UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE CIÊNCIAS RURAIS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA FLORESTAL CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E AVALIAÇÃO BIOLÓGICA DO ÓLEO ESSENCIAL DE Nectandra megapotamica (Spreng.) Mez TESE DE DOUTORADO Lúcio de Paula Amaral Santa Maria, RS, Brasil 2014 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E AVALIAÇÃO BIOLÓGICA DO ÓLEO ESSENCIAL DE Nectandra megapotamica (Spreng.) Mez Lúcio de Paula Amaral Tese apresentada ao Curso de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal, Área de Concentração em Silvicultura, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para a obtenção do grau de Doutor em Engenharia Florestal. Orientadora: Prof a. Dra. Berta Maria Heinzmann Co-orientador: Prof. Dr. Solon Jonas Longhi Santa Maria, RS, Brasil 2014 © 2014 Todos os direitos autorais reservados a Lúcio de Paula Amaral. A reprodução de partes ou do todo deste trabalho só poderá ser feita mediante a citação da fonte. E-mail: [email protected] BIOGRAFIA Lúcio de Paula Amaral, filho de José Ulisses Amaral e Vera Lúcia de Paula Amaral, agricultores, nasceu em Itararé, Estado de São Paulo, aos 28 de junho de 1981. Cursou a primeira e a segunda série em escolas públicas na zona rural de Itararé-SP, e concluiu o primeiro grau na EEPG “Professora Adelaide de Oliveira Terron”, no Distrito de Santa Cruz dos Lopes, no mesmo município. Cursou o segundo grau, entre os anos de 1996 e 1998, concomitantemente com o curso Técnico em Contabilidade na EMSEGES “Presidente Juscelino Kubitschek de Oliveira”, a conhecida “Escola de Comércio de Itararé”. Em junho de 2000, concluiu o curso de Técnico Florestal, pela ETE “Dona Sebastiana de Barros” - CEETESP, o tradicional Colégio Agrícola de São Manuel-SP. Concluiu o curso de graduação em Engenharia Florestal, em 08 de dezembro de 2006, pela Faculdade de Ciências Agronômicas da Universidade Estadual “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP, Campus de Botucatu-SP, momento em que também recebeu da Fundação de Estudos e Pesquisas Agrícolas e Florestais - FEPAF, o “Prêmio FEPAF de Destaque em Pesquisa”. Possui Especialização em Geomática, pelo Programa de Pós-Graduação em Geomática da Universidade Federal de Santa Maria - UFSM, obtido em janeiro de 2008. Possui Mestrado em Agronomia, obtido em maio de 2010, pelo Programa de Pós-Graduação em Agronomia da Universidade Estadual do Centro-Oeste do Paraná - UNICENTRO, Campus de Guarapuava-PR. Em setembro de 2010, retorna à UFSM, para iniciar o curso de Doutorado em Engenharia Florestal, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Em março de 2012, ingressou também no curso de Mestrado Profissional em Agricultura de Precisão, do Programa de Pós- Graduação em Agricultura de Precisão do Colégio Politécnico da Universidade Federal de Santa Maria, do qual também obteve o título de Mestre em janeiro de 2014. Quanto ao curso de Doutorado, o mesmo se encerra com a defesa da presente Tese. AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus, por colocar em meus caminhos pessoas de bem e por proporcionar-me oportunidades apropriadas, das quais obtive importantes conquistas no período em que estive em Santa Maria-RS. Agradeço a minha orientadora Profa. Dra. Berta Maria Heinzmann, pela confiança depositada, orientação dedicada, troca de conhecimentos realizada e amizade construída durante o referido curso de Doutorado. Agradeço também de forma especial ao Prof. Dr. Solon Jonas Longhi, pelo grande auxílio dado à este trabalho, devido ao seu conhecimento das florestas em Santa Maria. Agradeço também, ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal, pela oportunidade concedida e por dar credibilidade à este trabalho. Agradeço também à todos os professores do curso, pelos ensinamentos transmitidos em suas respectivas disciplinas, bem como aos demais colegas de curso, pela amizade, interação e troca de experiências, que foram muito ricas. A Regiane, minha querida companheira de todos os momentos, por estar sempre disposta a aceitar novos projetos e desafios, onde quer que seja. Agradeço, em especial, pelo amor, carinho e cuidados dedicados à nossa vida, e pela luta para tornar-nos profissionais de qualidade, independentemente da tarefa que nos é confiada. Agradeço, de forma especial, aos meus pais, José Ulisses Amaral e Vera Lúcia de Paula Amaral, e à toda minha família, que compreendem a minha ausência, pela saudade e falta de convívio durante todos esses anos, desde o início de meus estudos fora de casa em 2000, devido a busca pela formação qualificada e melhores condições de vida. À eles, que me deram os primeiros ensinamentos e apoio incondicional, que foram a base para a formação profissional e formação de um cidadão de bem, o meu muito obrigado. Agradeço e dedico este trabalho, aos meus avós, Maria Aparecida Rodrigues de Paula e Jão Batista de Paula (in memoriam), pelo grande incentivo que me deram para continuar levar adiante os meus estudos. Aos amigos e colegas do Laboratório de Extrativos Vegetais - LABEVE, também o meu muito obrigado, por terem participado direta ou indiretamente deste trabalho, auxiliando na obtenção dos óleos essenciais e na realização dos experimentos, sem os quais não seria possível obter a presente Tese. Agradeço em espacial, a Bianca Schindler e Nádia Helena Bianchini, bolsistas que contribuíram ativamente a este trabalho. Por fim, o meu muito obrigado à todos as pessoas, orientadores, professores, amigos e colegas de trabalho ou de estudos, que permito-me não citar nomes para não cometer nenhuma injustiça, dos quais recebi muita ajuda e incentivos durante esta caminhada, para conseguir chegar até aqui, e nesta data, poder concluir este curso de Doutorado em Engenharia Florestal. “Dai-me um ponto de apoio, e eu moverei o mundo” (Arquimedes) RESUMO Tese de Doutorado Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal Universidade Federal de Santa Maria CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E AVALIAÇÃO BIOLÓGICA DO ÓLEO ESSENCIAL DE Nectandra megapotamica (Spreng.) Mez AUTOR: LÚCIO DE PAULA AMARAL ORIENTADORA: BERTA MARIA HEINZMANN Santa Maria, 04 de agosto de 2014. Nectandra megapotamica (Lauraceae) é abundante na Floresta Estacional Decidual em Santa Maria-RS. O seu óleo essencial (OE) vêm sendo estudado quanto às atividades biológicas, devido a sua ação anti- inflamatória, antifúngica, antimicrobiana, citotóxica contra células tumorais, dentre outras. Na prospecção do OE foram encontrados fenilpropanoides, além de atividades sedativas e anestesicas em Rhamdia quelen. Como hipótese, considerou-se que haja variabilidade sazonal e ocorrência de fenótipos químicos para os indivíduos na mesma população da espécie, com atividade biológica diferenciada para o OE. Os objetivos deste trabalho foram pesquisar o potencial de N. megapotamica, em uma população em Santa Maria, para a produção de OE; determinar o rendimento (R), a composição química e sua variação sazonal; avaliar a possível ocorrência de fenótipos químicos (composição química diferenciada); isolar constituintes de interesse; e por fim, realizar testes de atividades biológicas, para o OE e para o isolado. Os OE foram obtidos de folhas frescas, inicialmente separadas em jovens (FJ) e velhas (FV), por hidrodestilação em triplicata por três horas. As coletas ocorreramem função das estações do ano, em dois locais em Santa Maria-RS (Morro do Elefante e, na proximidade do km 318 da BR 158). Foram determinados os respectivos R, e os OE foram analisados por CG-EM. Algumas amostras também foram analisadas por CG-DIC, em triplicata. A composição química do OE dos indivíduos coletados foi analisada e agrupada por técnicas multivariadas, componentes principais e agrupamento hierárquico. Foi também realizado fracionamento do OE por CC, para o isolamento de uma substância, cuja identificação se deu por RMN. Determinados os grupos químicos (GQ) e o constituinte isolado, os grupos mais discrepantes (GQ2 e GQ5) foram testados quanto a atividade alelopática, inseticida e anestésica em peixes. A isoelemicina foi avaliada para esta última. O maior R do OE foi observado na primavera (FJ 0,24% e FV 0,14%), durante a floração, frutificação e foliação, e o menor no outono (FJ 0,13% e FV 0,11%), na rustificação e repouso. Os constituintes majoritários foram α-pineno, com maior R na primavera e verão (FJ 30,81% e FV 35,86%), e biciclogermacreno, com maior R no outono e inverno (FJ 24,19 e FV 21,73%). Estes formaram dois grandes GQ. No GQ do biciclogermacreno foi observada a presença de fenilpropanoides, que constituíram um grupo específico (GQ5). Já o GQ2 apresentou maiores teores de monoterpenoides. Do OE do GQ5 foi isolada a isoelemicina (fenilpropanoide). Nos testes biológicos realizados foram observadas atividade alelopática (menor germinação de sementes e desenvolvimento de plântulas) para Lactuca sativa cv. regina, Bidens subalternans, Glicine max, Avena strigosa, Lolium multiflorum e Oryza sativa; atividade inseticida em Nezara viridula e sedação em R. quelen. O GQ5 foi superior ao GQ2, nos testes de alelopatia em O. sativa, mas ambos os grupos foram ativos na concentração de 15% de OE para as demais espécies, inibindo100% da germinação de B. subalternans (GQ5) e de A. strigosa (ambos os grupos). Na ação inseticida com 5% do OE, o GQ5 promoveu 46,67% de mortalidade de N. viridula, e o GQ2 apenas 14,44%. Em R. quelen foi observada sedação associada à toxicidade, tanto pelo OE similar ao GQ5 (obtido do segundo local de coleta) como pela isoelemicina. O estágio de anestesia foi observado na concentração de 500 mg L-1 de OE, mas o efeito foi inferior ao observado para o eugenol com 50 mg L-1 (controle positivo). Conclui-se que a espécie, na população avaliada, possui potencial para produzir OE, como fonte de novas moléculas bioativas e mecanismos de ação biológica, que devem considerar a componente de toxicidade, o que exigirá novas pesquisas. Palavras-chave: Canela-preta. Metabólitos secundários. Bioatividade. Fenilpropanoides. Terpenoides. ABSTRACT Doctoral Dissertation Federal University of Santa Maria, RS, Brazil CHEMICAL CHARACTERIZATION AND BIOLOGICAL EVALUATION OF Nectandra megapotamica (Spreng.) Mez.ESSENTIAL OIL AUTHOR: LÚCIO DE PAULA AMARAL ADVISER: BERTA MARIA HEINZMANN Santa Maria, August 4th 2014. Nectandra megapotamica (Lauraceae) is abundant in the Deciduos Forest in Santa Maria-RS. Its essential oil (EO) has been studied for biological activities due to its anti-inflammatory, antifungal, antimicrobial, and cytotoxic effects against tumor cells, among others. The presence of phenylpropanoids as well as sedative and anesthetic activities in R. quelen were observed in the prospect of EO of Nectandra megapotamica. As a hypothesis, we considered the seasonal variability and the occurrence of chemical phenotypes for the individuals in the same population of the species with different biological activities for the EO. The objectives of this study were to define the potential of N. megapotamica in a population in Santa Maria-RS for the production of EO; to determine the yield (Y), chemical composition and the seasonal variation of EO; to evaluate the possible occurrence of chemical phenotypes (differentiated chemical composition); to isolate compounds of interest; and to perform tests of biological activities for the EO and for the isolated compound. The EO samples were obtained from fresh leaves, which were initially separated in young (YL) and old leaves (OL) by hydrodistillation in triplicate for three hours. The collections occurred in function of the seasons in two locations in Santa Maria-RS (Morro do Elefante, and in the proximity of the 318 km of BR 158). The respective Y values were determined, and EO samples were analyzed by GC/MS. Some samples were also analyzed by GC-FID, in triplicate. The chemical composition of the EO was analyzed and grouped by multivariate techniques, main components and hierarchical grouping. The EO was also fractionated by CC, for the isolation of a compound, whose identification happened by NMR. The discrepant groups (CG2 and CG5) were tested for allelopathic, insecticide and anesthetic activities in fish. The compound obtained from CG5 was identified as isoelemicin (phenylpropanoid) and also tested for the anesthetic activity. The largest Y for the EO was observed in spring (YL 0.24% and OL 0.14%) during flowering, fruiting and foliation, and the lowest in autumn (YL 0.13% and OL 0.11%) in the rustification and at rest. The major constituents were α- pinene with greater Y in spring and summer (YL 30.81% and OL 35.86%), and bicyclogermacrene with greater Y in autumn and winter (YL 24.19% and OL 21.73%), which formed two large CG. In the CG of bicyclogermacrene, the presence of phenylpropanoids was observed and therefore it constituted a specific group (CG5). However, CG2 presented higher concentration of monoterpenoids. In the biological tests, the allelopathic activity (lower seed germination and seedling development) for L. sativa var. regina, B. subalternans, G. max, A. strigosa, L. multiflorum and O. sativa was observed when the seeds were submitted to the EO. Moreover, the insecticidal activity was observed in N. viridula, and also sedation in R. quelen. The CG5 was superior than CG2, concerning allelopathy in O. sativa; however, both groups were active at the concentration of 15% EO for the other species, which inhibits 100% germination of B. subalternans (QG5) and A. strigosa (both groups). Regarding the insecticidal action of EO at 5%, the CG5 promoted 46.67% mortality of N. viridula, and CG2 only 14.44%. Concering R. quelen, we observed toxicity associated with sedation, both by the EO similar to CG5 and by isoelimicin. The stage of anesthesia was observed at the concentracion of 500 mg L-1 EO; however, the effect was lower than that observed for eugenol (positive control). In conclusion, the species in the population assessed has the potential to produce EO as a source of new bioactive molecules and biological action mechanisms that should consider the toxicity component, which requires further studies. Keywords: Canela-preta. Secondary metabolites. Bioactivity. Phenylpropanoids. Terpenoids. LISTA DE ILUSTRAÇÕES INTRODUÇÃO Figura 1. Distribuição de Nectandra megapotamica no Brasil ........................................... 20 Figura 2. Nectandra megapotamica – aspecto geral da árvore fora da floresta (1.A); detalhes das folhas nos ramos (1.B); detalhes da inflorescência (1.C); detalhes dos frutos (1.D) detalhes da casca (1.E) .............................................................. 21 ARTIGO 1 Figure 1. Seasonal variability of the major constituents of the essential oils of Nectandra megapotamica in young leaves–YL (1.A) and old leaves–OL (1.B) collected in Santa Maria, RS, Brasil ....................................................................................... 34 Figure 2. Seasonal variability of the major constituents of the essential oils of Nectandra megapotamica grouped into classes: monoterpenes and sesquitepernes in young leaves–YL (2.A) and old leaves–OL (2.B) collected in Santa Maria, RS, Brasil ......... 35 ARTIGO 2 Figura 1. Dendrograma para el agrupamiento de las muestras de los AE de HJ (1.A) y HV (1.B) de Nectandra megapotamica, recolectadas en Santa Maria-RS .......................... 50 Figura 2. Dispersión de los casos para los AE de HJ (2.A) y HV (2.C), y de las variables para los AE de HJ (2.B) y HV (2.D) de N. megapotamica recolectadas en Santa Maria- RS .......................................................................................................................................... 51 MANUSCRITO 1 Figura 1. Atividade alelopática do OE de N. megapotamica para o fator grupo químico ........... 69 Figura 2. Atividade alelopática do OE de N. megapotamica para o fator concentração ............. 70 Figura 3. Análise de tendência para as CP1 média das espécies dicotiledôbeas (3.A) e monocotiledôneas (3.B) submetidas a ação alelopática dos OE de N. megapotamica ................................................................................................................................................ 71 Figura 4. Atividade alelopática do OE de N. megapotamica para os tratmentos empregados .... 73 RESULTADOS ADICIONAIS Figura 1. Material utilizado nos testes de avaliação de atividade inseticida. Placa de petri de vidro de 9 centímetros de diâmetro com 10 indivíduos adultos de percevejo da soja (1.A); borrifadores de vidro com válvula spray para aplicação de solução com OE (1.B); Forma de aplicação dos tratamentos (1.C) ............................................................ 87 Figura 2. Atividade inseticida dos OE do GQ5 e GQ2, obtidos das folhas velhas de N. megapotamica coletadas no Morro do Elefante, Santa Maria-RS ................................. 89 Figura 3. Variabilidade da preciptação acumulada (A), temperatura (B), umidade relativa do ar (C), insolação (D), pressão atmosférica (E) e rendimento do óleo essencial de Nectandra megapotamica para os dois períodos de coleta (F) em Santa Maria-RS .... 92