Potential benefit of microalgae and their interaction with bacteria to sustainable crop production

Resumo

A agricultura está passando por uma mudança de paradigma, afastando-se da dependência exclusiva de agroquímicos e adotando produtos naturais para melhorar o crescimento e a produtividade das plantas, ao mesmo tempo em que mantém a qualidade e a produtividade do solo de forma sustentável. Nesse sentido, as microalgas e as bactérias oferecem um potencial único devido ao uso crescente de produtos novos e ecológicos, como biofertilizantes, bioestimulantes e biopesticidas. As microalgas melhoram o crescimento e a saúde das culturas fixando nitrogênio, liberando oligoelementos do solo, solubilizando potássio e fósforo, produzindo exopolissacarídeos e convertendo matéria orgânica em nutrientes utilizáveis. Elas também liberam substâncias bioativas, incluindo carboidratos, proteínas, enzimas, vitaminas e hormônios, para promover o crescimento das plantas, controlar pragas e mitigar as respostas ao estresse das plantas. Embora se saiba há muito tempo que as microalgas produzem várias moléculas bioativas e sinalizadoras (como fitohormônios, polissacarídeos, lipídios, carotenóides, ficobilinas e aminoácidos) que são eficazes na produção agrícola, as aplicações direcionadas dessas moléculas na ciência vegetal ainda estão em estágios muito iniciais de desenvolvimento. As microalgas são benéficas para as bactérias porque produzem oxigênio e substâncias químicas extracelulares e, em troca, as bactérias fornecem às microalgas dióxido de carbono, vitaminas e outros nutrientes. Esta revisão discute o possível papel das microalgas no aumento do rendimento das culturas, na proteção das culturas e na manutenção da fertilidade e estabilidade do solo, e aponta que as interações entre microalgas e bactérias podem melhorar a produção agrícola de forma mais sustentável do que o uso de qualquer uma delas isoladamente.

Abstract

Agriculture is undergoing a paradigm shift as it moves away from relying only on agrochemicals toward natural-based product to enhance plant growth and productivity while sustainably maintaining soil quality and productivity. In this sense, microalgae and bacteria offer a unique potential due to the growing use of novel and eco-friendly products such as biofertilizers, biostimulants, and biopesticides. Microalgae improve crop growth and health by fixing nitrogen, releasing soil trace elements, solubilizing potassium, and phosphorus, producing exopolysaccharides, and converting organic matter into utilizable nutrients. They also release bioactive substances including, carbohydrates, proteins, enzymes, vitamins, and hormones, to promote plant growth, control pests, and mitigate plant stress responses. Even though it has long been known that microalgae produce various bioactive and signaling molecules (like phytohormones, polysaccharides, lipids, carotenoids, phycobilins, and amino acids) which are effective in crop production, the targeted applications of these molecules in plant science are still in the very early stages of development. Microalgae are beneficial to bacteria because they produce oxygen and extracellular chemicals, and bacteria, in turn, provide microalgae with carbon dioxide, vitamins, and other nutrients in exchange. This review discusses the possible role of microalgae in increasing crop yield, protecting crops, and maintaining soil fertility and stability, and it points out that interactions of microalgae and bacteria may have a better enhancement of crop production in a sustainable way than using either of them alone.