Organic fragments of k-carrageenan, lipids and peptides plus K-rich inorganic fraction in Kappaphycus alvarezii biomass are responsible for growth stimulus in rice plant when applied both foliar and root pathway

Resumo

A alga Kappaphycus alvarezii é conhecida por regular o crescimento e desenvolvimento das plantas, modificando diversas funções metabólicas. No entanto, é apenas ligeiramente compreendida as substâncias que são responsáveis ​​por estes efeitos e a sua relação com a via de aplicação. Este estudo teve como objetivo caracterizar estruturalmente frações de biomassa e avaliar a relação estrutura-bioatividade de diferentes concentrações aplicadas em folhas e raízes de plantas de arroz (Oryza sativa L.). Extratos aquosos obtidos de Kappaphycus alvarezii foram caracterizados por ATR-FTIR e RMN 13C CP/MAS, e suas estruturas foram comparadas por quimiometria. A composição foi determinada por análise elementar CHN e absorção atômica. A bioatividade das plantas foi avaliada por meio de aplicação foliar (5%, 10%, 15%, 20% e 25%) e aplicação radicular (1%, 2%, 3%, 5% e 10%), sendo então determinada a massa seca e fresca e a morfologia das raízes. Os resultados mostrarão que o extrato aquoso (KAlv-sapL) contém CAlkyla (26%), CAlkyla-O,N (15%), CAlkyla-O (23%), CAlkyla-di-O (7%), CAromático- H,R (6%), CAromatic-O,N (3%), CCOOH-H,R (17%) e CC=O (3%), pertencentes a fragmentos de kappa carragenina, lipídios e peptídeos; junto com altas teorias de K, P, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn e Cu. A aplicação de KAlv-sapL via tratamento foliar a 5% e 10% promove aumentos na massa seca de raízes e folhas > 30% e 10%, respectivamente. A aplicação de 10% de KAlv-sapL aumentou a área, o diâmetro e o número de raízes em 11%, 19% e 40%, respectivamente. A aplicação nas raízes de 3% (KAlv-sapL) estimulou a produção de massa fresca e seca de raízes a 60% e 28%, respectivamente. Quando aplicado foi de 2%, a área, compressão, número e volume da raiz aumentarão em 30%, 50%, 19% e 31%, respectivamente. Além disso, a aplicação de 2% (KAlv-sapL) promove intensa mobilização e alocação de K+ nas folhas, aumentando a eficiência de absorção dos nutrientes. A bioatividade da alga Kappaphycus ocorre através da produção conjunta de carragenina, lipídeos e peptídeos, além da fração inorgânica, rica em K+ e nutrientes essenciais.

Abstract

Kappaphycus alvarezii seaweeds regulate plant growth and development by modifying various metabolic functions. However, the substances responsible for the effects and relationship with the application pathway are poorly understood. This study aimed to structurally characterize biomass fractions and to evaluate the structure-bioativity relationship of different concentrations applied to the leaves and roots of rice plants (Oryza sativa L.). The aqueous extracts obtained from K. alvarezii were characterized by ATR-FTIR and ¹³C NMR CP/MAS, and their structures were compared by chemometrics. The composition was determined by CHN elemental analysis and atomic absorption. Bioactivity in plants was evaluated by foliar application (5 %, 10 %, 15 %, 20 % and 25 %) and root application (1 %, 2 %, 3 %, 5 % and 10 %), and the dry and fresh mass and root morphology were determined. The results show that the aqueous extract (K_Alv-sapL) contains C_Alkyl (26 %), C_Alkyl-O,N (15 %), C_Alkyl-O (23 %), C_Alkyl-di-O (7 %), C_Aromatic-H,R (6 %), C_Aromatic-O,N (3 %), C_COOH-H,R (17 %) and C_CO (3 %), belonging to fragments of k-carrageenan, lipids, and peptides; high amounts of K, P, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn and Cu. K_Alv-sapL applied via foliar treatment at 5 % and 10 % promoted increases in root and leaf dry mass by >30 % and 10 %, respectively, and 10 % of K_Alv-sapL increased the area, diameter and number of roots by 11 %, 19 % and 40 %, respectively. Root application at 3 % (K_Alv-sapL) stimulated the production of fresh and dry root mass by 60 % and 28 %, respectively, and when applied at 2 %, the root area, length, number and volume increased by 30 %, 50 %, 19 % and 31 %, respectively. In addition, the application at 2 % (K_Alv-sapL) promoted intense mobilization and allocation of K⁺ in the leaves, increasing the uptake efficiency of this nutrient. The bioactivity of Kappaphycus seaweed occurs through joint action of carrageenan, lipids and peptides, and the inorganic fraction, rich in K⁺ and essential nutrients.