Microalga Asterarcys quadricellulare como biofertilizante em batata e cebola : alterações metabólicas e produtividade

Orientador: Prof. Dr. Átila Francisco Mógor

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agronomia - Produção Vegetal. Defesa : Curitiba, 05/09/2022

Inclui referências

Área de concentração: Produção vegetal

Resumo: A ação das microalgas na agricultura tem ganho relevância, principalmente devido à identificação de substâncias que são sintetizadas por estes organismos, como aminoácidos, proteínas e fitohormônios, que aplicados em plantas podem promover crescimento e produtividade com ação biofertilizante. A microalga Asterarcys quadricellulare é fonte de L-aminoácidos livres como moléculas bioativas para produtos da classe dos biofertilizantes. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o potencial bioativo da microalga A. quadricellulare (AQ) e sua ação no metabolismo, crescimento e produtividade em cebola e batata. Os experimentos foram instalados na área de Olericultura da Universidade Federal do Paraná. A biomassa de AQ (CCAP 294/1) foi obtida em sistema mixotrófico. As etapas da pesquisa são apresentadas em três capítulos. No primeiro capítulo investigou-se o uso da biomassa da microalga AQ em batata, adotando uma abordagem passo a passo, inicialmente com bioensaio usando as concentrações de 0,05; 0,15; 0,25 e 0,4 g L-1 para identificar a bioatividade das microalgas. Posteriormente, usando a biomassa para pulverizações foliares no campo por duas safras para determinar os efeitos no crescimento, produtividade e variáveis bioquímicas. No bioensaio houve bioatividade com expansão de hipocótilo de tomate. Em campo ocorreram ganhos de produtividade nas duas safras e alterações bioquímicas que melhoraram a clorofila, aminoácidos, açúcar e atividade da enzima nitrato redutase. No segundo capítulo avaliou-se o efeito de AQ em cebola, verificando sua ação no metabolismo, crescimento e produtividade de duas cultivares (Alvará e Perfecta). Assim, foram realizados dois experimentos: (i) aplicações foliares em plantas cultivadas em vasos em casa de vegetação; (ii) aplicações foliares em plantas no campo. Os experimentos foram realizados utilizando soluções nas concentrações de 0,05; 0,15; 0,25 e 0,4 g L-1 e variáveis biométricas, produtividade de bulbos e variáveis bioquímicas foram avaliadas. AQ promoveu o crescimento das plantas e aumentos no calibre e produtividade de bulbos nas duas cultivares. A biomassa de microalgas estimulou o metabolismo da planta pelo aumento nos teores de clorofila, carotenóides, aminoácidos e atividade da enzima nitrato redutase nas folhas, aminoácidos livres e teores de açúcares totais nos bulbos, destacando-se a concentração de 0,25 g L-1. No terceiro capítulo, a biomassa de AQ foi utilizada verificando sua ação no metabolismo, produtividade e resposta metabolômica com duas cultivares de cebola, duas concentrações de biomassa (0,15 e 0,25 g L-1) e duas frequências de pulverização (semanal e quinzenal). Foram realizadas pulverizações foliares de AQ em campo, determinando efeitos no crescimento e produtividade nas plantas, assim como respostas bioquímicas nas folhas e bulbos e posteriormente avaliação metabolômica de substâncias presentes nas folhas e bulbos. Nesse trabalho, AQ promoveu o crescimento das plantas e ganho de produtividade, desencadeando mudanças bioquímicas nos teores de aminoácidos, açúcares e na atividade da enzima nitrato redutase, assim como aumento no conteúdo de espermina em folhas, espermidina em bulbos, triptamina em folhas e bulbos, 5-hidroxotriptofano em bulbos e serotonina em bulbos. Esses achados demonstram que A. quadricellulare estimula o crescimento, a produtividade e a assimilação de nitrogênio das plantas, indicando que é uma fonte potencial de insumo sustentável para a produção de batata e cebola podendo seu efeito estar relacionado ao metabolismo dos aminoácidos, das poliaminas e das auxinas.

Abstract: The action of microalgae in agriculture has gained relevance, mainly due to the identification of substances that are synthesized by these organisms, such as amino acids, proteins and phytohormones, which when applied to plants can promote growth and productivity with biofertilizing action. The microalgae Asterarcys quadricellulare is a source of free L-amino acids as bioactive molecules for products in the biofertilizer class. Thus, the objective of this work was to study the bioactive potential of the microalgae A. quadricellulare (AQ) and its action on metabolism, growth and productivity in onion and potato. The experiments were installed in the Olericulture area of the Federal University of Paraná. The AQ biomass (CCAP 294/1) was obtained in a mixotrophic system. The research steps are presented in three chapters. In the first chapter, the use of AQ microalgae biomass in potatoes was investigated, adopting a step-by-step approach, initially with a bioassay using concentrations of 0.05; 0.15; 0.25 and 0.4 g L-1 to identify microalgae bioactivity. Subsequently, using the biomass for foliar sprays in the field for two growing seasons to determine the effects on growth, productivity and biochemical variables. In the bioassay there was bioactivity with expansion of tomato hypocotyl. In the field there were gains in productivity in both harvests and biochemical changes that improved chlorophyll, amino acids, sugar and activity of the enzyme nitrate reductase. In the second chapter, the effect of AQ on onion was evaluated, verifying its action on the metabolism, growth and productivity of two cultivars (Alvará and Perfecta). Thus, two experiments were carried out: (i) foliar applications on plants grown in pots in a greenhouse; (ii) foliar applications on plants in the field. The experiments were carried out using solutions at concentrations of 0.05; 0.15; 0.25 and 0.4 g L-1 and biometric variables, bulb yield and biochemical variables were evaluated. AQ promoted plant growth and increases in caliber and bulb yield in both cultivars. The microalgae biomass stimulated the plant's metabolism by increasing the levels of chlorophyll, carotenoids, amino acids and activity of the enzyme nitrate reductase in the leaves, free amino acids and total sugar levels in the bulbs, highlighting the concentration of 0.25 g L-1. In the third chapter, AQ biomass was used to verify its action on metabolism, productivity and metabolomic response with two onion cultivars, two biomass concentrations (0.15 and 0.25 g L-1) and two spraying frequencies (weekly and fortnightly). AQ foliar sprays were carried out in the field, determining effects on growth and productivity in plants, as well as biochemical responses in leaves and bulbs and later metabolomic evaluation of substances present in leaves and bulbs. In this work, AQ promoted plant growth and productivity gain, triggering biochemical changes in the levels of amino acids, sugars and in the activity of the enzyme nitrate reductase, as well as improvement in the content of spermine in leaves, spermidine in bulbs, tryptamine in leaves and bulbs, 5- hydroxytryptophan in bulbs and serotonin in bulbs. These findings demonstrate that A. quadricellulare stimulates plant growth, productivity and nitrogen assimilation, indicating that it is a potential source of sustainable input for potato and onion production, and its effect may be related to the metabolism of amino acids, polyamines and of auxins.