Biostimulants Derived from Moroccan Seaweeds: Seed Germination Metabolomics and Growth Promotion of Tomato Plant

Resumo

Polissacarídeos extraídos de algas marinhas podem funcionar como bioestimulantes vegetais. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos de Extratos Enriquecidos com Polissacarídeos (PEEs) obtidos de 17 algas marinhas marroquinas, na germinação de sementes de tomate e no crescimento das plantas. Três concentrações (0,02, 0,05 e 0,1 mg mL−1) de PEEs foram aplicadas em sementes de tomate para avaliar seu efeito em três parâmetros de germinação: porcentagem de germinação (GP), velocidade de germinação (GS) e tempo médio de germinação (MGT). A análise metabolômica por GC-MS foi posteriormente realizada nas mudas. No segundo experimento, quatro concentrações de PEEs (0,02, 0,05, 0,1 e 0,2 mg mL-1) foram utilizadas como adubação foliar ou como aplicação no solo em tomateiros. Foram medidos seus parâmetros de crescimento (número de folhas, comprimento da parte aérea, massa fresca e seca do caule e raízes) e parâmetros bioquímicos (clorofila a e b). Os resultados indicaram um aumento significativo de GP e GS associado a uma redução significativa de MGT de sementes de tomate tratadas com 0,02 mg mL−1 de PEEs obtidos de Gigartina sp., Gigartina pistillata, Chondracanthus acicularis, Gelidium crinale, Schizymenia dubyi, Cystoseira. foeniculacea e Fucus espiralis. Resultados semelhantes também foram obtidos pela aplicação de maior concentração de PEEs (0,1 mg mL-1) extraídos de Ulva rigida, Codium tomentosum, Codium decorticatum e Bifurcaria bifurcata. A análise metabolômica em plântulas detectou a presença de alguns metabólitos que poderiam estar envolvidos no aumento ou inibição da germinação das sementes. Os resultados do segundo experimento mostraram que os mesmos PEEs citados acima nas mesmas concentrações aumentaram o peso seco das plantas e o teor de clorofila a, exceto Gigartina sp., C. foeniculacea e C. decorticatum. Além disso, a aplicação de PEEs no solo foi mais eficaz na melhoria dos parâmetros de crescimento das plantas do que a aplicação foliar. O estudo mostra o potencial dos PEE das algas marroquinas para serem utilizados como bioestimulantes para uma agricultura sustentável.

Abstract

Polysaccharides extracted from seaweeds can function as plant biostimulants. The aim of this study was to assess the effects of Polysaccharide Enriched Extracts (PEEs) obtained from 17 Moroccan seaweeds, on tomato seed germination and plant growth. Three concentrations (0.02, 0.05 and 0.1 mg mL⁻¹) of PEEs were applied to tomato seeds to evaluate their effect on 3 germination parameters: germination percentage (GP), germination speed (GS) and mean germination time (MGT). Metabolomic analysis by GC–MS was subsequently performed on seedlings. In the second experiment, four PEEs concentrations (0.02, 0.05, 0.1 and 0.2 mg mL⁻¹) were used as foliar spray or as soil application to tomato plants. Their growth parameters (number of leaves, shoot length, fresh and dry weight of stem and roots) and biochemical parameters (chlorophyll a and b) were measured. Results indicated a significant increase of GP and GS associated with a significant reduction of MGT of tomato seeds treated with 0.02 mg mL⁻¹ of PEEs obtained from Gigartina sp., Gigartina pistillata, Chondracanthus acicularis, Gelidium crinale, Schizymenia dubyi, Cystoseira. foeniculacea and Fucus spiralis. Similar results were also obtained by application of higher PEEs concentration (0.1 mg mL⁻¹) extracted from Ulva rigida, Codium tomentosum, Codium decorticatum and Bifurcaria bifurcata. Metabolomic analysis on seedlings detected the presence of some metabolites which could possibly be involved in seed germination enhancement or inhibition. The results of the second experiment showed that the same PEEs cited above at the same concentrations enhanced plant dry weight and chlorophyll a content except Gigartina sp., C. foeniculacea and C. decorticatum. Furthermore, soil application of PEEs was more effective in improving plant growth parameters than foliar application. The study shows the potential of PEEs from Moroccan seaweed to be used as biostimulants for a sustainable agriculture.