A review of the current status of Kappaphycus alvarezii-based biostimulants in sustainable agriculture

Resumo

O uso indiscriminado ou não estratégico de fertilizantes químicos na agricultura pode potencialmente ter efeitos adversos nos ecossistemas naturais devido aos seus impactos nocivos. Como tratamento complementar mais limpo e sustentável para minimizar a necessidade de insumos de nutrientes sintéticos, os bioestimulantes à base de algas marinhas (fico[bio]estimulantes) estão sendo amplamente estudados para aumentar a produtividade agrícola para a crescente população global. Kappaphycus alvarezii, uma alga vermelha tropical de rápido crescimento amplamente cultivada por seu conteúdo hidrocolóide, é uma fonte promissora de compostos bioativos que melhoram o crescimento das plantas, incluindo tolerância a alguns níveis de estressores abióticos e bióticos em condições ambientais adversas. A alga também contém proteínas, carboidratos, ácidos graxos, fibras, hormônios de algas, polifenóis e vários macro e microelementos. O polissacarídeo κ-carragenina, um dos principais constituintes desta alga marinha em particular, também tem efeitos conhecidos de estimulação do crescimento das plantas. Assim, vários bioestimulantes à base de K. alvarezii são utilizados na agricultura, incluindo extratos líquidos e formulações sólidas que são aplicados como: poças, revestimentos foliares e de sementes, ou imersão de sementes. Relata-se que esses grupos de bioestimulantes aumentam o crescimento, o rendimento, a absorção de nutrientes e a resiliência biótica e abiótica, dependendo do tipo de método de extração, da concentração do extrato aplicado e também do momento da aplicação dentro do ciclo de crescimento da planta tratada. Esta revisão resume vários produtos à base de K. alvarezii utilizados na agricultura para bioestimulação de plantas, seus procedimentos de extração, modos de aplicação e mecanismos de ação propostos. Revisamos os dados científicos que apoiam o uso de extratos de Kappaphycus como bioestimulantes para aumentar a produtividade e a qualidade das culturas. Além disso, são discutidos os impactos benéficos do uso de extratos de Kappaphycus na saúde do solo e seu potencial como uma estratégia sustentável e adaptativa para lidar com a variabilidade climática. Foram identificadas diversas lacunas de investigação para compreender as atuais limitações da base de conhecimento existente, e foi apresentado um caminho a seguir para priorizar áreas para estudos mais aprofundado.

Abstract

The indiscriminate or non-strategic use of chemical fertilizers in agriculture can potentially have adverse effects on natural ecosystems due to their harmful impacts. As a cleaner, more sustainable supplementary treatment to minimize the need for synthetic nutrient inputs, seaweed-based biostimulants (phyco[bio]stimulants) are being widely studied to increase agricultural productivity for the burgeoning global population. Kappaphycus alvarezii, a fast-growing, tropical red alga widely cultivated for its hydrocolloid content, is a promising source of bioactive compounds that improve plant growth, including imparted tolerance to some levels of abiotic and biotic stressors in harsh environmental conditions. The alga also contains protein, carbohydrates, fatty acids, fibres, algal hormones, polyphenols, and various macro- and microelements. The polysaccharide κ-carrageenan, a major constituent of this particular seaweed, also has known plant growth-stimulating effects. Thus, various K. alvarezii-based biostimulants are used in agriculture, including liquid extracts and solid formulations which are applied as: drenches, foliarly and seed coatings, or seed soaking. These groups of biostimulants are reported to increase growth, yield, nutrient uptake, and biotic and abiotic resilience, depending on the type of extraction method, concentration of the applied extract, and also timing of the application within the treated plant’s growth cycle. This review summarizes various K. alvarezii-based products used in agriculture for plant biostimulation, their extraction procedures, application modes, and proposed mechanisms of action. We reviewed the scientific data supporting the use of Kappaphycus extracts as biostimulants to enhance crop productivity and quality. Additionally, the beneficial impacts of using Kappaphycus extracts on soil health and their potential as a sustainable, adaptive strategy for addressing climate variability is discussed. Several research gaps have been identified to understand the current limitations of the existing knowledge base, and a way forward has been presented to prioritize areas for further investigation.