A Seaweed Extract-Based Biostimulant Mitigates Drought Stress in Sugarcane
Resumo
A seca é um dos estresses abióticos mais importantes responsáveis pela redução do rendimento das culturas. O estresse hídrico induz alterações morfológicas e fisiológicas nas plantas e afeta gravemente o metabolismo vegetal devido ao estresse oxidativo celular, mesmo em culturas C4, como a cana-de-açúcar. Os bioestimulantes à base de extrato de algas marinhas podem mitigar as respostas negativas das plantas causadas pelo estresse hídrico. No entanto, os efeitos da aplicação foliar desses bioestimulantes na cana-de-açúcar exposta ao estresse hídrico, particularmente no metabolismo das plantas, no rendimento dos caules e do açúcar, na pureza do suco e na qualidade tecnológica da cana-de-açúcar, têm recebido pouca atenção. Assim, este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da aplicação foliar de um bioestimulante à base de extrato de algas marinhas na cana-de-açúcar de colheita tardia durante o período mais seco do ano. Três experimentos foram realizados em campos comerciais de cana-de-açúcar no Brasil nas safras de 2018 (local 1), 2019 (local 2) e 2020 (local 3). Os tratamentos consistiram na aplicação e na não aplicação de extrato de algas marinhas (EAM) como bioestimulante foliar em junho (locais 2 e 3) ou julho (local 1). Os tratamentos foram aplicados à quarta rebrota da variedade de cana-de-açúcar RB855536 no local 1 e à quinta e terceira rebrota da variedade de cana-de-açúcar SP803290 nos locais 2 e 3, respectivamente. O EAM foi aplicado na dose de 500 ml a.i. ha−1 em um volume de água de 100 L ha−1. O EAM mitigou os efeitos negativos do estresse hídrico e aumentou o rendimento de colmos por hectare em até 3,08 Mg ha−1. Além disso, o EAM aumentou o acúmulo de sacarose nos colmos, resultando em um aumento no rendimento de açúcar de 3,4 kg Mg−1 por hectare e maior qualidade industrial da matéria-prima. Nas plantas tratadas com EAM, a capacidade antioxidante equivalente ao Trolox e a atividade enzimática antioxidante aumentaram, enquanto os níveis de malondialdeído (MDA) diminuíram. A análise das folhas mostrou que a aplicação de EAM melhorou eficientemente a atividade metabólica, como evidenciado por uma diminuição nos níveis de reserva de carboidratos nas folhas e um aumento nos açúcares totais. Ao estabilizar positivamente o equilíbrio redox celular da planta, o EAM aumentou a produção de biomassa, resultando em um aumento na geração de energia. Assim, a aplicação foliar de EAM pode aliviar o estresse hídrico e, ao mesmo tempo, melhorar o desenvolvimento da cana-de-açúcar, o rendimento do colmo, a produção de açúcar e os processos fisiológicos e enzimáticos da planta.
Abstract
Drought is one of the most important abiotic stresses responsible for reduced crop yields. Drought stress induces morphological and physiological changes in plants and severely impacts plant metabolism due to cellular oxidative stress, even in C4 crops, such as sugarcane. Seaweed extract-based biostimulants can mitigate negative plant responses caused by drought stress. However, the effects of foliar application of such biostimulants on sugarcane exposed to drought stress, particularly on plant metabolism, stalk and sugar yields, juice purity, and sugarcane technological quality, have received little attention. Accordingly, this study aimed to evaluate the effects of foliar application of a seaweed extract-based biostimulant on late-harvest sugarcane during the driest period of the year. Three experiments were implemented in commercial sugarcane fields in Brazil in the 2018 (site 1), 2019 (site 2), and 2020 (site 3) harvest seasons. The treatments consisted of the application and no application of seaweed extract (SWE) as a foliar biostimulant in June (sites 2 and 3) or July (site 1). The treatments were applied to the fourth ratoon of sugarcane variety RB855536 at site 1 and the fifth and third ratoons of sugarcane variety SP803290 at sites 2 and 3, respectively. SWE was applied at a dose of 500 ml a.i. ha−1 in a water volume of 100 L ha−1. SWE mitigated the negative effects of drought stress and increased stalk yield per hectare by up to 3.08 Mg ha−1. In addition, SWE increased stalk sucrose accumulation, resulting in an increase in sugar yield of 3.4 kg Mg−1 per hectare and higher industrial quality of the raw material. In SWE-treated plants, Trolox-equivalent antioxidant capacity and antioxidant enzyme activity increased, while malondialdehyde (MDA) levels decreased. Leaf analysis showed that SWE application efficiently improved metabolic activity, as evidenced by a decrease in carbohydrate reserve levels in leaves and an increase in total sugars. By positively stabilizing the plant’s cellular redox balance, SWE increased biomass production, resulting in an increase in energy generation. Thus, foliar SWE application can alleviate drought stress while enhancing sugarcane development, stalk yield, sugar production, and plant physiological and enzymatic processes.
L. M. Jacomassi
J. D. O. Viveiros
M. P. Oliveira
L. Momesso
G. F. de Siqueira
C. A. C. Crusciol
2022 - Frontiers in Plant Science
