Use of microalga on the mitigation of abiotic stress

Abstract

Resumo: As mudanças climáticas são uma das principais preocupações do mundo atual, com aumento na frequência de ocorrência dos estresses abióticos que causam danos no desenvolvimento e produtividade das plantas. Diante disso, torna-se necessário buscar alternativas sustentáveis que mitiguem os efeitos deletérios dos estresses abióticos nas plantas, como a aplicação de biofertilizantes. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o potencial da microalga Asterarcys quadricellulare na mitigação do estresse salino em plantas de melão e no estresse hídrico em plantas de feijão. Os experimentos foram instalados na área de Olericultura da Universidade Federal do Paraná, no laboratório de biofertilizantes. A biomassa da microalga (código da cepa CCAP 294/1) foi obtida em sistema mixotrófico e fornecida pela empresa Alltech ® Crop Sciences – Brasil. As etapas da pesquisa são apresentadas em três capítulos. No capítulo 1, plantas de melão das cultivares Dalí e Goldex foram cultivadas em vasos, com aplicação de A. quadricellulare nas concentrações de 0 ml L-1, 0.5 ml L-1, 1.0 ml L-1, via foliar, por irrigação via gotejo e a combinação via foliar e gotejo, sendo irrigadas com solução salina com condutividade de 15 dS m-1, além do controle sem salinidade. Foram realizadas avaliações bioquímicas, anatômicas e biométricas. Plantas tratadas com a microalga apresentaram acréscimos nos teores de clorofila, carotenóides, aminoácidos livres totais, proteínas, prolina, açúcares totais, compostos fenólicos, além do aumento da atividade de enzimas antioxidantes, com destaque para a aplicação da combinação das vias foliar e gotejo na concentração de 1.0 ml L-1. No segundo capítulo as plantas de melão foram cultivadas em slabs e fertirrigadas com solução nutritiva e adição de cloreto de sódio em água para atingir condutividade elétrica de 8 dS m-1, com aplicações semanais de A. quadricellulare na concentração de 1,0 ml L-1, via foliar e a combinação da via foliar e gotejo, realizadas avaliações bioquímicas e biométricas. Plantas tratadas com a microalga apresentaram acréscimos nos teores de clorofila, carotenóides e açúcares. Houve ainda aumento na massa seca dos ramos produtivos, número de frutos, diâmetro, comprimento e peso dos frutos, acarretando no aumento de produtividade. No terceiro capítulo plantas de feijão das cultivares IAC 1850 e BRS ESTEIO foram cultivadas em vaso e submetidas a condições de estresse hídrico, com aplicação de A. quadricellulare nas concentrações de 0 ml L-1, 0.5 ml L-1, 1.0 ml L-1 via foliar no estágio fenológico de V3. Foram realizadas avaliações bioquímicas, anatômicas e biométricas em três períodos: no terceiro dia de déficit hídrico, um e 10 dias após a reidratação. Houve aumento nos teores de clorofila, açúcares, proteína e enzimas antioxidantes nas plantas tratadas com a microalga. Aos dez dias após a reidratação, houve aumento na área foliar, massa fresca e na espessura da folha nas plantas tratadas. Nossos resultados demonstram alterações metabólicas, incluindo enzimas antioxidantes e melhorias de crescimento e produtividade, sendo assim, considera-se promissor o uso da microalga A. quadricellulare como biofertilizantes na mitigação de estresses abióticos.

Abstract: Climate changes are among the main concerns in the world today, with an increase in the frequency of occurrence of abiotic stresses that cause damage to the development and productivity of plants. Hence, the search for sustainable alternatives that mitigate the harmful effects of abiotic stresses on plants, such as the application of biofertilizers is paramount. Thus, the objective of this work was to investigate the potential of the microalgae Asterarcys quadricellulare in mitigating salt stress in melon plants and water stress in bean plants. The experiments were set in the Olericulture area of the Federal University of Paraná, in the biofertilizer laboratory. The microalgae biomass (strain code CCAP 294/1) was obtained in a mixotrophic system and supplied by Alltech® Crop Sciences – Brazil. The research steps are presented in three chapters. In Chapter 1, melon plants of the Dalí and Goldex cultivars were grown in pots, with the application of A. quadricellulare at the concentrations of 0 ml L-1, 0.5 ml L-1, 1.0 ml L-1, via foliar irrigation, via irrigation drip and the combination via foliar and drip, irrigated with saline solution with conductivity of 15 dS m-1, in addition to the control without salinity. Biochemical, anatomical, and biometric evaluations were performed. Microalgae-treated plants showed increases in the levels of chlorophyll, carotenoids, total free amino acids, proteins, proline, total sugars, and phenolic compounds, in addition to an increase in the activity of antioxidant enzymes, especially the application of the combination of foliar and drip routes in the concentration of 1.0 ml L-1. In the second chapter, melon plants were grown in slabs and fertigated with nutrient solution and the addition of sodium chloride in water to achieve electrical conductivity of 8 dS m-1, with weekly applications of A. quadricellulare at a concentration of 1.0 ml L-1, via leaves and the combination of leaf and drip, biochemical and biometric assessments were carried out. Plants treated with microalgae showed increases in chlorophyll, carotenoids, and sugar levels. Na increase in the dry mass of the productive branches, number of fruits, diameter, length, and weight of the fruits were also observed, increasing productivity. In the third chapter, bean plants of the cultivars IAC 1850 and BRS ESTEIO were grown in pots and subjected to water stress conditions, with the application of A. quadricellulare at concentrations of 0 ml L-1, 0.5 ml L-1, 1.0 ml L- 1 leaf path at the V3 phenological stage. Biochemical, anatomical, and biometric evaluations were carried out in three periods: on the third day of water deficit, and one and 10 days after rehydration. The levels of chlorophyll, sugars, protein, and antioxidant enzymes increased in plants treated with microalgae. Ten days after rehydration, leaf area, fresh mass, and leaf thickness increased in the treated plants. Our results demonstrate metabolic changes, including antioxidant enzymes and improvements in growth and productivity, therefore, the use of A. quadricellulare microalgae as biofertilizers is considered promising in mitigating abiotic stresses.