Assessment of microalgal biomass as a potential feedstock for sustainable, eco-friendly biostimulants and biopesticides in plant production

• Autor(a) principal: Schmid, Benjamin
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/17594
• topic: Microalgas; Agricultura sustentável; Bioestimulantes; Biopesticidas; Fungos patogénicos das plantas.; Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais

O uso excessivo e contínuo de agroquímicos, fertilizantes sintéticos e pesticidas, levou à poluição antropogénica de nutrientes, tendo causado um grande número de degradações ambientais. Além disso, os agroquímicos são poluentes ambientais que podem causar graves problemas de saúde humana. A expansão global de "zonas mortas" nos oceanos, nas quais os baixos níveis de oxigénio ameaçam a vida marinha, é apenas um dos muitos sinais de alerta de que medidas contrárias são necessárias com urgência. Os bioestimulantes e biopesticidas à base de microalgas representam uma alternativa promissora para alcançar uma maior sustentabilidade na agricultura moderna. A biomassa de microalgas contém numerosos aminoácidos e fitohormonas que promovem o crescimento das plantas, podendo aumentar a produtividade das culturas, estimulando o crescimento da raiz e da canópia. Além disso, sabe-se que as microalgas inibem o crescimento de vários agentes fitopatogénicos, devido às suas propriedades antimicrobianas, podendo ser uma alternativa sustentável aos pesticidas sintéticos no setor agrícola. Neste estudo, focámo-nos na aplicação de extratos aquosos de microalgas como fungicidas contra Sclerotium rolfsii, Rhizoctonia solani, Botrytis cinerea e Alternaria alternata. Esses fungos são agentes causais de doenças frequentes na agricultura, ameaçando a segurança alimentar global. As informações disponíveis, relacionadas com a utilização de microalgas na proteção de plantas e bioestimulação, são ainda escassas, embora as microalgas possam desempenhar um papel importante no desenvolvimento da agricultura sustentável. Secundariamente, sabendo-se que o uso agrícola de compostos de resíduos orgânicos apresenta vários benefícios relacionados com a fertilidade do solo e a resistência das plantas a algumas doenças, avaliou-se o efeito daquelas microalgas na compostagem de uma mistura de resíduos agrícolas comuns na região, devido à possibilidade de as microalgas poderem apresentar alguma influência na atividade microbiana responsável pela compostagem. O principal objetivo do presente estudo foi determinar as propriedades bioestimulantes e biofungicidas de microalgas e a sua capacidade de melhorar o processo de compostagem de resíduos orgânicos para um objetivo final de tornar a agricultura mais sustentável através do uso destes microrganismos fotossintéticos, nomeadamente Scenedesmus sp., Chlorella vulgaris, Nannochloropsis sp., Arthrospira (Spirulina) sp. e Phaeodactylum tricornutum. Para atingir o objetivo supracitado, os objetivos específicos desta dissertação são: (1) avaliar o controle de doenças de plantas com extratos aquosos de microalgas in vitro, e (2) avaliar e caracterizar processos de compostagem enriquecidos com microalgas. O Capítulo II descreve a aplicação promissora de extratos aquosos de Nannochloropsis sp., Phaeodactylum tricornutum, Scenedesmus obliquus e Spirulina sp. in vitro para o desenvolvimento de antifúngicos de origem algal. A supressão do crescimento por estes extratos foi observada nos fungos fitopatogénicos Sclerotium rolfsii, Rhizoctonia solani e Botrytis cinerea. De facto, as espécies de microalgas são uma fonte promissora de agentes antifúngicos não prejudiciais ao meio ambiente que podem reduzir o uso de fungicidas sintéticos e limitar o impacto ecológico do setor agrícola. Uma vez que a maioria dos estudos se foca nas propriedades antifúngicas de cianobactérias procarióticas, o presente estudo visou preencher a lacuna de conhecimento sobre o uso de microalgas eucarióticas como agentes antifúngicos. Para evitar métodos complexos de extração e etapas de purificação, que aumentam os custos e restringem as aplicações em larga escala de fungicidas à base de algas, foi usada uma extração simples à base de água. Assim, foram investigadas as propriedades de extratos aquosos de microalgas eucarióticas (Nannochloropsis sp., Phaeodactylum tricornutum, Scenedesmus obliquus e Chlorella vulgaris) e procarióticas (Spirulina sp.) in vitro quanto à sua atividade inibidora em relação aos fungos fitopatogénicos Sclerotium rolfsii e Alternaria alternata. A análise estatística revelou que Scenedesmus obliquus apresentou a maior atividade antifúngica de todas as estirpes de microalgas contra Sclerotium rolfsii, com inibições de crescimento de até 32,01 ± 4,82%. Nannochloropsis sp. mitigou Sclerotium rolfsii em até 13,96 ± 5,26%, enquanto Phaeodactylum tricornutum suprimiu o crescimento de Sclerotium rolfsii e Rhizoctonia solani em até 18,35 ± 3,45% (p <0,05). Além disso, Phaeodactylum tricornutum e Scenedesmus obliquus inibiram o crescimento de Botrytis cinerea em até 11,47 ± 2,06% (p <0,05). Assim, esses resultados sugerem que microalgas com atividade fungicida podem contribuir para uma agricultura mais sustentável ao inibir o crescimento de fitopatógenos fúngicos. No Capítulo III, encontra-se descrita a utilização de microalgas no processo de compostagem. Mais especificamente, este estudo investigou a suplementação de uma mistura de resíduos orgânicos com biomassa de microalgas secas de Nannochloropsis sp., Phaeodactylum tricornutum, Scenedesmus obliquus e Chlorella vulgaris. Até onde sabemos, este é o primeiro relatório que analisou o enriquecimento de materiais de compostagem frescos com pó de microalga seca. Uma vez que as microalgas produzem vários aminoácidos e fitohormonas que promovem o crescimento das plantas, seria de esperar que elas poderiam melhorar ainda mais as características dos compostos estimulantes das plantas, como a liberação de nutrientes que promovem o crescimento. As taxas de decomposição dependem das atividades metabólicas das populações microbianas que dependem, por sua vez, da disponibilidade de vários micro- e macronutrientes. Portanto, a co-compostagem de biomassa de microalgas rica em nutrientes poderá moldar comunidades microbianas e melhorar a qualidade do composto final com base na riqueza em nutrientes, como fósforo, azoto e potássio. Devido ao seu potencial para transformar e reciclar resíduos de diferentes origens em matéria orgânica, a compostagem terá um papel fundamental no caminho para uma sociedade mais sustentável. Em termos gerais, não foram observadas grandes variações nos parâmetros de pH, condutividade elétrica, matéria orgânica, matéria mineral, temperatura, volume e fitotoxicidade entre todas as pilhas de compostagem modificadas com microalgas, quando comparadas com o composto controlo (fase final). Portanto, o composto fortificado com microalgas poderá ser considerado uma alternativa sustentável promissora para aumentar ainda mais a produtividade das culturas no setor agrícola global, mas que requer ainda verificação experimental em ensaios de campo ou estufa.