Effects of Seaweed Extracts on the Growth, Physiological Activity, Cane Yield and Sucrose Content of Sugarcane in China

Resumo

Os extratos de algas (EAs) têm sido amplamente utilizados como bioestimulantes no manejo de culturas devido aos seus efeitos promotores de crescimento e resistentes ao estresse. Até o momento, existem poucos relatos do efeito dos EAs no teor de sacarose e no rendimento da cana. Aqui, conduzimos experimentos de campo por três safras consecutivas (2017-2019) em duas áreas (Suixi e Wengyuan) na China, para investigar o rendimento e o teor de açúcar da cana-de-açúcar em resposta ao tratamento com EA em diferentes estádios de crescimento. Os resultados mostraram que a pulverização de EAs uma vez no estádio de plântula (S), início do alongamento (E) e início da maturação (M), respectivamente, uma vez nos estádios S e E, respectivamente, ou uma vez no estádio S aumentou o rendimento da cana em 9,23, 9,01 e 3,33%, respectivamente, implicando que a aplicação de EAs no estádio inicial de alongamento desempenhou um papel vital na promoção do crescimento da cana-de-açúcar. Parâmetros fotossintéticos e análise de eficiência de nutrientes mostraram que a pulverização de EAs nos estádios S e E aumentou a taxa fotossintética líquida, a taxa de transpiração e a eficiência do uso da água, e aumentou a eficiência de utilização de N, P ou K, em comparação com os do controle. Notavelmente, a taxa de aumento do rendimento da cana dos EAs em 2017 e 2018 foi maior do que em 2019 em Wengyuan, mas menor do que em 2019 em Suixi. Curiosamente, a precipitação total e a precipitação média mensal em 2017 e 2018 foram menores do que em 2019 em Wengyuan, mas maiores do que em 2019 em Suixi. Os resultados sugeriram que a taxa de aumento do rendimento dos EAs na cana-de-açúcar foi melhor em anos de menor precipitação. O teor de sacarose da cana-de-açúcar não apresentou diferença entre a pulverização de EAs no estádio M sozinho ou nos três estádios de crescimento, mas foi maior do que os tratamentos com EA nos estádios S e/ou E. A análise da atividade enzimática mostrou que a pulverização de EAs no estádio M aumentou a atividade da sacarose fosfato sintase em 9,14% nas folhas e 15,16% nos colmos, e diminuiu a atividade da invertase ácida solúvel nos colmos em 16,52%, o que contribuiu para o aumento de 5,00% da sacarose. Os resultados acima sugeriram que os EAs poderiam aumentar o rendimento da cana e promover o acúmulo de sacarose na cana-de-açúcar. O efeito de aumento de rendimento foi mais óbvio sob condições de estresse de seca.

Abstract

Seaweed extracts (SEs) have been widely used as biostimulants in crop management due to their growth-promoting and stress-resistant effects. To date, there are few reports of the effect of SEs on sucrose content and cane yield. Here, we conducted field experiments for three consecutive growth seasons (2017∼2019) in two areas (Suixi and Wengyuan) of China, to investigate the yield and sugar content of sugarcane in response to SE treatment at different growth stages. The results showed that spraying SEs once at seedling (S), early elongation (E), and early mature (M) stages, respectively, once at S and E stages, respectively, or once at the S stage increased the cane yield by 9.23, 9.01, and 3.33%, respectively, implying that SEs application at the early elongation stage played a vital role in promoting sugarcane growth. Photosynthetic parameters and nutrient efficiency analysis showed that spraying SEs at S and E stages enhanced the net photosynthetic rate, transpiration rate, and water use efficiency, and increased N, P, or K utilization efficiency, compared with those of the control. Notably, cane yield increasing rate of SEs in 2017 and 2018 were higher than those in 2019 in Wengyuan but lower than those in 2019 in Suixi. Interestingly, the total rainfall and monthly average rainfall in 2017 and 2018 were lower than those in 2019 in Wengyuan but higher than those in 2019 in Suixi. The results suggested that the yield increasing rate of SEs on sugarcane was better in less rainfall years. The sucrose content of sugarcane showed no difference between spraying SEs at the M stage alone or at the three growth stages but was higher than those of SE treatments at S and/or E stages. Enzyme activity analysis showed that spraying SEs at the M stage increased the activity of sucrose phosphate synthase activity by 9.14% in leaves and 15.16% in stems, and decreased soluble acid invertase activity in stems by 16.52%, which contributed to the sucrose increase of 5.00%. The above results suggested that SEs could increase cane yield and promote sucrose accumulation in sugarcane. The yield increasing effect was more obvious under conditions of drought stress.