovincialis o único vetor em Portugal. Além dos impactos ecológicos associados à destruição da floresta de pinheiros, o NMP é responsável por enormes impactos económicos em Portugal e, no futuro, poderá tornar-se uma ameaça real para toda a Eurásia e América do Norte. Estes impactos económicos estão principalmente relacionados com a perda de madeira, restrições/redução do comércio de madeira e produtos derivados, e custos associados a procedimentos fitossanitários adicionais e ações de controlo do NMP.
Este projeto multidisciplinar visa desenvolver novas e mais eficientes formulações à base de fitoquímicos para o controlo do inseto vetor do NMP. Os fitoquímicos podem ser ingredientes ativos (IAs) alternativos aos pesticidas, pois são geralmente mais seguros para o ambiente e para a saúde humana do que os sintéticos tradicionais. Um grande número de diferentes metabolitos secundários de plantas (como óleos essenciais, fenólicos, quinonas, taninos, etc.) já foram testados como atraentes/repelentes eficazes para o vetor do NMP. No entanto, ainda é necessária investigação adicional para obter formulações contendo esses fitoquímicos atraentes ou repelentes com eficácia comprovada no terreno, ação prolongada, facilidade de aplicação e custo razoável.
Foram desenvolvidas formulações baseadas em monólitos e/ou partículas de polímeros biodegradáveis, carregadas com IAs voláteis específicos e seletivos ou misturas dos mesmos. Foram utilizados polímeros biodegradáveis selecionados, como a poli(caprolactona) (PCL) e os seus biocompósitos, bem como o quitosano. A incorporação de IAs nestes tipos de monólitos/partículas de biopolímeros permitiu a sua libertação controlada, prolongada e eficaz.
Dois conceitos diferentes de produto foram explorados: (i) iscos para armadilhas comercialmente disponíveis, a serem colocados na floresta, contendo monólitos e/ou partículas de libertação prolongada de atraente; (ii) partículas de libertação prolongada de repelente para serem espalhadas sobre a madeira ou áreas selecionadas. Os monólitos poliméricos foram produzidos por mistura/espumamento com dióxido de carbono supercrítico, enquanto as partículas foram preparadas por evaporação de solvente a partir de emulsões óleo/água (o/w). Ambas as técnicas são vantajosas, pois permitem o processamento de materiais a temperaturas relativamente baixas, evitando assim a degradação de quaisquer IAs termolábeis envolvidos e promovendo maiores eficiências de carga de IAs. A composição total/relativa de IAs, os biopolímeros (e os seus pesos moleculares) e as condições do processo variaram para obter monólitos/partículas com diferentes propriedades físicas e de degradação/libertação e, em última análise, para otimizar o desempenho do produto final. Todos os materiais obtidos foram caracterizados química e fisicamente por uma vasta gama de técnicas analíticas. A determinação experimental e a modelação computacional da libertação controlada de IAs (ao longo do tempo) foram realizadas e correlacionadas com as variáveis de formulação e condições de processamento.
Os conceitos e metodologias da Engenharia de Produtos Químicos (EPQ) forneceram a linha unificadora do projeto, promovendo a definição de métricas de desempenho de produto adequadas e respetivos valores-alvo (incluindo necessariamente a redução na prevalência do vetor), que orientaram a definição detalhada dos testes experimentais realizados. Além disso, uma abordagem de EPQ implica uma perspetiva integrada do desenvolvimento de produto/processo e a gestão associada de informações, testes e modelos envolvidos. Tanto quanto é do nosso conhecimento, este projeto será o primeiro esforço sistemático para preparar sistemas de libertação controlada/prolongada de origem natural e biodegradável de IAs voláteis atraentes/repelentes para o controlo do inseto vetor do NMP.
- PRODEQ - Universidade de Coimbra:
- Mara Elga M. Braga
- Hermínio C. de Sousa
- Marisa C. Gaspar
- Fernando Pedro Martins Bernardo
- Ana Antunes Dias
- Maria da Graça Rasteiro
- Inês Seabra
- João Leocádio
- Rita Chim
- Universidade de Coimbra:
- Isabel Abrantes
- Luís Fonseca
- Isabel Luci Pisa Mata da Conceição
- INIAV:
- Edmundo Sousa
- Pedro Naves
Artigos Científicos
1. M.C. Gaspar, B. Agostinho, L. Fonseca, I. Abrantes, H.C. de Sousa, M.E.M. Braga. Impact of the pinewood nematode on naturally-emitted volatiles and scCO2 extracts from Pinus pinaster branches: a comparison with P. pinea. J. of Supercritical Fluids 159 (2020) 104784. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2020.104784
2. M.C. Gaspar, H.C. de Sousa, I.J. Seabra, M.E.M. Braga. Environmentally-safe scCO2 P. pinaster branches extracts: Composition and properties. Journal of CO2 Utilization, 37 (2020) 74-84. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2019.11.027
Teses de Mestrado
- Vanessa Monteiro Leal, Development of formulations based on attractants/repellents to control the insect vector of pinewood nematode (PWN).
Departamento de Engenharia Química – FCT – Universidade de Coimbra, sob supervisão de Mara E. M. Braga e Hermínio de Sousa. Defesa 27 de Setembro de 2018; http://hdl.handle.net/10316/86692
- Andreia Catarina Ribeiro Madeira, Incorporation of volatile repellent compounds for the development of formulations to control insects’ incident to agroforestry ecosystems. Departamento de Engenharia Química – FCT – Universidade de Coimbra, sob supervisão de Mara E. M. Braga e Ana Dias. Defesa em Fevereiro de 2019; https://estudogeral.sib.uc.pt/cris/rp/rp79515/information.html
Estágios de Verão
- Diana Gonçalves – Quemical Engineering, program “Estágio de Verão” - Universidade de Coimbra, 2019.
- João Coutinho – Biomedical Engineering, program “Estágio de Verão” - Universidade de Coimbra, 2019.
- Ana Rita Fernandes – Pharmaceutical Sciences, program “Estágio de Verão” – Universidade de Coimbra, 2019.
- Beatriz Agostinho – Chemical Engineering, program “Estágio de Verão” – Universidade de Coimbra, 2018.
- Vanessa Leal – Chemical Engineering, program “Estágio de Verão” – Universidade de Coimbra, 2017.
Comunicações em Conferências Internacionais
1) M.C. Gaspar, B. Agostinho, J. Leocádio, L. Fonseca, I. Abrantes, Hermínio C. De Sousa, M. E. M. Braga. Pinus pinaster and P. pinea volatile compounds: their possible action on pinewood nematode and its insect vector. International Symposium IUFRO on Pine Wilt Disease, Orléans (France), 9-13 March 2020, cancelado devido à pandemia COVID19.
2) Fernando P. Bernardo, Mara E. M. Braga, Rita Chim. A wind tunnel method to develop products for controlled delivery of volatiles: experimental apparatus and mathematical model. 12th European Congress of Chemical Engineering (ECCE 12), Florence, Italy, 15-19 Sep 2019. https://www.aidic.it/ecce12/programma/pro.html
3) M.E.M. Braga, Porous matrices based-formulations for improvement of volatiles loading/release for insect control. V Iberoamerican Conference on Supercritical Fluids. September 02-06, 2019. Campinas, Brazil. https://www.prosciba.fea.unicamp.br/?q=node/6
4) M. C. Gaspar, B. Agostinho, L. Fonseca, I. Abrantes, H. C. de Sousa, M. E. M. Braga. Pinewood nematode and its impact on volatiles and scCO2 extracts from Pinus pinaster branches. 17th European Meeting on Supercritical Fluids (EMSF 2019) – 7th European Meeting on High Pressure Technology. Ciudad Real, Spain 8-11 Apr 2019.
5) M. C. Gaspar, H. C. de Sousa, I. J. Seabra, M. E. M. Braga. Extracting the natural insecticide abietadiene from P. pinaster branches using scCO2. 12th International Symposium on Supercritical Fluids (12th ISSF 2018), Antibes-Juan-Les-Pins, France, 22-25 April 2018. http://supflu2018.fr/sessions.php
6) M.E.M. Braga, R.Chim, F.P. Bernardo, H.C. de Sousa. Active ingredient release from porous matrices to control the insect vector of pine wilt disease. 12th International Symposium on Supercritical Fluids (12th ISSF 2018), Antibes-Juan-Les-Pins, France, 22-25 April 2018. http://supflu2018.fr/sessions.php
7) R.Chim, H.C. de Sousa, F.P.M. Bernardo, M.E.M. Braga. Dispersão do α-pineno em matrizes porosas para o controlo do insecto vector (Monochamus spp.) do nemátode do pinheiro. II Congresso Nacional das Escolas Superiores Agrárias (II CNESA), Escola Superior Agrária de Bragança, Novembro 16-18, 2017, Elvas, Portugal.
8) L. Fonseca, C.M.N. Maleita, I. Esteves, M.E.M. Braga, I. Abrantes, H. C. de Sousa. Naphtoquinones: bionematicides for pinewood nematode eradication from wood. International Union of Forest Research Organizations (IUFRO 2017), September 18-22, 2017, Freiburg, Germany. http://iufro2017.com/
9) J. Leocádio, M.C. Gaspar, F. Bernardo, P. Naves, E. Sousa, H.C. de Sousa, M.E.M. Braga. Searching a way of controlling the Pine Wood Nematode insect vector using PCL based matrices obtained by supercritical CO2 foaming. 1º Encontro Ibérico de Fluidos Supercríticos (EIFS 2020), Santiago de Compostela, Espanha, 18-19 de Fevereiro de 2020.
10) V. M. Leal, M. C. Gaspar, H. C. de Sousa, M. E. M. Braga. Porous matrices based-formulations for improvement of α-pinene loading and release. 17th European Meeting on Supercritical Fluids (EMSF 2019) – 7th European Meeting on High Pressure Technology. 8-11 Apr 2019, Ciudad Real, Spain.
11) P. Naves, C. Trindade, M.E.M. Braga, M.C. Gaspar, E. Sousa. Is host selection of Mediterranean pines by Monochamus galloprovincialis (Coleoptera; Cerambycidae) related with Pine Wilt Disease incidence? XI European Congress of Entomology, 2-6 July 2018, Naples- Italy. http://www.ece2018.com/poster-session/
