Strategies for production, characterization and application of protein-based biostimulants (Biofertilizantes na legislação brasileira) in agriculture: A review

Resumo

Atualmente, a agricultura enfrenta desafios constantes para produzir mais e melhores alimentos para uma população crescente em um cenário climático em mudança. Para atender a essa demanda, as práticas agrícolas devem inovar em novos métodos de produção agrícola, manejo nutricional e fitossanidade. Além disso, também é necessário o desenvolvimento de novos compostos ou agentes biológicos capazes de melhorar o rendimento das plantas (regulando a fisiologia vegetal, o metabolismo, o desempenho das culturas) e a qualidade dos agroprodutos. Na última década, agentes com essas características têm sido propostos para uma agricultura sustentável. Esses agentes, definidos como (biofertilizantes na legislação brasileira) biofertilizantes, demonstraram melhorar a nutrição, qualidade, rendimento e tolerância abiótica das plantas em diferentes culturas agrícolas. Em particular, o uso de hidrolisados protéicos como biofertilizantes oferece resultados promissores para reduzir o uso de agroquímicos e melhorar os parâmetros de produtividade em diversas cultivares, de acordo com os desafios da produção agrícola moderna. Esta revisão enfoca o uso de hidrolisados protéicos como biofertilizantes vegetais, descrevendo subprodutos agroindustriais típicos e potenciais como fontes de substratos para formulação de biofertilizantes à base de proteínas e enzimas proteolíticas comerciais ou experimentais usadas para produção de hidrolisados. Além disso, são discutidos aspectos críticos durante a fabricação de bioestimulantes proteicos, perfis funcionais e suas aplicações. Finalmente, avanços recentes para a avaliação de hidrolisados protéicos na fisiologia e metabolismo vegetal em escala experimental e comercial também são documentados. Concluindo pela necessidade de realizar estudos estruturais, a fim de identificar e produzir peptídeos bioativos com aplicações agrícolas.

Abstract

Nowadays agriculture is facing constantly challenges to produce more and better food for a growing population under a changing climate scenery. To afford this demand, agricultural practices must innovate in new methods for crop production, nutrition management, and plant health. In addition, the development of new compounds or biological agents able to improve plant yield (regulating plant physiology, metabolism, crop performance), and agro-product quality, are also necessary. In the last decade, agents with these characteristics have been proposed for a sustainable agriculture. These agents, defined as biostimulants, have showed to improve plant nutrition, quality, yield and abiotic tolerance in different agricultural crops. In particular, the use of protein hydrolysates as biostimulants offers promising results to reduce the use of agrochemicals and improve productivity parameters in a variety of cultivars, in agree with the modern agricultural production challenges. The present review is focused in the use of protein hydrolysates as plant biostimulants, describing typical and potential agro industrial by-products as sources substrates for protein-based biostimulants formulation, and commercial or experimental proteolytic enzymes used for hydrolysate production. Moreover, critical aspects during protein biostimulants manufacture, functional profiling and its applications are discussed. Finally, recent advances for the evaluation of protein hydrolysates on plant physiology and metabolism under experimental and commercial scale are also documented. Concluding in the necessity to conduct structural studies, in order to identify and produce bioactive peptides with agricultural applications.