Mannosylerythritol lipids as green biostimulant for seeds germination of Monica Lettuce SF 31 (Lactuca sativa L.)

Abstract

O rápido crescimento da população global e o aumento da demanda por alimentos exige do setor agroindustrial alternativas sustentáveis e economicamente viáveis. Os pesticidas comumente utilizados no setor agrícola garantem um bom desempenho de produtividade, porém são responsáveis por diversos problemas ambientais e danos à saúde humana. Nos últimos anos, os biossurfactantes têm despertado o interesse da comunidade científica e do setor industrial devido suas propriedades similares aos pesticidas (por exemplo: propriedades antibacterianas e antifúngicas) e a possibilidade de produção a partir de fontes naturais. Dentre as diferentes classes de biossurfactantes, os manosileritritol lipídios (MELs) destacam-se devido as suas propriedades físico-químicas como biodegradabilidade, atividades antifitopatogênica e antimicrobiana, além de toxicidade inferior comparada aos surfactantes convencionais. Neste trabalho foi apresentada uma discussão crítica do estado da arte atual e as tendências futuras do MELs como bioestimulante agrícola. Adicionalmente, foi realizada uma investigação empírica sobre a aplicação do MEL-B (um dos homólogos dos MELs) na germinação de sementes de alface Mônica SF 31. A partir da correlação feita entre as propriedades do MELs e outros glicolipídios com potenciais aplicações na agricultura relatados na literatura, foi realizado um screening de concentrações (3,16; 31,6; 158; 316; 632 mg/L) de MEL-B onde a potencial propriedade bioestimulante foi investigada. Ou seja, as sementes germinadas foram avaliadas conforme o comportamento morfológico, característica fisiológica, assim como as análises físico-químicas e bioquímicas foram feitas após a etapa de germinação. Verificou-se que as sementes tratadas com MEL-B a 158 mg/L apresentaram o melhor desempenho de germinação e desenvolvimento das raízes quando comparados ao controle e as concentrações subsequentes. MEL-B a 316 e 632 mg/L apresentou inibição na germinação das sementes e influenciou negativamente no desenvolvimento das raízes. A propriedade bioestimulante do MEL-B foi notada nas raízes germinadas na condição de cultivo contendo MEL-B a 158 mg/L.

Abstract: There is a rapid growth of the global population, consequently the increasing for the food demands, in particular sustainable and economically viable alternatives. Pesticides are commonly applied in the agricultural sector in order to reach high productivity, nevertheless they are also responsible for several environmental problems and damage to human health. In recent years, biosurfactants have aroused the interest of the scientific community and the industrial sector due to their properties similar to pesticides (for example, antibacterial and antifungal properties) and the possibility of production from natural sources. Among the biosurfactants, mannosylerythritol lipids (MELs) stand out due to their physicochemical properties such as biodegradability, antiphytopathogenic, and antimicrobial activities, in addition to their lower toxicity compared to conventional surfactants. This work presents a critical discussion of the current state of the art and future trends on the use of MELs as a biostimulant. Additionally, an empirical investigation was carried out on the application of MEL-B (one out of for homologues of MELs) in the germination of Monica SF 31 lettuce seeds. From the correlation between the properties of MELs and other glycolipids with potential applications in agriculture, a screening of MEL-B concentration was carried out (3.16; 31.6; 158; 316; 632 mg of MEL-B/L) where the potential biostimulant property was investigated. In other words, the germinated seeds were evaluated according to the morphological behavior, physiological characteristic, and physical-chemical and biochemical analyses performed after the germination stage. It was verified that the seeds treated with MEL-B at 158 mg/L presented the best germination and root development performance compared to the control and the subsequent concentrations. MEL-B at 316 and 632 mg/L showed inhibition of seed germination and had a negative influence on root development. The biostimulant property of MEL-B was noticed in the roots germinated in the cultivation condition containing MEL-B at 158 mg/L.