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Algae biostimulants: A critical look at microalgal biostimulants for sustainable agricultural practices

Resumo

Para que a crescente população humana seja sustentada durante as mudanças climáticas atuais, o aumento da qualidade e quantidade de culturas é essencial para permitir a segurança alimentar em todo o mundo. O consenso atual é que precisamos fazer uma transição de uma economia baseada em petróleo para uma bioeconomia através do desenvolvimento de uma economia circular sustentável e abordagens de biorrefinaria. Tanto as macroalgas (algas) como as microalgas têm sido consideradas uma rica fonte de bioestimulantes vegetais com uma oportunidade de negócio atraente na agronomia e nas agro-indústrias. Até à data, os bioestimulantes de macroalgas têm sido bem explorados. Por outro lado, embora se saiba que os bioestimulantes de microalgas têm efeitos positivos no desenvolvimento, crescimento e rendimento das culturas, a sua implementação comercial é limitada pela falta de investigação e pelo custo de produção. A presente revisão destaca o conhecimento atual sobre compostos bioestimulantes potenciais, fontes-chave e suas informações quantitativas a partir de algas. Especificamente, fornecemos uma visão geral sobre as perspectivas de bioestimulantes microalgais para melhorar a produção e a qualidade das culturas. Aspectos-chave como os efeitos específicos de bioestimulantes causados por extratos de microalgas, viabilidade e potencial de co-culturas e posterior co-aplicação com outros bioestimulantes/biofertilizantes são destacados. Uma visão geral dos conhecimentos atuais, avanços recentes e realizações em técnicas de extração, tipo de aplicação, cronograma de aplicação, mercado atual e aspectos regulatórios também são discutidos. Além disso, os aspectos envolvidos na economia circular e abordagens de biorrefinaria também são abordados, tais como: integração de recursos de resíduos e implementação de ferramentas de fenotipagem e ômicas de alto rendimento no isolamento de novas cepas, explorar interações sinérgicas e ilustrar o modo subjacente da ação bioestimulante microalgal. No geral, esta revisão destaca o potencial atual e futuro dos bioestimulantes microalgais, os componentes bioquímicos das algas por trás desses traços e, finalmente, os gargalos e as perspectivas envolvidas na comercialização bem-sucedida de bioestimulantes microalgais para práticas agrícolas sustentáveis.

Abstract

For the growing human population to be sustained during present climatic changes, enhanced quality and quantity of crops are essential to enable food security worldwide. The current consensus is that we need to make a transition from a petroleum-based to a bio-based economy via the development of a sustainable circular economy and biorefinery approaches. Both macroalgae (seaweeds) and microalgae have been long considered a rich source of plant biostimulants with an attractive business opportunity in agronomy and agro-industries. To date, macroalgae biostimulants have been well explored. In contrast, microalgal biostimulants whilst known to have positive effects on development, growth and yields of crops, their commercial implementation is constrained by lack of research and cost of production. The present review highlights the current knowledge on potential biostimulatory compounds, key sources and their quantitative information from algae. Specifically, we provide an overview on the prospects of microalgal biostimulants to advance crop production and quality. Key aspects such as specific biostimulant effects caused by extracts of microalgae, feasibility and potential of co-cultures and later co-application with other biostimulants/biofertilizers are highlighted. An overview of the current knowledge, recent advances and achievements on extraction techniques, application type, application timing, current market and regulatory aspects are also discussed. Moreover, aspects involved in circular economy and biorefinery approaches are also covered, such as: integration of waste resources and implementation of high-throughput phenotyping and -omics tools in isolating novel strains, exploring synergistic interactions and illustrating the underlying mode of microalgal biostimulant action. Overall, this review highlights the current and future potential of microalgal biostimulants, algal biochemical components behind these traits and finally bottlenecks and prospects involved in the successful commercialisation of microalgal biostimulants for sustainable agricultural practices.

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R. V. Kapoore
E. E. Wood
C. A. Llewellyn

2021 - Biotechnology Advances

Palavras-chave:

Bioestimulantes de algas, biorrefinaria, biorremediação, economia circular, consortia, metabolômica, biotecnologia de microalgas, agricultura sustentável

Termos de indexação:

Microalgas, segurança alimentar, sustentabilidade agrícola, compostos bioativos, biomassa,

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