Discrete roles for extracts of Ascophyllum nodosum in enhancing plant growth and tolerance to abiotic and biotic stresses

Resumo

A elucidação dos papéis precisos dos extratos de algas marinhas na agricultura tem sido restrita por uma abordagem generalizada de “tamanho único” para extração, desenvolvimento e validação funcional. Neste estudo, classificamos extratos de algas marinhas com base em sua extração, propriedades bioquímicas e funcionais e demonstramos papéis distintos para extratos derivados de alta e baixa temperatura de Ascophyllum nodosum no aumento do crescimento e tolerância das plantas a estresses abióticos e bióticos. Em resumo, as propriedades bioquímicas dos extratos foram caracterizadas e sua potencial influência no crescimento e saúde das plantas foi investigada. Níveis mais elevados de antioxidantes foram observados para um extrato derivado de alta temperatura (HT) (Super Fifty®) em comparação com um extrato derivado de baixa temperatura (LT) (Ecolicitor®), com uma diferença de 32 vezes detectada (ensaio FRAP), portanto sugerindo benefícios conferidos por extratos derivados de HT em situações de estresse abiótico. A análise do crescimento em condições salinas e não salinas deu resultados contrastantes. Em condições não salinas, nenhuma diferença significativa entre os tratamentos foi observada. No entanto, em condições de alta salinidade, foi observado um aumento de 42,5% no peso da alface no tratamento com extrato derivado de HT em comparação com 28,5% com extrato derivado de (LT). Em contraste, os efeitos de estresses bióticos foram reduzidos mais pelo extrato derivado de LT do que pelo extrato derivado de HT, com reduções locais e sistêmicas nos diâmetros de lesão de Sclerotinia sclerotiorum e Alternaria brassicae alcançadas no tratamento com extrato derivado de LT. Em conclusão, este estudo demonstra um nível significativo de especificidade ligada ao tipo de extração e apaia uma abordagem de ‘adequação ao propósito’ para a validação das propriedades do extrato de algas marinhas e suas aplicações específicas na agricultura.

Abstract

Elucidation of the precise roles of seaweed extracts in agriculture has been restricted by a widespread ‘one-size-fits-all’ approach to extraction, development and functional validation. In this study, we classify extracts of seaweed on the basis of their extraction, biochemical and functional properties therein and demonstrate discrete roles for high and low temperature-derived extracts of Ascophyllum nodosum in enhancing plant growth and tolerance to abiotic and biotic stresses. In brief, the biochemical properties of extracts were characterised and their potential influence on plant growth and health was investigated. Higher antioxidant levels were observed for a high temperature (HT)-derived extract (Super Fifty^®) compared with a low-temperature (LT)-derived extract (Ecolicitor^®), with a 32-fold difference detected (FRAP assay), therefore suggesting benefits conferred by HT-derived extracts in abiotic stress situations. Analysis of growth in saline and non-saline conditions gave contrasting results. In non-saline conditions, no significant difference between treatments was observed. However, in conditions of high salinity, a 42.5% increase in lettuce weight on treatment with HT-derived extract was observed compared to 28.5% with (LT)-derived extract. In contrast, the effects of biotic stresses were reduced more by LT-derived extract than by HT-derived extract, with local and systemic reductions in Sclerotinia sclerotiorum and Alternaria brassicae lesion diameters achieved on treatment with LT-derived extract. In conclusion, this study demonstrates a significant level of specificity linked to extraction type and supports a ‘fitness-for-purpose’ approach to validation of seaweed extract properties and their specific applications in agriculture.