Ascophyllum nodosum extract biostimulants and their role in enhancing tolerance to drought stress in tomato plants

Resumo

As mudanças globais no clima estão levando ao aumento da ocorrência e duração dos episódios de seca com redução simultânea no rendimento das culturas. A expansão da área irrigada não parece ser uma solução viável em muitas regiões para aumentar a produtividade das culturas. O desenvolvimento de características de tolerância à seca por modificação genética ou melhoramento de plantas representa as principais abordagens para enfrentar esse desafio até o momento. Os bioestimulantes são uma categoria emergente de produtos de manejo de culturas que podem aumentar a produtividade das culturas sob condições de estresse abiótico. A capacidade de alguns produtos bioestimulantes, como os extratos de Ascophyllum nodosum (ANE), de aumentar a tolerância das culturas ao estresse hídrico tem sido observada pelos produtores. O objetivo deste estudo foi investigar se diferentes bioestimulantes ANE comerciais fornecem a mesma tolerância para plantas de tomate (cv. Moneymaker) submetidas a um período definido de seca. Uma caracterização composicional das principais macromoléculas de ANEs foi realizada. Além disso, foi avaliado o papel dos bioestimulantes ANE na indução de alterações nos níveis de clorofila e osmólitos, produção de MDA, padrão de isoforma de deidrina e níveis de expressão gênica de deidrina. Verificou-se que os três bioestimulantes ANE avaliados fornecem diferentes níveis de tolerância a plantas de tomate sob estresse hídrico. O nível de tolerância à seca fornecido foi relacionado a alterações na concentração de osmólitos e expressão do gene tas14 deidrina. Em conjunto, nossos resultados destacam que, apesar de todos os bioestimulantes ANE serem fabricados com a mesma matéria-prima, sua capacidade de manter a produtividade das culturas durante e após o estresse hídrico não foi a mesma.

Abstract

Global changes in climate are leading to increased occurrence and duration of drought episodes with concurrent reduction in crop yields. Expansion of the irrigated land area does not appear to be a viable solution in many regions to deliver crop productivity. The development of crop drought tolerance traits by either genetic modification or plant breeding represent the principal approaches to meeting this challenge to date. Biostimulants are an emerging category of crop management products which can enhance crop productivity under abiotic stress conditions. The ability of some biostimulant products such as Ascophyllum nodosum extracts (ANE) to enhance the tolerance of crops to drought stress has been observed by growers. The objective of this study was to investigate if different commercial ANE biostimulants provided the same tolerance to tomato plants (cv. Moneymaker) subjected to a defined drought period. A compositional characterisation of the key macromolecules of ANEs was performed. In addition, the role of ANE biostimulants in inducing changes of chlorophyll and osmolytes levels, MDA production, dehydrin isoform pattern and dehydrin gene expression levels was assessed. The three ANE biostimulants evaluated were found to provide different levels of tolerance to drought stressed tomato plants. The level of drought tolerance provided was related to changes in the concentration of osmolytes and expression of tas14 dehydrin gene. Taken together, our results highlight that despite the fact all ANE biostimulants were manufactured from the same raw material, their ability to maintain crop productivity during and after drought stress was not the same.