Effects of Ascophyllum nodosum extract on Vitis vinifera: Consequences on plant physiology, grape quality and secondary metabolism

Resumo

Extratos à base de algas marinhas foram recentemente empregados como ferramentas sustentáveis para melhorar a tolerância ao estresse abiótico e aumentar a qualidade da uva. No entanto, o efeito destes extratos sobre compostos do metabolismo secundário, fundamentais para a qualidade da uva e do vinho, ainda é escasso. No presente estudo, foram investigados os efeitos de tratamentos foliares com extrato de Ascophyllum nodosum sobre parâmetros fisiológicos e bioquímicos de Vitis vinifera (cv. Sangiovese). Nossa hipótese é de um aumento na biossíntese de metabólitos secundários na casca dos frutos e nas folhas em resposta a esses tratamentos, eficaz na melhoria da qualidade da uva e ajudando as videiras a lidar com estresses abióticos. As trocas gasosas, a fluorescência da clorofila e o potencial hídrico do caule ao meio-dia em folhas tratadas com extrato de A. nodosum e folhas controle não tratadas foram monitorados ao longo de duas estações de crescimento em três estádios fenológicos: pleno véraison, maturação média e maturação completa. Além disso, antocianinas, flavonóis e ácidos hidroxicinâmicos foram quantificados tanto na casca dos frutos quanto nas folhas. Os tratamentos foliares com A. nodosum aumentaram a fotossíntese e a condutância estomática nas plantas tratadas em comparação às plantas controle. Além disso, as vinhas tratadas com extrato foram capazes de manter a eficiência potencial do fotossistema II próxima do valor ideal, mesmo durante os períodos mais quentes. Não foi observado efeito dos tratamentos com extrato de A. nodosum sobre o potencial hídrico do caule. As aplicações de A. nodosum atrasaram o amadurecimento dos frutos, levando a um menor teor de açúcar e a um maior teor de antocianinas nas cascas dos frutos tratados. Curiosamente, os tratamentos também afetaram o conteúdo e a partição de metabolitos secundários nas cascas dos frutos, uma vez que os conteúdos de antocianinas e flavonóis foram mais elevados nas plantas tratadas em comparação com as plantas de controlo, enquanto a proporção de antocianinas metoxiladas para não metoxiladas foi menor nas videiras tratadas do que nas videiras de controlo. Além disso, as plantas tratadas com extrato de A. nodosum também apresentaram maior teor de flavonóis e ácidos hidroxicinâmicos tanto na casca dos frutos quanto nas folhas e mostraram uma redução na biossíntese de antocianinas metoxiladas, que geralmente são acumuladas nas uvas sob restrições ambientais. Considerando os desafios colocados pelas alterações climáticas na bacia do Mediterrâneo, a utilização de extratos de algas marinhas pode representar uma ferramenta sustentável para mitigar a crescente severidade da seca, muitas vezes associada a ondas de calor, no setor vitivinícola.

Abstract

Seaweed-based extracts have been recently employed as sustainable tools to improve abiotic stress tolerance and increase grape quality. However, the effect of these extracts on secondary metabolism compounds, that are fundamental for grape and wine quality, is still scarce. In the present study, the effects of foliar treatments with an Ascophyllum nodosum extract on physiological and biochemical parameters of Vitis vinifera (cv. Sangiovese) were investigated. We hypothesized an enhancement in the biosynthesis of secondary metabolites in berry skins and in leaves in response to these treatments, effective in improve grape quality and help vines to cope with abiotic stresses. Gas exchanges, chlorophyll fluorescence and midday stem water potential on leaves treated with A. nodosum extract and non-treated control leaves, were monitored over two growing seasons at three phenological stages: full véraison, mid maturation and full maturation. In addition, anthocyanins, flavonols and hydroxycinnamic acids were quantified both in berry skins and in leaves. The foliar treatments with A. nodosum increased photosynthesis and stomatal conductance in treated compared to control plants. Furthermore, extract-treated vines were able to maintain the potential efficiency of photosystem II close to the optimal value even during the hottest periods. No effect of A. nodosum extract treatments was observed on stem water potential. A. nodosum applications delayed berry ripening, leading to a lower sugar content and a higher anthocyanin content in treated berry skins. Interestingly, treatments also affected the content and the partitioning of secondary metabolites in berry skins, as anthocyanins and flavonols contents were higher in treated compared to control plants, while the ratio of methoxylated to non-methoxylated anthocyanins was lower in treated than in control vines. Furthermore, A. nodosum extract-treated plants also had higher content of flavonols and hydroxycinnamic acids both in berry skins and in leaves and showed a reduction in the biosynthesis of methoxylated anthocyanins, which are usually accumulated in grapes under environmental constraints. Considering the challenges posed by climate change in the Mediterranean basin, the use of seaweed extracts might represent a sustainable tool to mitigate the increasing severity of drought, often associated to heat-waves, on the viticulture sector.