Seaweeds as plant health promoters

Abstract

Atualmente, o aumento exponencial da população humana levou à massificação de práticas agrícolas, sendo a produtividade e sustentabilidade das culturas agrícolas uma das maiores preocupações. Paralelamente, a intensificação do uso de fertilizantes e pesticidas sintéticos tem levado a impactos nocivos na saúde humana e ao meio ambiente. Sendo por isso uma das tendências atuais, a busca por novos produtos estimulantes e pesticidas naturais. Neste contexto, as algas surgem como um elemento-chave, sendo que é evidenciado na literatura o potencial dos seus extratos e alguns compostos (exemplo: polissacarídeos) para contribuir para um futuro mais sustentável da prática agrícola. Com este objetivo, avaliou-se o impacto de polissacarídeos sulfatados na germinação e desenvolvimento de plântulas de couve (Brassica oleracea). Como tal, os principais polissacarídeos das algas (agar, carragenana e alginato) foram extraídos, caracterizados quimicamente por espectroscopia infravermelha transformada de Fourier (FTIR-ATR) e aplicados em sementes de B. oleracea (1 mg/ mL). Entre os polímeros testados, a carragenana-iota (de Calliblepharis jubata), a carragenana-kappa/ iota (do gametófito feminino de Chondracanthus teedei var. lusitanicus) e agar (de Gracilaria gracilis) apresentaram efeitos positivos no crescimento da couve, particularmente no comprimento e peso da parte aérea. De seguida, foram realizados ensaios em estufa com o extrato aquoso da alga castanha Saccharina latissima (1,2% v/v) e o biofertilizante à base de bactérias BlueN (0,03% m/v), tanto aplicados isoladamente como em conjunto. Verificou-se que o extrato de alga isolado e em conjunto com o BlueN afetaram o crescimento e as características nutricionais da alface (Lactuca sativa var. crispa L.) positivamente, produzindo folhas de alface mais pesadas (74,13 ± 3,07 e 74,25 ± 6,86 g, respetivamente) e enriquecidas com micronutrientes, como o manganês e o zinco. Com uma abordagem estratégica e integrada em mente, os polissacarídeos previamente extraídos (1 mg/ mL) e os seus extratos aquosos (1,2 % v/v) foram testados quanto ao seu potencial antifúngico contra Botryosphaeria dothidea (Ascomycota) através do método de difusão de disco de agar. Apesar de neste estudo, não se ter observado inibição do crescimento fúngico, a literatura indica que os compostos de algas podem estimular respostas de defesa da planta e proteger as culturas agrícolas contra vários fito-patógenos.Em suma, este estudo demonstra que os extratos aquosos e os polissacarídeos das macroalgas têm potencial no estímulo do desenvolvimento e crescimento de plântulas/ plantas, no entanto, não se verificou atividade antifúngica.

Currently, the exponential growth of the human population has resulted in the massification of agricultural practices, with agricultural productivity and sustainability being among the most pressing concerns. Similarly, the increased use of fertilizers and synthetic pesticides has resulted in negative effects on human health and the environment. As a result, one of the current trends is the search for new stimulants and natural pesticides. In this context, algae emerge as a key element, with literature demonstrating the potential of its extracts and some compounds (for example, polysaccharides) to contribute to a more sustainable agricultural practice. With this goal in mind, the impact of sulfated polysaccharides on the germination and development of kale (Brassica oleracea) seedlings was evaluated. As a result, the main algal polysaccharides (agar, carrageenan, and alginate) were extracted, characterized chemically by infrared spectroscopy (FTIR-ATR), and applied to B. oleracea seeds (1mg/ mL). Among the polymers tested, iota-carrageenan (from Calliblepharis jubata), kappa/iota-carrageenan (from the female gametophyte of Chondracanthus teedei var. lusitanicus) and agar (from Gracilaria gracilis) showed positive effects on kale seedlings growth and development, particularly on the length and weight of the aerial part. Afterwards, experiments in glasshouse were conducted using an aqueous extract of the brown seaweed Saccharina latissima (1.2% v/v) and a biofertilizer based on bacteria, BlueN (0.03% m/v), both separately and in combination. The seaweed extract alone and combined with BlueN affected the growth and nutritional characteristics of lettuce (Lactuca sativa var. crispa L.) positively, resulting on heavier lettuce leaves (74.13 ± 3.07 e 74.25 ± 6.86 g, respectively) and enriched with micronutrients, such as manganese and zinc. With a strategic and integrated approach in mind, previously extracted polysaccharides (1 mg/ mL) and their aqueous extracts (1.2 % v/v) were tested for their antifungal potential against Botryosphaeria dothidea (Ascomycota) using the agar disk diffusion method. Although no inhibition of fungal growth was observed in this study, the literature indicates that algae compounds can stimulate plant defense responses and protect agricultural crops against several phytopathogens. In short, this study demonstrates that seaweed aqueous extracts and polysaccharides have potential in plant growth stimulation and seedling development, however, they do not show antifungal activity.