Details

Seleção, melhoramento e nutrição da Artemisia annua L., para cultivo em região intertropical

by de Magalhães, Pedro Melillo

Abstract (Summary)
Malaria is still one of the greatest causes of mortality in the world; in Brazil there are over 500.000 reported cases per year. Malaria, caused by the protozoa Plasmodfum, has been aggravated by the increasing resistance of Plasmodfum to the traditional drugs cloroquine and mefloquine. The study of new drugs resulted in the identification of antimalarial activities of an endoperoxide sesquiterpene lactone, called Qinghaosu or Artemisinin, extracted from the leaves of A. annua L., from the Asteraceae family. Compounds derived from artemisinin are highly efficient and are being commercialized in China. The production technology and validation of these drugs in the occidental world are of great interest. The main objective of this thesis was to contribute to the production of the chemical compounds of the species A. annua L., in order to allow the production of anti malarial drugs. The research work developed at MEDIPLANT (Switzerland) and CPQBA-UNICAMP (Brazil) involved: biological aspects of reproduction; selection of hybrids for production in Brazil; nitrogen fertilization and assays of extraction in water of artemisinin. The results indicated that the species, although having complete flowers, presents an alogamy rate superior to 80%. Through controlled hybridization between selected genotypes from China and Vietnam, population uniformity and genetic gain was obtained. Through the analysis of biomass and artemisinin contents (estimated by analytical monitoring), it was possible to increase the artemisinin production of 5Kg/ha for the base population to approximately 30Kg/ha for the genetically bred population. Vegetative propagation, through tissue culture ar stakes, was also utilized in the genetic breeding program, mainly for maintenance of progenitors and fixation of desirable qualities. Two genotypes, Pl.39 and Pl.V were selected for cultivation under short day photoperiod (11-12 hours of light), according to Brazilian conditions. The artemisinin content and the production of roots and leaves in strains cultivated in fitotrons were higher under temperatures ranging from 22 to 26°C, when compared to those cultivated between 25 and 31°C. The root production was directly related to the contents of artemisinin in the leaves of A. annua L.. The first breeding trial, conducted where local photoperiodic conditions did not induce flowering, also allowed the selection of more productive genotype in biomass. In the evaluation for Brazil, the hybrid Ch. X Viet 55 produced approximately 30Kg of artemisinin /ha /cut, with 2cuts possible per year. The cultivation of this hybrid was technically viable end highly competitive, due to the production obtained. The application of Nitrogen fertilizers (90Kg/ha) increased the artemisinin contents in the range of 28 to 40% due to increase in biomass. The nitrate form was the most favorable. It is possible that the period of highest concentration of artemisinin had been delayed. The water extraction of leaves rich in artemisinin produced a fraction containing 50% of active compound. It is suggested that this procedure can be utilized as a base for new pharmacology and toxicology investigations on the antimalarial activity of infusions. The studies with A. annua L. resulted in the establishment of a genetic breeding program at CPQBA Résumé: Le paludisme est aujourd'hui encore l 'une des grandes causes de mortalité et de maladie dans le monde. Au Brésil, i l peuty avoir jusqu'à 500 mille cas de paludisme par ano La maladie, provoquée par le protozoaire Plasmodium, s'est aggravée depuis que l es especes de Plasmodium ont acqui s une rési stance aux remedes traditionnels, chloroquine et mefloquine. L'étude de nouveaux produits a abouti à la découverte des propriétés anti paludéennes d'une lactone sesquiterpenique, appelée Qinghaosu ou Artemisinine, extraite des feuilles de l 'Artemisia annua L., de l a famille dês Asteraceae. Dês composés derives de l 'artémisinine sont encore plus efficaces et sont commercialisés en Chine. Ainsi, la technologie de production et la validation de ces médicaments en Occident sont d'un grand intérêt. L'objectif principal des recherches qui ont composé cette these a été de contribuer à la production des principes actifs de l'espece A. annua L., favorisant ainsi l 'obtention dês médicaments anti-paludéens. Les recherches réalisées à MEDIPLANT CSuisse) et au CPQBA-UNICAMP CBrésil) ont inclus: des aspects de la reproduction, la selection et l?obtention d?hybrides pour la culture au Brésil, la fertilisation nitrogén´´e et dês tentatives d?extraction aqueuse de l 'artémisinine. Les résultats ont indiqués que l 'espece, bien que possédant des fleurs completes, présente un taux d'alogamie supérieur à 80%. Ainsi, à travers des croisements controles entre des génotypes sélectionnés dans les populations de base originaires de (hine et du Vietnam, a-t-on obtenu l 'homogénéité des populations et un gain génétique significatif. L'exploitation de la variabilité en biomasse et en teneur d'artémisinine, cette derniére étant connue par controle analytique, a permis de passer de 5Kg d'artémisinine lha pour les populations de base, à 30Kg d'artémisinine lha pour lês popul at i ons amél i orées. La propagat i on végétat i ve, pa r cul ture de tissus ou par boutures, a également été utilisée pour lê programme d'amélioration génétique, essentiellement pour l 'entretien dês progéniteurs et l a fixation des caracteres souhaitables. Deux génotypes, Pl .39 Et P 1 . V , ont été sélectionnés pour la culture en photopériode courte (11 à 12 heures de lumiere), conformément aux conditions du Brésil. Les teneurs en artémisinine et les productions de racines et de feuilles, dans les lignées cultivées en phytotron, ont été plus grandes pour des températures variant entre 22°( et 26°(, par rapport aux rendements obtenus pour des températures variant entre 25°( et 31°(. Le développement des raciness a été directement proportionnel aux teneurs d'artemisine dans les feuilles d'A. annua L.. Les premiers travaux de sélection, menés en des endroits ou les conditions de photopériode n'induisaient pas la floraison de l'espece, a permis la sélection de génotypes plus productifs en biomasse du fait qu'ils expriment tout leur potentiel végétatif. Au Srésil, 1 'évaluation de 1 'hybride Ch. x Viet 55 a attei nt des rendements approximatifs e 30 kg d'artémisinine/ha et par récoltes, deux récoltes par an étant possibles sur une même aire. La culture de cet hybride a été techniquement viable et hautement compétitif grâce aux rendements btenus. L'application de fertilisants azotes àune dose de 90Kg d'azote/ha a augmenté de 28 à 40% es rendements d'artémisinine en fonction de l 'augmentation de la biomasse. La forme nitrate s'est révél ée l a pl us favorabl e. Un possible déplacement de l ' ét a t de plus forte concentration de l 'artémisinine est suggéré. Des extractions aqueuses à partir de feuilles riches en artémi si ni ne présentent une fracti on contenant 50% du pri nci pe actif. On suggere que ce procédé puisse être employé comme pré processus pour des extractions industrielles, ou même servir de base à de nouvelles recherches sur l 'activité anti ?paludéenne d'infusions. Les études de l'Artemisia annua ont eu pour consequence l ' établ i ssement d'un programme d'amélioration génétique au CPQSA
This document abstract is also available in Portuguese.
Bibliographical Information:

Advisor:Rolf Dieter Illg; Nicolas Delabays; Rolf Dieter Illg [Orientador]; Vera Lucia Garcia Rehder; Ladaslav T. Sodek; Antonio Celso Novaes de Magalhães; Valdemiro Carlos Sgarbieri

School:Universidade Estadual de Campinas

School Location:Brazil

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Malaria

ISBN:

Date of Publication:11/20/1996

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.