Evaluation of Seaweed Extracts From Laminaria and Ascophyllum nodosum spp. as Biostimulants in Zea mays L. Using a Combination of Chemical, Biochemical and Morphological Approaches

Resumo

Extratos de algas marinhas podem ser empregados como bioestimulantes durante o cultivo de culturas devido a
seus efeitos positivos sobre o desempenho da planta. Portanto, neste estudo, um extrato de Laminaria (A) e cinco extratos de Ascophyllum nodosum (B-F) foram testados em plantas de milho (Zea mays L.) fornecidas por 2 dias com 0,5 mL L-1 de produtos individuais avaliar sua capacidade de estimular o crescimento radicular e morfologia, nutrição e acúmulo de açúcares. Primeiramente, os extratos foram caracterizados quimicamente via transformada de Fourier espectroscopias de infravermelho (FT-IR) e FT-Raman, e seu conteúdo em carbono, nitrogênio, ácidos fenólicos e hormônios (ácido indol-3-acético, IAA e isopenteniladenosina, IPA) foi quantificado. As atividades tipo auxina e tipo ácido giberélico de todos os extratos também foram determinado. Os espectros FT-IR e FT-Raman forneceram informações complementares representando
padrão espectral distinto para cada extrato. As bandas atribuídas aos ácidos algínico e urônico foram dominantes nos espectros FT-IR, enquanto aqueles correspondentes a anéis poliaromáticos eram evidentes em espectros FT-Raman. Em geral, os extratos estimularam o crescimento radicular, nutrição, esterase atividade e teor de açúcar. No entanto, eles mostraram alta variação nas características químicas, o que pode explicar sua diferente capacidade em desencadear respostas fisiológicas no milho. Dentre os extratos de A. nodosum, por exemplo, o E foi o mais eficiente em promover características morfológicas, provavelmente devido ao seu elevado conteúdo em IAA (32,43 nM), enquanto o extrato F foi o maior teor de fenóis (1.933 mg L-1) e o mais bem sucedido em melhorar nutrição vegetal. Por outro lado, o extrato de C foi muito eficaz em estimular a alongamento, mas não influenciou na nutrição das plantas. Os extratos B e D induziram efeitos positivos semelhantes efeitos nas plantas, embora variassem muito em composição química. extrato de Laminaria (A) diferiu dos extratos de A. nodosum, pelo baixo teor de fenóis totais e pela presença de atividades semelhantes a IAA e GA. Concluímos que todos os extratos de algas marinhas atuaram como bioestimulantes no milho, mas suas propriedades químicas parecem cruciais para prever a resposta fisiológica preferencialmente provocada por extratos de algas marinhas individuais.

Abstract

Seaweed extracts can be employed as biostimulants during crop cultivation owing to
their positive effects on plant performance. Therefore, in this study one extract from
Laminaria (A) and five extracts from Ascophyllum nodosum (B–F) were assayed on
maize (Zea mays L.) plants supplied for 2 days with 0.5 mL L−1 of single products
to evaluate their capacity to stimulate root growth and morphology, nutrition, and
sugars accumulation. Firstly, extracts were chemically characterized via Fourier transform
infrared (FT-IR) and FT-Raman spectroscopies, and their content in carbon, nitrogen,
phenolic acids and hormones (indole-3-acetic acid, IAA, and Isopentenyladenosine, IPA)
was quantified. The auxin like- and gibberellic acid -like activities of all extracts were also
determined. FT-IR and FT-Raman spectra provided complementary information depicting
distinct spectral pattern for each extract. Bands assigned to alginic and uronic acids were
dominant in FT-IR spectra, while those corresponding to polyaromatic rings were evident
in FT-Raman spectra. In general, extracts stimulated root growth, nutrition, esterase
activity, and sugar content. However, they showed high variation in chemical features,
which may explain their different capacity in triggering physiological responses in maize.
Among A. nodosum extracts for instance, E was the most efficient in promoting root
morphology traits, likely because of its elevate content in IAA (32.43 nM), while F extract
was the highest in phenol content (1,933 mg L−1) and the most successful in improving
plant nutrition. On the other hand, C extract was very effective in stimulating root
elongation, but did not influence plant nutrition. B and D extracts induced similar positive
effects on plants, although they greatly varied in chemical composition. Laminaria extract
(A) differed from A. nodosum extracts, because of its low content in total phenols and the
presence of both IAA- and GA-like activity. We conclude that all seaweed extracts acted
as biostimulants in maize, but their chemical properties appeared crucial in predicting
the physiological response preferentially elicited by individual seaweed extracts.