Compostos bioestimulantes de macroalgas Sargassum filipendula e Kappaphycus alvarezii para plantas vasculares

Abstract

O cultivo de macroalgas é um importante segmento da aquicultura. A maior parte das macroalgas produzidas é destinada à indústria alimentícia, porém, nos últimos anos, a utilização dessas como bioestimulantes para a indústria agrícola vem ganhando destaque. Isso se deve ao fato de extratos de macroalgas conterem uma grande quantidade de compostos bioativos que podem melhorar o desenvolvimento vegetal em suas diversas etapas do ciclo de vida, seja quando cultivados em condições ótimas, ou quando em condições de estresse. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de estimulação de plantas vasculares (Arabidopsis thaliana e rabanete Raphanus sativus) a partir do uso de extratos das macroalgas tropicais Kappaphycus alvarezii e Sargassum filipendula. O primeiro capítulo avaliou a produção de raízes e partes aéreas de A. thaliana após aplicação de extratos metanólicos de ambas as espécies de macroalgas cultivadas em diferentes condições. O segundo capítulo avaliou os efeitos de extratos aquosos obtidos sob pressão de ambas as macroalgas na germinação e crescimento do rabanete em estresse por alta temperatura. Foi observado que as concentrações mais baixas (= 0,05 mg mL-1) dos extratos metanólicos estimularam o crescimento de raízes e parte aérea das plântulas de A. thaliana, ao passo que as concentrações mais altas (= 0,10 mg mL-1) inibiram tais parâmetros. Ainda, observou-se que extratos metanólicos provenientes de macroalgas cultivadas em condições padrão de laboratório apresentaram maior potencial estimulatório nas plântulas e macroalgas cultivadas em diferentes condições apresentaram maior conteúdo de compostos fenólicos e de flavonóides. Além disso, os extratos provenientes dos tratamentos KP-padrão, KP-20ºC, KP-AMPEP e SG-padrão apresentaram diferentes perfis de aminoácidos e substâncias relacionadas à estimulação de plantas vasculares, tais como a 4-hidroxiprolina, o ácido pipecólico e a cumarina. Com relação à extração aquosa obtida sob pressão, o rendimento foi avaliado para ambas as espécies. Posteriormente, os extratos foram testados em sementes de rabanete cultivadas em 25 °C e 35 °C, bem como em plantas cultivadas outdoor no verão. K. alvarezii rendeu três vezes mais extrato que S. filipendula, enquanto que o extrato de S. filipendula estimulou a germinação de sementes cultivadas em 35 °C em concentração cinco vezes mais baixa que o extrato de K. alvarezii. As análises demonstraram alterações morfológicas nas plântulas cultivadas em alta temperatura no entanto, não foi observada diferença no conteúdo de enzimas antioxidantes entre os tratamentos, provavelmente por causa da presença de substâncias bioestimulantes nos extratos. Com base nos resultados observados, concluímos que os extratos metanólicos de ambas as espécies podem ser aproveitados na indústria agrícola em baixas concentrações (0,03 mg mL-1 para K. alvarezii e 0,01 mg mL-1 para S. filipendula), de preferência após aclimatação das macroalgas por uma semana em laboratório previamente à produção dos extratos, pois é provável que a aclimatação estabilizou os extratos. Ainda, extratos aquosos de ambas as espécies de macroalgas protegem as sementes em germinação dos efeitos do estresse por alta temperatura sem interferir no desenvolvimento posterior das plantas. Nesse contexto, as melhores concentrações foram de 0,05 mg mL-1 para K. alvarezii e 0,01 mg mL-1 para S. filipendula.

Abstract : Seaweed cultivation is an important sector of aquaculture. While most of the seaweed production is destined to food industry, the utilization of seaweed biomass to produce biostimulants in agriculture has been growing in the last years. This fact is due to the seaweed composition, which may contain a wide range of bioactive compounds which can enhance the crop development in several stages of their life cycle in optimal farming conditions or under stress. The aim of this work was to evaluate the stimulation potential of tropical seaweeds Kappaphycus alvarezii and Sargassum filipendula extracts in Arabidopsis thaliana and radish Raphanus sativus. The first chapter evaluated the production of roots and aerial parts of A. thaliana plantlets after the application of methanolic extracts from both seaweeds species, previously cultivated in different conditions. In the second chapter, high pressurized aqueous seaweed extract from both seaweeds was tested on radish germination and growth under high temperature. Lower concentrations of methanolic extracts (= 0.05 mg mL-1) stimulated plant roots and aerial parts of A. thaliana plantlets, while higher concentrations (= 0.10 mg mL-1) inhibited those parameters. Moreover, the stimulatory effects was higher on plants after application of the methanolic extracts from seaweed previously cultivated under standard laboratory conditions and the phenolic and flavonoid content was higher in seaweeds cultivated under different conditions. Also, extracts from KP-padrão, KP-20ºC, KP-AMPEP and SG-padrão presented different amino acid pattern as well as other compounds related to vascular plant stimulation, such as 4-hydroxilproline, pipecolic acid and coumarin. Regarding to high pressurized aqueous extract, the yield was evaluated for both seaweed species. After, those extracts were applied in radish seeds cultivated under 25 °C and 35 °C, as well as in plants cultivated outdoor in the summer. K. alvarezii yielded three times more extracts than S. filipendula, while S. filipendula extract stimulated the seed germination under 35 °C in concentrations five times lower than K. alvarezii extract. Microscopy analyzes showed morpho-histological alterations in plants cultivated in high temperature, although no difference was observed in antioxidant enzymes content among treatments, probably because of the bioactive compounds in the extracts. Based on the results, we concluded that the methanolic extracts of both species can be used in agricultural industry in low concentrations (0.03 mg mL-1 for K. alvarezii and 0.01 mg mL-1 for S. filipendula), preferably after a period of one-week acclimation in laboratory conditions before the extracts production because the acclimation seems to stabilized the extracts. Also, seaweed aqueous extracts protect the seedlings from the effects of the high temperature stress without interfere in plants development. In this context, the best concentrations were 0.05 mg mL-1 for K. alvarezii and 0.01 mg mL-1 for S. filipendula.