Extrato aquoso de Kappaphycus alvarezii cultivada em Santa Catarina : caracterização bioquímica sazonal e potencial bioestimulante agrícola em cevada
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2026-05-22
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Silva, Sidnei Moura e
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A busca por insumos agrícolas sustentáveis tem direcionado o interesse para bioestimulantes derivados de macroalgas marinhas. Neste contexto, esta tese objetivou caracterizar extratos comerciais de Kappaphycus alvarezii cultivada em fazendas marinhas no litoral de Santa Catarina e avaliar seu potencial bioestimulante em plantas de cevada (Hordeum vulgare L.), bem como investigar a composição e as potenciais aplicações do resíduo sólido da produção daquele bioinsumo. A primeira etapa consistiu na caracterização bioquímica do extrato comercial e de seu resíduo ao longo das estações, revelando uma influência marcante da sazonalidade sobre os perfis metabólicos daquelas biomassas. Amostras de extrato coletadas no inverno apresentaram teores significativamente superiores (p<0,05) de aminoácidos totais (0,52 a 6,90 mg/g), carboidratos totais (0,16 a 8,84 mg/g), açúcares solúveis (0,33 a 17,39 mg/g) e fenóis totais (2,22 a 23,17 mg/100g). Dentre os macronutrientes, o potássio mostrou-se em maior concentração (0,97% a 1,82%). A análise de componentes principais (PCA) discriminou claramente os perfis metabólicos das amostras de verão e inverno, com correlações negativas significativas entre a temperatura da superfície do mar e a concentração da maioria dos metabólitos investigados. O resíduo sólido, por sua vez, apresentou altos teores de cinzas (25,37 a 31,87% - peso seco), configurando uma matriz rica em minerais com maiores teores de Ca, Mg e S na primavera. Destaca-se ainda o rendimento expressivo de carragenana (média 17,87% - inverno) e a presença de compostos bioativos, incluindo carotenoides (até 248,96 mg/100g - inverno), flavonoides (até 13,54 mg/100g - outono) e ácidos graxos como o ácido heptadecanoico (C17:0, até 80,2% - inverno), conferindo potencial nutracêutico ao resíduo. Em conjunto, esses achados fundamentam um modelo de biorrefinaria em cascata sazonalmente orientado. Na segunda etapa, o potencial bioestimulante do extrato aquoso de K. alvarezii foi validado em sementes e plantas de cevada. No priming de sementes, o modelo de Brain-Cousens revelou uma janela de resposta hormética ótima entre concentrações de 2 e 5% (v/v). Nessa faixa, a massa fresca da parte aérea atingiu um incremento de 35% (5%, r² = 0,99) e a massa fresca radicular foi saturada já a 0,5% (+41%). Os teores de clorofilas a e b e carotenoides apresentaram maior conteúdo em plantas tratadas a 2% (~ +20%), seguindo um perfil unimodal. O conteúdo de amido total declinou monotonicamente em 59% entre o controle e o tratamento a 10%, enquanto a razão amido:proteína caiu de 6,31 ± 0,28 para 1,95 ± 0,50 (BC.4: r² = 0,86), refletindo uma transição progressiva do metabolismo de armazenamento de carbono para o anabolismo proteico. Em casa de vegetação, a aplicação foliar não alterou a arquitetura das plantas, mas promoveu melhorias significativas na qualidade dos grãos, com aumentos de até 19,3% nos teores de amido (5%), 10,3% de proteínas (10%) e 56,6% de aminoácidos totais (1 e 2%), mantendo a germinação acima de 98,5% em todos os tratamentos. Em conjunto, os resultados estabelecem uma base sólida entre a variabilidade sazonal da composição do extrato aquoso, sua atividade biológica hormética e o potencial de valorização integral da biomassa, posicionando o produto bioestimulante derivado de K. alvarezii cultivada no Sul do Brasil como uma ferramenta tecnológica confiável e sustentável à intensificação ecológica da agricultura, com capacidade de agregar valor à cadeia produtiva da aquicultura local. [resumo fornecido pelo autor]
Abstract
The search for sustainable agricultural inputs has driven interest in biostimulants derived from marine macroalgae. In this context, this thesis aimed to characterize the commercial extracts of Kappaphycus alvarezii cultivated in marine farms located on the coast of Santa Catarina state, southern Brazil, and to evaluate their biostimulant potential in barley (Hordeum vulgare L.), as well as to investigate the composition and potential applications of the solid residue from the production of this bioinput. The first stage involved the seasonal biochemical characterization of the commercial extract and its residue, revealing a marked influence of seasonality on the metabolic profiles of those biomasses. Extract samples collected in winter showed significantly higher (p<0.05) amounts of total amino acids (0.52 to 6.90 mg/g), total carbohydrates (0.16 to 8.84 mg/g), soluble sugars (0.33 to 17.39 mg/g), and total phenols (2.22 to 23.17 mg/100g), with potassium as the most abundant macronutrient (0.97% to 1.82%). Principal component analysis (PCA) clearly discriminated the metabolic profiles of summer- and winter-harvested samples, with significant negative correlations between sea surface temperature and the concentration of most metabolites. In turn, the solid residue retained high ash content (25.37-31.87%, dry weight), constituting a mineral-rich matrix with Ca, Mg, and S peaks in spring. Noteworthy are the expressive carrageenan yield (mean 17.87% - winter) and the presence of bioactive compounds, including carotenoids (up to 248.96 mg/100g - winter), flavonoids (up to 13.54 mg/100g - autumn), and fatty acids such as heptadecanoic acid (C17:0, up to 80.2% - winter), endowing the residue with nutraceutical potential. Taken together, these findings support a seasonally oriented cascading biorefinery model. In the second stage, the biostimulant potential of the aqueous extract was validated in barley seeds and plants. In seed priming, the Brain-Cousens model revealed an optimal hormetic window at 2-5% (v/v). Within this range, shoot fresh mass increased by 35% (5%, r² = 0.99) and root fresh mass was saturated at 0.5% (+41%). Chlorophylls a and b and carotenoids peaked at 2% (~ +20%), following a unimodal profile. Total starch content declined monotonically by 59% between the control and 10%, while the starch:protein ratio fell from 6.31 ± 0.28 to 1.95 ± 0.50 (BC.4: r² = 0.86), reflecting a progressive shift from carbon-storage to protein-anabolic metabolism. In the greenhouse, foliar application did not alter plant architecture, but significantly improved grain quality, with increases of up to 19.3% in starch (5%), 10.3% in proteins (10%), and 56.6% in total amino acids (1 and 2%), while maintaining germination above 98.5% in all treatments. Together, these results establish a solid foundation linking the seasonal variability of the aqueous extract composition, its hormetic biological activity, and the potential for full biomass valorization. The biostimulant product derived from the macroalga K. alvarezii cultivated in southern Brazil is thus positioned as a reliable and sustainable technological tool for the ecological intensification of agriculture, capable of adding value to the local aquaculture production chain. [resumo fornecido pelo autor]
Citation
Dutra, FS