Trends in seaweed extract based biostimulants: manufacturing process and beneficial effect on soil-plant systems

Resumo

O tempo em que os bioestimulantes vegetais eram considerados como “óleo de cobra” é antigo e o ceticismo em relação aos seus benefícios agrícolas diminuiu significativamente, pois evidências científicas sólidas de seus efeitos positivos são continuamente fornecidas. Atualmente, os bioestimulantes vegetais são considerados uma classe completa de insumos agrícolas e uma oportunidade de negócios altamente atraente para os principais atores da agroindústria. Como a categoria dominante do segmento de biofertilizantes, os extratos de algas marinhas foram fundamentais neste crescente renome. Eles são amplamente conhecidos como substâncias com a função de atenuar o estresse abiótico e aumentar a produtividade das plantas. Os extratos de algas marinhas são derivados da extração de várias espécies de macroalgas, que dependendo da metodologia de extração levam à produção de misturas complexas de compostos biologicamente ativos. Consequentemente, as respostas das plantas são muitas vezes inconsistentes, e decifrar com precisão o mecanismo de ação envolvido permanece altamente intrincado. Recentemente, cientistas de todo o mundo têm se interessado em explorar os mecanismos ocultos de ação desses recursos por meio do emprego de abordagens multidisciplinares e de alto rendimento, combinando fisiologia vegetal, biologia molecular, agronomia e técnicas multiômicas. O objetivo desta revisão é fornecer novos insights sobre o conceito de extrato de algas marinhas (SE), abordando o assunto em pontos de vista modernos com base no conhecimento científico atual e levando em consideração as reivindicações acadêmicas e industriais em concomitância com as exigências do mercado. O processo de extração crucial bem como o efeito de tais produtos na absorção de nutrientes e seu papel na tolerância ao estresse abiótico e biótico são examinados com ênfase nos mecanismos envolvidos no nível metabólico e genético. Além disso, são discutidos alguns efeitos indiretos e frequentemente negligenciados dos extratos de algas marinhas, como sua influência no microbioma vegetal. Finalmente, é abordado o impacto plausível do regulamento de bioestimulantes vegetais recentemente aprovado na indústria de extrato de algas marinhas.

Abstract

The time when plant biostimulants were considered as “snake oil” is erstwhile and theskepticism regarding their agricultural benefits has significantly faded, as solid scientific evidencesof their positive effects are continuously provided. Currently plant biostimulants are consideredas a full-fledged class of agri-inputs and highly attractive business opportunity for major actorsof the agroindustry. As the dominant category of the biostimulant segment, seaweed extractswere key in this growing renown. They are widely known as substances with the function ofmitigating abiotic stress and enhancing plant productivity. Seaweed extracts are derived from theextraction of several macroalgae species, which depending on the extraction methodology lead to theproduction of complex mixtures of biologically active compounds. Consequently, plant responsesare often inconsistent, and precisely deciphering the involved mechanism of action remains highlyintricate. Recently, scientists all over the world have been interested to exploring hidden mechanismof action of these resources through the employment of multidisciplinary and high-throughputapproaches, combining plant physiology, molecular biology, agronomy, and multi-omics techniques.The aim of this review is to provide fresh insights into the concept of seaweed extract (SE), throughaddressing the subject in newfangled standpoints based on current scientific knowledge, and takinginto consideration both academic and industrial claims in concomitance with market’s requirements.The crucial extraction process as well as the effect of such products on nutrient uptake and their rolein abiotic and biotic stress tolerance are scrutinized with emphasizing the involved mechanisms atthe metabolic and genetic level. Additionally, some often overlooked and indirect effects of seaweedextracts, such as their influence on plant microbiome are discussed. Finally, the plausible impact ofthe recently approved plant biostimulant regulation on seaweed extract industry is addressed.