Sugarcane propagules immersed in microalga asterarcys quadricellularis biomass promotes increase in sprouting rate and seedling growth

Abstract

Resumo: O uso de propágulos de uma gema (OBP) como método de plantio de cana-de-açúcar é amplamente difundido devido aos seus benefícios logísticos. Propágulos de diferentes posições do colmo apresentam idades fisiológicas distintas, bem como diferentes taxas de brotação e crescimento inicial, o que pode afetar a uniformidade do estande. No entanto, seu crescimento inicial pode ser melhorado com a aplicação de insumos sustentáveis. O potencial biotecnológico das microalgas tem ganhado interesse devido à sua bioatividade para diversos usos. Na cana-de-açúcar, fertilizantes biológicos têm sido relatados como capazes de aumentar a eficiência de absorção de nutrientes e melhorar o crescimento e a produtividade. Portanto, este estudo teve como objetivo, primeiramente, determinar a concentração de máxima eficiência (MEC) do extrato da microalga Asterarcys quadricellularis (AQ) na taxa de brotação e nas alterações biométricas do OBP da cana-de-açúcar (cultivar RB036152); e, em segundo momento, examinar sua bioatividade na promoção de alterações bioquímicas no OBP. Todos os resultados biométricos mostraram um padrão quadrático positivo semelhante, correspondendo a concentrações crescentes de AQ até rendimentos biométricos decrescentes. A MEC resultou em um aumento de 23,1% na taxa de brotação em comparação ao controle. O desenvolvimento das plantas foi estimulado durante os 10 dias iniciais de crescimento da cana-de-açúcar em OBP na câmara B.O.D. O crescimento também foi promovido após o transplante para vasos, favorecendo o desenvolvimento da parte aérea e das raízes. A MEC média da AQ de todos os dados biométricos foi de 2,38 g L-1. Para o segundo experimento, foi utilizada uma concentração de 2,5 g L-1. As análises bioquímicas indicaram alterações nos níveis de açúcar, especialmente com aminas bioativas (poliaminas e indolaminas), mostrando níveis reduzidos de putrescina e aumento do teor de triptofano no OBP. Esses resultados podem, pelo menos em parte, estar relacionados ao teor de L- aminoácidos livres na biomassa da microalga, que ativa aminas bioativas como metabólitos-chave envolvidos nos efeitos promotores do crescimento vegetal. Este estudo também oferece insights valiosos para o desenvolvimento de técnicas de campo ecologicamente corretas para aprimorar e padronizar a brotação e o crescimento inicial da cana-de-açúcar

Abstract: The use of one-bud propagules (OBP) as a sugarcane planting method is widespread due to logistical benefits. Propagules from different stem positions have varying physiological ages and exhibit different sprouting and early growth rates, which can affect stand uniformity. However, their initial growth can be improved with the application of sustainable inputs. The biotechnological potential of microalgae has gained interest because of their bioactivity for many uses. In sugarcane, biological fertilizers have been reported to increase nutrient uptake efficiency and enhance growth and yield. Therefore, this study aimed first to determine the maximum efficiency concentration (MEC) of the microalga Asterarcys quadricellularis biomass extract (AQ) on the sprouting rate and biometric changes of sugarcane OBP (cultivar RB036152); and second, to examine its bioactivity in promoting biochemical changes in OBP. All the biometric results showed a similar positive quadratic pattern corresponding to increasing AQ concentrations until biometric diminishing returns. The MEC resulted in a 23.1% increase in sprouting rate compared to the control. Plant development was stimulated during the initial 10 days of sugarcane OBP growth in the B.O.D. chamber. Growth was also promoted after transplanting into pots, enhancing shoot and root development. The average MEC of AQ derived from all biometric data was 2.38 g L-1. For the second experiment, a concentration of 2.5 g L-1 was used. Biochemical analysis indicated changes in sugar levels, and especially with bioactive amines (polyamines and indoleamines), showing reduced putrescine levels and increased tryptophan content in OBP. These results may, at least partly, be related to the L-free amino acid content in the microalga biomass, which triggers bioactive amines as key metabolites involved in the microalga’s growth- promoting effects. This study also offers valuable insights for developing environmentally friendly field techniques to enhance and standardize sugarcane sprouting and early growth