Microalgae polysaccharides bio-stimulating effect on tomato plants: Growth and metabolic distribution

Resumo

Os polissacarídeos de microalgas representam um potencial biorrecurso para o aprimoramento e proteção de culturas agrícolas. Investigamos a possibilidade de usar polissacarídeos de microalgas como bioestimulante vegetal. O extrato bruto de polissacarídeos (PS) de três linhagens de microalgas foi aplicado a plantas de Solanum lycopersicum por irrigação e comparado com base em seus efeitos no comprimento da parte aérea e da raiz, número de nós e peso seco da parte aérea e da raiz. A aplicação de 1 mg mL ⁻¹ PS de A. platensis, D. salina e Porphorydiumsp. em plantas de tomate melhoraram significativamente o número de nós (NN), peso seco da parte aérea (SDW) e comprimento da parte aérea (SS) em 75 %, 46,6 %, 25,26 % em comparação com o controle, respectivamente. Além disso, o tratamento com PS bruto mostrou uma melhora no conteúdo de carotenóides, clorofila e proteínas, e nas atividades de Nitrato Redutase (NR), NAD-Glutamato Desidrogenase (NAD-GDH) nas folhas das plantas em comparação com o controle. 1 mg mL ⁻¹ de Porphorydium sp. aumentou significativamente o teor de carotenóides e a atividade de NAD-GDH em 400%, 200% em comparação com o controle, respectivamente. Da mesma forma, A. platensisPS melhorou a atividade de chl a, chl b e NR em 90,1%, 102,7% e 88,34 em comparação com o controle, respectivamente. Além disso, verificou-se que o tratamento com PS afetou o teor de proteína, que chega a 88,3 % sob 0,5 mg mL ⁻¹ do tratamento com D. salina PS. A análise metabolômica GC-MS também mostrou uma mudança nos perfis de lipídios, esteróis e alcanos. Alguns precursores de esteróis foram aumentados, como Cholesta-6,22,24-trieno, o que pode indicar um aumento da biossíntese de esteróis e/ou glicoalcalóides esteróides em plantas tratadas.

Portanto, esta é uma evidência para usar polissacarídeos de microalgas como bioestimulante vegetal.

Abstract

Microalgae polysaccharides represent a potentially bioressource for the enhancement and the protection of agricultural crops. We investigate the possibility to use microalgae polysaccharides as a plant biostimulant. The crude polysaccharides extract (PS) from three microalgae strains were applied to Solanum lycopersicum plants by irrigation and compared basing on their effects on shoot and root length, nodes number and shoot and root dry weight. The application of 1 mg mL⁻¹ PS from A. platensis, D. salina and Porphorydium sp. on tomato plants improved significantly the nodes number (NN), shoot dry weight (SDW), and shoot length (SS) by75 %, 46,6 %, 25,26 % compared to control respectively. Furthermore, crude PS treatment showed an improvement of carotenoid, chlorophyll and proteins content, and Nitrate Reductase (NR), NAD-Glutamate Dehydrogenase (NAD-GDH) activities in plants leaves compared to control. 1 mg mL⁻¹ of Porphorydium sp. enhanced significantly the carotenoid content and NAD-GDH activity by 400 %, 200 % compared to control respectively. In the same way, A. platensis PS improved chl a, chl b and NR activity by 90.1 %, 102.7 % and 88.34 compared to control respectively. In addition, it is found that a PS treatment has affected the protein content, which reaches 88.3 % under 0.5 mg mL⁻¹ of D. salina PS treatment. GC–MS metabolomics analysis also showed a change in lipids, sterol and alkanes profiles. Some sterols precursors were increased such as Cholesta-6,22,24-triene, which may indicate an enhancement of the biosynthesis of sterols and/or steroidal glycoalkaloids in treated plants.

Therefore, this is an evidence to use microalgae polysaccharides as a plant biostimulant.