Las microalgas desempeñan un papel crucial en la mejora del crecimiento y desarrollo de las plantas a través de diversos mecanismos. Producen una amplia gama de compuestos beneficiosos como aminoácidos, fitohormonas, polisacáridos y otras moléculas de señalización que actúan como promotores del crecimiento de las plantas.
Estas sustancias bioactivas liberadas por las microalgas estimulan la germinación de las semillas, mejoran el alargamiento de las raíces, aumentan el rendimiento de los cultivos y mejoran el rendimiento fotosintético de las plantas. Además, las microalgas fijan nitrógeno, liberan oligoelementos esenciales, solubilizan nutrientes como el potasio y el fósforo y convierten la materia orgánica en nutrientes utilizables, aumentando así la fertilidad del suelo y la salud de las plantas. Las interacciones entre las microalgas y las bacterias contribuyen aún más a mejorar la producción de cultivos de manera sostenible, destacando el potencial de los productos a base de microalgas como biofertilizantes, bioestimulantes y biocontroladores en la agricultura moderna.
Se espera que la población mundial alcance los 9.600 millones en 2050, lo que provocará una creciente demanda de producción de alimentos. Lamentablemente, la cantidad de tierra cultivable disponible para cultivos es limitada y sólo se espera que aumente apenas un 0,10%, de 1.592 millones de hectáreas en 2005-2007 a una cifra proyectada de 1.661 millones de hectáreas en 2050. Para satisfacer la demanda mundial de alimentos, Los agricultores han recurrido a prácticas agrícolas intensivas como el uso de fertilizantes químicos, pesticidas y potenciadores del crecimiento para aumentar el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, el uso continuo de estos productos químicos ha tenido un impacto negativo en la salud del suelo, afectando tanto al perfil fisicoquímico como a la microflora del suelo, lo que en última instancia ha provocado una reducción del rendimiento de los cultivos.
Las microalgas, al ser organismos unicelulares que dependen principalmente de la luz solar para obtener energía, son increíblemente adaptables a diversos entornos . Los efectos positivos de la biomasa de microalgas sobre el crecimiento de las plantas y la salud del suelo se deben a la presencia de una amplia gama de biomoléculas como enzimas fijadoras de N, AA solubles, conjugados biominerales, polisacáridos y fitohormonas. Con su alta eficiencia fotosintética, su capacidad para prosperar en fuentes de agua no potable como los desechos industriales y su capacidad para ajustar la producción de metabolitos en función de las condiciones ambientales, las microalgas se consideran un recurso prometedor para diversas industrias.
Se ha descubierto que las microalgas mejoran la fertilidad del suelo, aumentan la resiliencia de las plantas al estrés ambiental, activan mecanismos de defensa contra enfermedades y mejoran la absorción de nutrientes del suelo, incluidos fósforo (P), potasio (K), nitrógeno (N) y varios minerales . Estudios recientes han destacado el potencial de las microalgas para mejorar la calidad y el rendimiento de los cultivos en la agricultura y la horticultura . Si bien se han identificado previamente diferentes tipos de metabolitos de microalgas con propiedades bioestimulantes y biofertilizantes, sus mecanismos de acción específicos y sus efectos sobre la fisiología de las plantas aún estan en constante descubrimiento.
Las plantas necesitan algo más que macronutrientes para crecer. Minerales como el hierro (Fe) también son esenciales. Sin embargo, aunque hay mucho hierro en el suelo, no está fácilmente disponible para las plantas debido a las propiedades del suelo. Esto puede provocar escasez de hierro, lo que supone un problema para el crecimiento de las plantas. Para ayudar con esto, las bacterias del suelo liberan moléculas orgánicas llamadas sideróforos, que ayudan a que el hierro esté más disponible para las plantas. Este proceso también se observa en microalgas y cianobacterias.
Los sideróforos crean un fuerte complejo con el ion Fe3+, se han identificado dos sideróforos de en Anabaena spp. y Synechococcus spp. La estructura de los sideróforos cianobacterianos es similar a la de los sideróforos bacterianos como la rizobactina y la aerobactina. La presencia de sideróforos no sólo ayuda a unir y movilizar el Fe, sino también a prevenir la toxicidad de los metales pesados para las algas y plantas. En Anabaena spp., en condiciones con alto contenido de cobre (toxicidad del cobre), se observó que los sideróforos quelaban iones de Cu. El reciclaje de sideróforos dentro de las células da como resultado la exclusión de iones Cu, lo que reduce su toxicidad para las células cianobacterianas. Este mecanismo se puede utilizar para secuestrar metales pesados en suelos contaminados, se han informado algunas observaciones sobre la capacidad de cianobacterias para secuestrar metales pesados, como el secuestro de uranio por Synechococcus elongates y la quelación de cadmio por Anabaena oryzae en condiciones de abundancia de Fe . Por tanto, las cianobacterias tienen amplias aplicaciones como biofertilizantes naturales para recuperar los nutrientes del suelo y movilizarlos hacia las plantas.