Using Micropropagation to Develop Medicinal Plants into Crops.

Medicinal plants are still the major source of therapies for several illnesses and only part of the herbal products originates from cultivated biomass. Wild harvests represent the major supply for therapies, and such practices threaten species diversity as well as the quality and safety of the final products. This work intends to show the relevance of developing medicinal plants into crops and the use of micropropagation as technique to mass produce high-demand biomass, thus solving the supply issues of therapeutic natural substances. Herein, the review includes examples of in vitro procedures and their role in the crop development of pharmaceuticals, phytomedicinals, and functional foods. Additionally, it describes the production of high-yielding genotypes, uniform clones from highly heterozygous plants, and the identification of elite phenotypes using bioassays as a selection tool. Finally, we explore the significance of micropropagation techniques for the following: a) pharmaceutical crops for production of small therapeutic molecules (STM), b) phytomedicinal crops for production of standardized therapeutic natural products, and c) the micropropagation of plants for the production of large therapeutic molecules (LTM) including fructooligosaccharides classified as prebiotic and functional food crops.

Glyphosate on shikimic acid on Urochloa plantaginea / Efeito do glifosato no ácido chiquímico em Urochloa plantaginea

ABSTRACT: Shikimic acid (SA) has witnessed a strong increase in recent years due to the increasing demand of the pharmaceutical and cosmetic industry. The SA is used as a precursor for the synthesis of oseltamivir phosphate (Tamiflu®), a potent viral inhibitor and is extracted from the plant Illicium verum Hook which has a limited availability. This article proposed the use of Urochloa plantaginea (Link.) webster and glyphosate, as an alternative source of SA. U. plantaginea plants with 3 - 4 tillers and 4 - 6 leaves were harvest at 3, 6, 9 and 12 days after application (DAT) of low rates of glyphosate. Samples were dried, extracted, analyzed by HPLC and LC-MS/MS. The maximum SA concentrations were observed at 6 days after glyphosate at 36 g.a.e.ha-1 was applied in plants of U. plantaginea with 4 to 6 leaves. The capability of this annual gramineae to produce elevated SA levels throughout the entire biomass affords its potential for a greater yield on a per hectare basis.

RESUMO: O interesse pelo ácido chiquímico (SA) tem apresentado um forte incremento nos últimos anos devido à crescente demanda da indústria farmacêutica e cosmética. O SA é utilizado como um precursor para a síntese do fosfato de oseltamivir (Tamiflu®), um potente inibidor viral. Este ácido é extraído principalmente da planta Illicium verum Hook. A disponibilidade desta planta é um fator limitante para o crescimento do mercado no futuro próximo. Este artigo propõe Urochloa plantaginea (Link.) webster tratada com sub doses de glifosato, como uma fonte alternativa de SA. Plantas de U. plantaginea com 3 - 4 perfilhos e 4 a 6 folhas foram tratadas com subdoses de glifosato e coletadas aos 0, 3, 6, 9 e 12 dias após sua aplicação (DAT). As amostras foram secas, extraídas e analisadas por HPLC e confirmadas por LC-MS/MS. As concentrações máximas de SA foram observadas aos seis dias após aplicação do glifosato a 36 g.e.a.ha-1 em plantas de U. plantaginea com 4 - 6 folhas. A capacidade anual dessa gramínea para produzir níveis elevados de SA em toda a biomassa, pode ser uma fonte economicamente viável de SA.

Estimation of herbicide bioconcentration in sugarcane (Saccharum officinarum L.) / Modelagem de bioconcentração de herbicidas em cana (Saccharum officinarum L.)

Sugarcane is an important crop for sugar and biofuel production in Brazil. Growers depend greatly on herbicides to produce it. This experiment used herbicide physical-chemical and sugarcane plant physiological properties to simulate herbicide uptake and estimate the bioconcentration factor (BCF). The (BCF) was calculated for the steady state chemical equilibrium between the plant herbicide concentration and soil solution. Plant-water partition coefficient (sugarcane bagasse-water partition coefficient), herbicide dilution rate, metabolism and dissipation in the soil-plant system, as well as total plant biomass factors were used. In addition, we added Tebuthiuron at rate of 5.0kg a.i. ha-1 to physically test the model. In conclusion, the model showed the following ranking of herbicide uptake: sulfentrazone > picloram >tebuthiuron > hexazinone > metribuzin > simazine > ametryn > diuron > clomazone > acetochlor. Furthermore, the highest BCF herbicides showed higher Groundwater Ubiquity Score (GUS) index indicating high leaching potential. We did not find tebuthiuron in plants after three months of herbicide application.

A cana de açúcar é uma cultura importante para produção de açúcar e biocombustíveis no Brasil e exige elevada utilização de herbicidas. Utilizamos modelo matemático para ajudar na compreensão da absorção de herbicida dessa cultura. Propriedades físico-químicas dos herbicidas e propriedades fisiológicas das plantas de cana foram usados para estimar a absorção e também o fator de bioconcentração, bioconcentration factor (BCF), calculado para o equilíbrio químico entre a concentração do herbicida na planta e na solução do solo. O coeficiente de partição planta/água, a taxa de diluição de herbicida, o metabolismo e a dissipação no sistema solo-planta e biomassa total das plantas foram adicionados ao modelo. O herbicida tebuthiuron aplicado ao solo na dose de 5,0kg ha-1 i.a. foi utilizado para testar o modelo. A absorção dos herbicidas mostrada pelo modelo indicou em ordem o seguinte: sulfentrazone> picloram> tebuthiuron> hexazinone> metribuzin> simazina> ametryn> diuron> clomazone> acetochlor. Esses herbicidas com alto índice (BCF) também apresentaram alto índice de potencial de lixiviação para água subterrânea "Groundwater Ubiquity Score" (GUS). Tebuthiuron não foi encontrado nas plantas após três meses de aplicação.

Nitrate in groundwater in Ribeirão Preto city area in Brazil

The region of Ribeirão Preto City, southeastern Brazil, is an important sugar cane and recharge area for grounwater of the Guarany aquifer. This research was conducted to evaluate the potential contamination of groundwater with nitrates in the area and in surrounding municipal wells. No significant amount of nitrate was found in the recharge agricultural area. However, nitrate levels were detected at concentrations higher than the Maximum Concentration Level (MCL) of 6.0 mg/L in a downtown, urban, well located away from agriculture, which had no history of nitrogen application, reaching values higher than the maximum risk coefficient for infants (RC) of 1.0.

Identificação de áreas de exposição ao risco de contaminação de águas subterrrâneas pelos herbicidas Atrazina, Diuron e Tebutiuron / Identification of exposure areas to groundwater contamination risk by the herbicides Atrazine, Diuron and Tebuthiuron

O objetivo deste trabalho foi elaborar mapas identificando áreas de maior exposição ao risco de contaminação das águas subterrâneas da Microbacia do Córrego Espraiado, em Ribeirão Preto - São Paulo - Brasil (área de recarga do Aquífero Guarani), utilizando o simulador CMLS-94 e o Sistema de Informações Geográficas IDRISI. A área de estudo conta com intensa atividade de monocultivo de cana-de-açucar, exigindo constantes aplicações de herbicidas. Foram realizadas simulações para o período de quatro anos, no intuito de analisar a movimentação vertical dos herbicidas Atrazina, Diuron e Tebutiuron e a consequente tendência futura de risco de contaminação da água subterrânea local. Foram simulados cenários para cada herbicida, nas respectivas dosagens máximas aplicadas na região (pior caso), em Latossolo vermelho Eutroférrico, Latossolo vermelho Distrófico e o Neossolo Quartzarênico. Os dados obtidos pelas simulações foram posteriormente cruzados com os de uso das terras, de níveis de profundidades dos lençóis subterrâneos e dos solos na área da Microbacia, previamente digitalizados no IDRISI. O cruzamento das informações possibilitou a geração de mapas de exposição do local ao risco de contaminação da água subterrânea pelos herbicidas estudados. O resultado da avaliação indicou que cerca de 5,6 por cento da área de estudo apresenta alta exposição ao risco de contaminação da água subterrânea para Atrazina, 3,9 por cento para Diuron e 13,1 por cento para Tebutiuron. Entretanto, não foi constatado indicativo de concentrações de risco para a saúde humana nos cenários analisados

Evaluation of soil temperature effect on herbicide leaching potential into groundwater in the Brazilian Cerrado.

The effect of annual variations in the daily average soil temperatures, at different depths, on the calculation of pesticide leaching potential indices is presented. This index can be applied to assess the risk of groundwater contamination by a pesticide. It considers the effects of water table depth, daily recharge net rate, pesticide sorption coefficient, and degradation rate of the pesticide in the soil. The leaching potential index is frequently used as a screening indicator in pesticide groundwater contamination studies, and the temperature effect involved in its calculation is usually not considered. It is well known that soil temperature affects pesticide degradation rates, air-water partition coefficient, and water-soil partition coefficient. These three parameters are components of the attenuation and retardation factors, as well as the leaching potential index, and contribute to determine pesticide behavior in the environment. The Arrhenius, van't Hoff, and Clausius-Clapeyron equations were used in this work to estimate the soil temperature effect on pesticide degradation rate, air-water partition coefficient, and water-soil partition coefficient, respectively. The relationship between leaching potential index and soil temperature at different depths is presented and aids in the understanding of how potential pesticide groundwater contamination varies on different climatic conditions. Numerical results will be presented for 31 herbicides known to be used in corn and soybean crops grown on the municipality of São Gabriel do Oeste, Mato Grosso do Sul State, Brazil.

Metodologia analítica de resíduo do herbicida 2, 4-D (ácido 2, -diclorofenoxiacético) em amostras de água em área de cultivo de cana - de - açúcar / Analytical methodology of 2, 4 -D(Dichlorophenoxycetic acid) herbicide residues in samples of water in a sugar-cane cultivation area in Brazil

Desenvolveu-se método de análise de resíduo do herbicida2, 4 -D para amostras de água coletadas na microbacia do Córrego do Espraiado no período de 1996 a 1999. A avaliaçäo da tendência do produto alcançar camadas mais profundas do solo foi efetuada por simulaçäo de sistemas (CMLS-94 - Chemical Movement in Layered Soils) para melhor entendimento do comportamento do herbicida. O método analítico, utilizando cromatografia a gás, permitiu correlaçäo de 99,9 por cento entre a área dos picos e a concentraçäo existente, indicando alta eficiência. Näo foi encontrado resíduo de 2, 4 -D na água coletada nos anos de 1996 a 1999, o que também reforça os dados encontrados por simulaçäo. Esses indicaram que 60 cm foi a profundidade máxima atingida no período de três anos, tanto para o latossolo roxo quanto para o latossolo vermelho escuro. O mesmo estudo evidenciou que a partir dosegundo ano após a aplicaçäo já näo havia mais resíduos do produto em ambos os solos estudados.