Biostimulant Substances for Sustainable Agriculture: Origin, Operating Mechanisms and Effects on Cucurbits, Leafy Greens, and Nightshade Vegetables Species

Resumo

As mudanças climáticas são uma questão urgente de natureza antropogênica à qual a agricultura contribui ao usar em excessos os insumos de produção, como fertilizantes inorgânicos e água de fertirrigação, resultando na degradação de terras e fontes de água. Além disso, considerando que a demanda por alimentos em 2050 é estimada em 25% a 70% a mais do que a produção atual, é necessária uma intensificação sustentável da agricultura. As substâncias biostimulantes são produtos que promovem o crescimento das plantas, aumentam a resistência ao estresse abiótico e melhoram a qualidade dos produtos. Este artigo apresenta uma análise abrangente da literatura científica sobre as categorias amplamente utilizadas e sancionadas pela UE de substâncias biostimulantes, como silício, extratos de algas, hidrolisados de proteínas e substâncias húmicas. A partir de sua origem, são discutidos os efeitos in vivo dessas substâncias nas redes hormonais, fisiologia e sistemas de defesa contra o estresse de algumas das espécies vegetais mais proeminentes dos grupos populares de plantas,  como cucurbitáceas, folhosas e solanáceas. A revisão conclui identificando várias áreas de pesquisa relevantes para explorar e aprimorar a ação biostimulante dessas substâncias e moléculas sinalizadoras na horticultura. As biostimulantes são uma abordagem promissora para alcançar uma agricultura sustentável, contribuindo para a produção de culturas, saúde do solo e manejo integrado de culturas. Essas substâncias podem ajudar os agricultores a se adaptarem às mudanças climáticas e aprimorar a sustentabilidade da produção de alimentos, tornando-se uma ferramenta poderosa para a agricultura inteligente em relação ao clima

Abstract

Climate change is a pressing matter of anthropogenic nature to which agriculture contributes by abusing production inputs such as inorganic fertilizers and fertigation water, thus degrading land and water sources. Moreover, as the increase in the demand of food in 2050 is estimated to be 25 to 70% more than what is currently produced today, a sustainable intensification of agriculture is needed. Biostimulant substances are products that the EU states work by promoting growth, resistance to plant abiotic stress, and increasing produce quality, and may be a valid strategy to enhance sustainable agricultural practice. Presented in this review is a comprehensive look at the scientific literature regarding the widely used and EU-sanctioned biostimulant substances categories of silicon, seaweed extracts, protein hydrolysates, and humic substances. Starting from their origin, the modulation of plants’ hormonal networks, physiology, and stress defense systems, their in vivo effects are discussed on some of the most prominent vegetable species of the popular plant groupings of cucurbits, leafy greens, and nightshades. The review concludes by identifying several research areas relevant to biostimulant substances to exploit and enhance the biostimulant action of these substances and signaling molecules in horticulture.