Immersion of sugarcane propagules in Asterarcys quadricellularis biomass extract triggers bioactive amine production and promotes sprouting rate and early seedling growth

Resumo

O uso de propágulos de gema única (OBP) como técnica de plantio de cana-de-açúcar é difundido devido às vantagens logísticas. Propágulos de diferentes posições no colmo têm idades fisiológicas diferentes e apresentam diferentes taxas de brotação e crescimento inicial, o que é um problema para a uniformidade do estande. Portanto, este estudo teve como objetivo investigar o efeito da imersão de OBP em um extrato de biomassa de microalga rico em aminoácidos-L livres, buscando uma alternativa natural aos tratamentos químicos perigosos para estimular a brotação e o crescimento da cana-de-açúcar. A imersão de OBP por 30 min em uma solução de 2,5 g L⁻¹ da microalga clorófita Asterarcys quadricellularis (AQ) melhorou a taxa de brotação de propágulos de todas as posições do colmo, sendo o efeito mais evidente na posição medial. Mudanças bioquímicas envolvendo os níveis de açúcares e, especialmente, as aminas bioativas (poliaminas e indolaminas), reduziram o teor de putrescina e melhoraram o teor de triptofano dos OBP. A imersão em AQ também melhorou o crescimento inicial da cana-de-açúcar, com plantas de 50 dias apresentando ganhos no comprimento e diâmetro do colmo, incrementos na área foliar e massa fresca, variando dependendo da posição do OBP. Os ganhos biométricos também seguiram as alterações bioquímicas, aumentando o teor de serotonina nas folhas. Os resultados podem estar relacionados, pelo menos em parte, ao teor de aminoácidos-L livres na biomassa da microalga, desencadeando as aminas bioativas como metabólitos-chave relacionados ao efeito promotor de crescimento da microalga. Este estudo também fornece informações relevantes para o desenvolvimento de uma técnica de campo para melhorar e unificar a brotação e o crescimento inicial da cana-de-açúcar de maneira ecológica.

Abstract

The use of one-bud propagules (OBP) as a sugarcane planting technique is widespread because of logistic advantages. Prop-
agules from different culm positions have different physiological ages, and present different sprouting and early growth rates, which is an issue for the uniformity of the stand. Therefore, this study aimed to investigate the effect of OBP immersion in a microalga biomass extract rich in L-free amino acids, looking for a natural alternative to hazardous chemical treatments to stimulate sugarcane sprouting and plant growth. Immersion of OBP for 30 min in a 2.5 g L−1 solution of the chlorophyte microalga Asterarcys quadricellularis (AQ) improved the sprouting rate of propagules from all culm positions, the effect being most evident in the medial position. Biochemical changes involving sugar levels, and especially the bioactive amines (polyamines and indoleamines), reduced putrescine content, and improved tryptophan content of OBP. Immersion in AQ also enhanced the early growth of sugarcane, with 50-day-old plants presenting gains in culm length and diameter, increments in leaf area, and fresh mass, variably depending on the OBP position. The biometrical gains also followed biochemical changes, increasing the serotonin content of leaves. The results could be related, at least in part, to the L-free amino acid content in microalga biomass, triggering the bioactive amines as key metabolites related to the microalga growth-promoting effect. This study also provides relevant information for developing a field technique to improve and unify sugarcane sprouting and initial growth in an eco-friendly way.