No description available.

Microalgae oil has been identified as a reliable resource for biodiesel production due to its high lipid productivity and potential cultivation in non-fertile locations. However, high scale production of microalgae based biodiesel depends on the optimization of the entire process to be economically feasible. The present work combine the optimization of microalgae downstream processes with computational tools for the modeling of different scenarios of the harvesting, oil extraction and transesterification with data obtained at pilot scale. This approach detects process bottlenecks that could have led to an overestimation of the potentiality of the microalgae lipids as a resource for the biodiesel production. Reduction of the cultivation step is mandatory to consider the microalgae-based biodiesel competitive with respect to the fossil diesels. The required biodiesel market price for the best alternative assessed is $5700 per MT where only the biomass production (cultivation/harvesting) is responsible of the 65% of the cost. / Durante las últimas décadas, se ha prestado mucha atención a la producción de biodiesel a partir de microalgas (alta productividad y contenido lipídico). Sin embargo la viabilidad de su producción depende del proceso global y la optimización de cada una de las etapas del proceso. El presente trabajo combina una serie de propuestas de optimización de los procesos post-cultivos demostrados a escala piloto (concentración mediante filtración-dinámica y extracción/transesterificación directa de lípidos) y herramientas computacionales para detectar posibles sobre-estimaciones en la capacidad de las microalgas como fuente de producción de biodiesel. Según caso-base es necesaria la reducción de inversión inicial del proceso de producción de biomasa, (cultivo y concentrado) responsables del 65% del costo (5700$/MT) de producción de biodiesel a partir de microalgas para que el proceso sea económicamente viable.

La tesi Doctoral, de la que ara se‟n presenta un compendi resumit, manté com a fil conductor l'aplicació eficient de l'aigua de reg a nivell de parcel·la agrícola. El maneig de l'aigua a l'agricultura, sector productiu que usa el més alt percentatge d‟aquest element (77,5%), és fonamental si es vol incidir favorablement sobre el consum i l'actual política hidràulica, més orientada a un increment de l'oferta que a un control de la demanda. L'elecció d'un sistema de reg eficient, com és la microirrigació, amb un disseny adequat a les circumstàncies intrínseques de la parcel·la, seran decisius en aquest sentit. No obstant, l'estudi de tots aquells aspectes que optimitzin el funcionament de la instal·lació, des del punt de vista d‟aplicació, requereix, prèviament, conèixer com es mou i com es distribueix l'aigua en el perfil del sòl.. L‟avaluació de la forma i mida del volum del sòl humit (VSH) no és un aspecte menor ni tampoc fàcil de dur a terme, essent la majoria de vegades oblidat durant el procés del disseny. Les comptades recomanacions existents al respecte, quasi sempre es refereixen a la superfície del sòl mullat i en rares ocasions al VSH, encara que l'exploració radicular en el cultius, habitualment, adopta formes volumètriques. Tenint en consideració aquests antecedents i davant la falta d'informació existent sobre les característiques del VSH i de la seva possible influència sobre el comportament dels cultius, es plantegen dos objectius generals: 1) Dissenyar un Equip Mesurador del Volum de Sòl Humit (EMVSH), verificat a laboratori i a camp, i 2) Determinar la influència del percentatge de VSH en tres espècies arbòries com són l'olivera (Olea europaea L.), la pomera (Malus domestica BORKH) i l'avellaner (Corylus avellana L.) Respecte al primer objectiu, el disseny del EMVSH es basa en el concepte segons el qual l'aigua posseeix molècules amb una distribució desigual de la càrrega elèctrica i un comportament polar que facilita el pas del corrent elèctric. Quan augmenta el contingut hídric d'un medi porós, com el sòl, millora el flux de corrent a través d'ell. Contràriament, quan disminueix aquest contingut hídric, disminueix el flux de corrent i augmenta la resistivitat (ρ). Així mateix es considera la clara influència de la temperatura del sòl sobre el valor de la resistivitat de tal manera que la disminució d‟aquella ocasiona l'increment de la resistivitat elèctrica i viceversa. Fruit de diversos assaigs al laboratori aplicant les metodologies de prospecció geoelèctriques i més concretament la de Wenner, basada en l'avaluació directa de la resistivitat elèctrica (ρ), es va dur a terme el disseny del EMVSH. La fiabilitat del EMVSH, respecte a la seva capacitat per definir la forma i mida del VSH, s‟ha verificat a nivell de laboratori en condicions simulades i en camp mitjançant sis proves en sòls caracteritzats taxonòmicament en els termes municipals de Flix i Bovera (Tarragona i Lleida). En les proves de camp, estadísticament dissenyades, es varen establir sis tipus d‟irrigadors amb temps variables d‟aplicació. Les seccions verticals generades en aquestes proves indiquen l‟existència de tres fases en el desenvolupament del VSH: 1) Fase d‟avenç amb predomini de desplaçament vertical 2) Fase d‟emplenament i 3) fase de saturació amb predomini de desenvolupament horitzontal.S‟ha observat una bona correlació entre el volum d‟aigua total aplicada per a cada irrigador respecte al seu radi mullat a 30 cm de fondària i al VSH que es genera. També s‟observa una correlació entre l‟àrea mullada (m2) a 30 cm i VSH (m3) que es genera, si es consideren els valors mitjans assolits pels diferents irrigadors per als diferents sòls de l‟àrea estudiada. La relació entre el radi mullat a 30 cm i la fondària màxima on ha arribat el VSH presenta valors pròxims a 0.8 (formes esfèriques) en els irrigadors de baix cabal (2.5- 5 l/h) i valors superiors a 1 (formes el·lipsoides) en els irrigadors de més cabal (8, 24 i 35 l/h). En relació al segon objectiu, s‟ha estudiat el VSH necessari i suficient que, avaluat mitjançant el EMVSH, proporcionarà el millor comportament agronòmic dels tres cultius escollits, sabent que hi ha un volum ideal d‟arrels humides que milloren la resposta del cultiu. Un aspecte innovador, és que els estudis fan referència al percentatge de VSH respecte al "Volum Potencial d‟Exploració Radicular" (VPER). Per a l‟olivera 1) Es determina el comportament productiu, vegetatiu i de qualitat de l‟oli per a dues estratègies de reg (total i deficitari), amb cinc percentatges de VSH (12%, 24%, 35%, 47% i 59), i 2) Es comparen aquests comportaments entre les estratègies de reg i entre el VSH d‟una estratègia respecte a l‟altra. Els resultats obtinguts a l‟experiència mostren una dependència creixent de la producció d‟oliva respecte al nivell o percentatge de sòl humit generat sota la copa de l‟arbre, manifestant-se més aquest comportament en condicions d‟escassetat d‟aigua (reg deficitari controlat RDC), i a mida que avança el període experimental. En mullar un 59% del volum de sòl potencialment explorat per les arrels (VPER) és quan s‟assoleix la producció més alta d‟oliva i d‟oli per ha en condicions d‟aigua limitada. Aquest augment es produeix per un nombre de fruits més gran per arbre i no pel pes individual del fruit. Les estratègies de reg (total i deficitari) han generat produccions d‟oliva per ha superiors a les referents en secà. Una reducció del 20% de la dosi de reg (RDC) no ha afectat de manera significativa la collita (kg/ha), el contingut d‟oli (%) ni la seva producció (kg oli / ha). Els paràmetres de qualitat de l‟oli (polifenols, amargor i estabilitat) no han variat de manera significativa segons l‟estratègia de reg aplicada. Per a la pomera, s‟ha plantejat 1) Conèixer el comportament productiu, vegetatiu i de qualitat del fruit per a tres percentatges de VSH (22%, 44% i 66%) y 2) Definir el percentatge de VSH mínim entre els assajats que generés la millor resposta agronòmica al conreu.El seguiment durant tres anys de l‟experiència no ha permès observar un comportament productiu diferenciat del cultiu (kg/arbre) en funció del percentatge de VSH. No obstant, hi ha una producció total i comercial (Φ > 70 mm) superior de poma quan el percentatge de sòl humit és del 44%, però sense diferència significativa respecte als altres percentatges. Aquesta producció té més relació amb el pes mitjà del fruit que amb el nombre de fruits per arbre. Els aspectes qualitatiusde la fruita (duresa, sucres i acidesa) no han mostrat diferències significatives en variar el percentatge del sòl humit (VSH). En avellaner s‟ha pretès 1) Esbrinar la resposta productiva, vegetativa i de qualitat del fruit per a quatre percentatges de VSH (6%, 15%, 33% i 70%) i 2) Identificar el percentatge de VSH mínim que ocasiona el millor comportament agronòmic del cultiu. Els resultats obtinguts mostren que el percentatge més baix de sòl humit (6%), molt habitual a les explotacions comercials del camp de Tarragona, és el que ha produït, significativament, una collita d‟avellana en closca més baixa. En canvi, amb un 33% de VSH és quan s‟assoleix a la producció més alta, encara que no és significativament diferent dels tractaments de VSH-15% i VSH-70%. També, durant dos dels tres anys de l‟estudi, el pes mitjà del gra (g) va ser superior de forma significativa en humitejar un 33% del VPER. Els efectes d‟un període inicial d‟adaptació radicular del cultiu a les noves condicions dels experiments i d‟una diferent freqüència en l‟aplicació del reg, per als diversos percentatges de VSH experimentats, podrien haver estat la causa de les respostes poc diferenciades en varis dels paràmetres analitzats. / La tesis doctoral, cuyo compendio resumido ahora se presenta, mantiene como hilo conductor subyacente la aplicación eficiente del agua de riego a nivel de parcela agrícola. El manejo del agua en la agricultura, sector productivo que usa el mayor porcentaje de este elemento (77.5%), es fundamental si se quiere incidir favorablemente sobre el consumo y la actual política hidráulica, más orientada a un incremento de la oferta que a un control de la demanda. En este sentido, la elección de un sistema de riego eficiente, como es el de microirrigación, con un diseño adecuado a las circunstancias intrínsecas de la parcela, serán decisivos en este sentido. Sin embargo, el estudio de todos aquellos aspectos que optimicen el funcionamiento de la instalación, desde el punto de vista aplicativo, requiere, previamente, conocer como se mueve y distribuye el agua en el perfil del suelo. La evaluación de la forma y tamaño del volumen de suelo húmedo (VSH) no es un aspecto menor ni fácil de llevar acabo, siendo la mayoría de las veces soslayado durante el proceso de diseño. Las contadas recomendaciones existentes al respecto, casi siempre, se refieren a superficie de suelo mojado y en muy raras ocasiones a VSH, a pesar de que la exploración radicular en los cultivos, habitualmente, adopta formas volumétricas y en menor frecuencia formas superficiales. Tomando en consideración estos antecedentes y ante la falta de información existente sobre las características del VSH y su posible influencia sobre el comportamiento de los cultivos, se plantean dos objetivos generales: 1) Diseñar un Equipo Medidor del Volumen de Suelo Húmedo (EMVSH), verificado en laboratorio y campo y 2) Determinar la influencia del porcentaje de VSH en tres especies arbóreas como son el olivo (Olea europaea L.), el manzano (Malus domestica BORK) y el avellano (Corylus avellana L.). Respecto al primer objetivo, el fundamento del diseño del EMVSH se basa en el concepto según el cual el agua posee moléculas con una desigual distribución de la carga eléctrica y un comportamiento polar que facilita el paso de la corriente eléctrica. En base a ello, cuando aumenta el contenido hídrico de un medio poroso, como el suelo, mejora el flujo de corriente a través del mismo. Por el contrario, cuando disminuye ese contenido hídrico disminuye el flujo de corriente y aumenta la resistividad (ρ). Asimismo se considera la clara influencia de la temperatura del suelo sobre el valor de la resistividad, de tal manera que la disminución de aquella ocasiona el incremento de la resistividad eléctrica y viceversa. Fruto de diversos ensayos en laboratorio aplicando las metodologías de prospección geoeléctricas y más concretamente la de Wenner, basada en la evaluación directa de la resistividad eléctrica (ρ), se llevó a cabo el diseño del EMVSH. La fiabilidad del EMVSH, respecto a su capacidad para definir la forma y tamaño del VSH, se ha verificado a nivel de laboratorio en condiciones simuladas y en campo mediante seis pruebas en suelos caracterizados taxonómicamente en los términos municipales de Flix y Bovera (Tarragona y Lleida). En las pruebas de campo, estadísticamente diseñadas, se establecieron seis tipos de irrigadores con tiempos variables de aplicación.Las secciones verticales generadas en esas pruebas indican la existencia de tres fases en el desarrollo del VSH: 1) Fase de avance con predominio de desplazamiento vertical 2) Fase de llenado y 3) Fase de saturación con predominio de desarrollo horizontal. Se ha observado buena correlación entre el volumen de agua total aplicada por cada irrigador respecto a su radio mojado a 30 cm de profundidad y al VSH que se genera. También se observa correlación entre el área mojada (m2) a 30 cm y VSH (m3) que se genera, si se consideran los valores medios alcanzados por los distintos irrigadores para los diferentes suelos del área estudiada. La relación entre el radio mojado a 30 cm y la profundidad máxima alcanzada por el VSH presenta valores próximos a 0.8 (formas hemiesféricas) en los irrigadores de bajo caudal (2.5 - 5 l/h) y valores superiores a 1 (formas elipsoidales) en los irrigadores de mayor caudal (8, 24 y 35 l/h). En relación al segundo objetivo se ha estudiado el VSH necesario y suficiente que, evaluado mediante el EMVSH, proporcionara el mejor comportamiento agronómico de los tres cultivos elegidos, sabiendo que hay un volumen ideal de raíces húmedas que mejoran la respuesta del cultivo. Un aspecto innovador es que los estudios hacen referencia a porcentaje de VSH respecto al Volumen Potencial de Exploración Radicular‟ (VPER). Para el olivo 1) Se determina el comportamiento productivo, vegetativo y de calidad del aceite para dos estrategias de riego (total y deficitario) con cinco porcentajes de VSH (12%, 24%, 35%, 47% y 59%) y 2) Se comparan esos comportamientos entre las estrategias de riego y entre VSH de una estrategia respecto a la otra. Los resultados alcanzados en la experiencia indican una creciente dependencia de la producción de aceituna respecto al nivel o porcentaje de suelo húmedo generado bajo la copa del árbol, siendo más manifiesto este comportamiento en condiciones de escasez de agua (riego deficitario controlado, RDC) y a medida que avanza el período experimental. Al mojar un 59% del volumen de suelo potencialmente explorado por las raíces (VPER) es cuando se alcanza la mayor producción de aceituna y de aceite por ha en condiciones de agua limitada. Ese aumento ha sido ocasionado por un mayor número de frutos por árbol y no por el peso individual del fruto. Las estrategias de riego (total y deficitario) han generado producciones de aceituna por ha superiores a las referentes de secano. Una reducción del 20% de la dosis de riego (RDC) no ha afectado de manera significativa la cosecha (kg/ha), el contenido de aceite (%) ni su producción (kg aceite / ha). Los parámetros de calidad del aceite (polifenoles, amargor y estabilidad) no han variado de manera significativa por la estrategia de riego aplicada. Para el manzano se ha planteado 1) Conocer el comportamiento productivo, vegetativo y de calidad del fruto para tres porcentajes de VSH (22%, 44% y 66%) y 2) Definir aquel porcentaje de VSH mínimo entre los ensayados que generasen la mejor respuesta agronómica del cultivo.El seguimiento durante tres años de la experiencia no ha permitido observar un comportamiento productivo diferenciado del cultivo (kg/árbol) en función del porcentaje deVSH. Sin embargo, hay una mayor producción total y comercial (Ф > 70 mm) de manzana cuando el porcentaje de suelo húmedo es del 44%, pero sin diferencia significativa respecto a los otros porcentajes. Esa producción tiene más relación con el peso medio del fruto que con el número de frutos por árbol. Los aspectos cualitativos del fruto (dureza, azucares y acidez) no han manifestado diferencias significativas al variar el porcentaje de suelo húmedo (VSH). En avellano se ha pretendido 1) Averiguar la respuesta productiva, vegetativa y de calidad del fruto para cuatro porcentajes de VSH (6%, 15%, 33% y 70%) y 2) Identificar el porcentaje de VSH mínimo que ocasiona el mejor comportamiento agronómico del cultivo. Los resultados alcanzados indican que el porcentaje más bajo de suelo húmedo (6%), muy habitual en las explotaciones comerciales del campo de Tarragona, es el que ha producido, significativamente, menor cosecha en cáscara. En cambio, con un 33% de VSH es cuando se ha alcanzado la mayor producción, aunque no ha diferido de forma significativa de los tratamientos VSH-15% y VSH-70%. Asimismo, durante dos de los tres años ensayados, el peso medio del grano (g) fue superior de forma significativa al humedecer un 33% del VPER. Los efectos de un período inicial de adaptación radicular y de una distinta frecuencia en la aplicación del riego, para los diversos porcentajes de VSH ensayados, tal vez han ocasionado respuestas poco diferenciadas en varios de los parámetros analizados. / The Doctoral Thesis, which summarised compendium is presented here, keeps as underlying leitmotiv the efficient management of the water irrigation in the orchard. The management of water in agriculture, being the productive sector using the highest water percentage (77.5%), is fundamental if we want to influence favorably about the consumption and the current hydraulic politics, more focused on increasing the offer than on the control of the demand. The election of an efficient irrigation system, as the micro-irrigation, with a correct design considering the specific characteristics of the orchard, will be decisive. However, the study of all those aspects which permit optimising the functioning of the installation, with regard to the water application, requires a previous knowledge about how the water runs and spreads in the soil profile. The evaluation of the shape and size of the wet volume of the soil (WVS) is not a minor aspect, neither easy to achieve, and which in most cases is not considered during the process of design. The few recommendations found on this aspect refer nearly always to the wet surface and only rarely they refer to WVS, although the exploration of the crop roots usually adopt volumetric forms. Considering these antecedents and the absence of information about the characteristics of the WVS and its possible influence with regard to crop behaviour, two general objectives have been raised: 1) To design a Measure Equipment of the Wet Volume of the Soil (MEWVS), calibrated in laboratory and orchard and 2) To determine the influence of the percentage of the WVS in three fruit crops as olive (Olea europaea L.), apple tree (Malus domestica L.) and hazelnut tree (Corylus avellana L.). Referring to the first objective, the design of the MEWVS is based on the concept that the water has molecules with unequal distribution of the electric charge and a polar behaviour that permits the circulation of the the electric flux. Therefore, when the water content of a porous medium is increased, like the soil, the electric flux within it improves. On the contrary, when this water content is reduced, the electric flux decreases and the resistivity (ρ) increases. In the same way, the influence of the soil‟s temperature about the resistivity is considered. The temperature drop occasions the raise of the resistivity and vice versa. Several laboratory proves were realized applying the prospecting geoelectric methodologies, like WENNER, based on the direct evaluation of the electric resistivity (ρ), and the MEWVS design was done. The viability of the MEWVS, concerning its capacity to define the form and size of the WVS, has been proved in the laboratory in simulated conditions and in the orchard by means of six field tests in taxonomically defined soils in Flix and Bovera areas (Tarragona and Lleida). In the field tests, statistical designed, six irrigator types were applied with variable irrigation times.The vertical sections generated in these field tests show three phases in the development of the WVS: 1) Advance Phase with predominance of the vertical movement of the water 2) Filling Phase and 3) Saturation Phase with predominance of the horizontal movement. Good correlation was observed between the total volume of water applied for every irrigator with regard to its wet radius at 30 cm deep and to the WVS generated. Also, correlation is observed between the wet area (m2) at 30 cm deep and WVS (m3) generated, considering the average values reached by the different irrigators for the different soils of the studied area. In the irrigators of low flow (2.5 - 5 l / h) the relation between the wet radius at 30 cm and the maxim deepness of the WVS present values near to 0.8 (hemiesferic forms), while in the bigger flow irrigators (8,24 and 35 l/h) relations above 1 (elliptic forms) were obtained. With regard to the second objective, the necessary and sufficient WVS has been studied which, evaluated through the MEWVS, generates the best agronomic comportment of the three elected crops, knowing than there is an ideal volume of wet roots that improve crop comportment. A new aspect is that studies refer to the percentage of the WVS related to the "Potential Volume of Root Exploration" (PVER). For the olive crop 1) Crop and vegetative behaviour are determined, also the oil quality for two irrigation strategies (total and limited irrigation) with five percentages of WVS (12%, 24%, 35%, 47% and 59%) and 2). These comportments are compared with the different irrigation strategies and with the WVS of the different strategies considered. The results obtained in the experiment shows that the olive harvest depends increasingly to the level or percentage of WVS generated under the tree crown, being more pronounced this comportment in drought conditions (limited irrigation) and according the experimental period is advancing. When 59% of the soil volume potencially explored by the rootsystem (PVER) is wetted, the highest olive production is achieved and most olive oil per hectare in limited water conditions. This increase has been generated by a higher number of fruits per tree and not by the individual fruit weight. The irrigation strategies (total and limited irrigation) have generated bigger olive productions per hectare than those produces in dry farming conditions. A dose reduction of 20% in limited irrigation has not affected the olive harvest (kg/ha) in a significant way, nor the oil content (%) or its production (kg oil / ha). The oil quality parameters (poliphenols, bitterness and stability) have not varied significantly due to the applied irrigation strategy. In the apple tree has been studied 1) - The productive and vegetative comportment and the fruit quality with regard to three percentages of WVS (22%, 44% and 66%) and 2) - The establishment of the minimum percentage of WVS among those experimented assays generating the best agronomic apple crop response.The follow-up during three years of the experiment has not permitted to observe a differentiated productive crop comportment (kg / tree) according the WVSpercentage. However, there is a bigger total and commercial apple production (Ф>70 mm) when the percentage of wet soil is 44%, but without significant difference compared to the other percentages. This production is more related to the average fruit weight than the number of fruits per tree. The quality aspects of the fruit (hardness, sugars and acidity) have not shown significant differences when varying the WVS percentages. In the hazelnut tree have been studied 1) - The productive and vegetative response and the fruit quality applying four percentages of WVS (6%, 15%, 33% and 70%) and 2) - The minimum percentage of WVS that generates the best agronomic crop behaviour. The obtained results show that the lowest WVS percentage (6%), very common in the commercial orchards of the Tarragona area, has produced a significantly lower in-shell harvest. On the contrary, with a 33% of WVS the highest production was obtained, although it did not without differ significantly from the other percentages applied (15% and 70%). Also, during two of the three experimented years, the average weight of the kernel (g) was significantly higher when 33% of the PVER was wetted. The effect of an initial period of the roots‟ adaptation to the new conditions of the experiment and the different frequency in the irrigation application, for several percentages of WVS, could be the raison for not found significantly differences among analyzed parameters.

L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral ha estat avaluar la influència que exerceix el període de pre-acondicionat previ a l'emmagatzematge frigorífic a -0.5 º C, les combinacions gasoses de l'atmosfera de conservació frigorífica i la seva posterior vida útil a 20 º C, sobre la producció de compostos volàtils, paràmetres fisicoquímics i avaluació sensorial en quatre varietats de préssec (Early Rich®, Royal Glory®, Sweet Dreamcov i Elegant Lady®) i set de nectarina (Big Top®, Honey Blazecov, Venus®, Honey Royalecov, August Red®, Nectagalacov i Nectaladycov). Per això s'han realitzat quatre estudis: caracterització varietal en recol•lecció, potencial de conservació, efecte del pre-acondicionat a 20 ºC previ a la conservació frigorífica i influència de l'atmosfera gasosa durant l'emmagatzematge. Tenint en compte que les varietats utilitzades en cada estudi van variar i es van fer durant els anys 2009, 2010 i 2011. / El objetivo principal de la presente tesis doctoral ha sido evaluar la influencia que ejerce el periodo de pre-acondicionado previo al almacenamiento frigorífico a -0.5 ºC, las combinaciones gaseosas de la atmósfera de conservación frigorífica y su posterior vida útil a 20 ºC, sobre la producción de compuestos volátiles, parámetros fisicoquímicos y evaluación sensorial en cuatro variedades de melocotón (Early Rich®, Royal Glory®, Sweet Dreamcov y Elegant Lady®) y siete de nectarina (Big Top®, Honey Blazecov, Venus®, Honey Royalecov, August Red®, Nectagalacov y Nectaladycov). Para ello se han realizado cuatro estudios: caracterización varietal en recolección, potencial de conservación, efecto del pre-acondicionado a 20 ºC previo a la conservación frigorífica e influencia de la atmósfera gaseosa durante el almacenamiento. Teniendo en cuenta que las variedades utilizadas en cada estudio variaron y se llevaron a cabo durante los años 2009, 2010 y 2011. / The main objective of this thesis was to evaluate the influence of the pre-conditioning period prior to cold storage at -0.5 ° C and the effect of different atmosphere gas combinations during cold storage and subsequent shelf-life (20ºC) conditions, on the production of volatile compounds, physicochemical parameters and sensory evaluation in four peach varieties (Early Rich ®, Royal ® Glory, Sweet Dreamcov and Elegant Lady ®) and seven nectarine varieties (Big Top ®, Honey Blazecov, Venus ®, Honey Royalecov, August Red ®, and Nectaladycov Nectagalacov). Accordingly, four different experiments were carried out over the years 2009, 2010 and 2011 using different fruit varieties. First, we evaluated and characterize varietal differences upon harvest, then we investigated the storage potential, and finally we assessed the effect of pre-conditioning at 20ºC prior to cold storage and the influence of the gas atmosphere during storage.

La fenologia del cultiu està àmpliament reconeguda com el factor més important que determina l'adaptació de cultivars de blat i ordi a ambients determinats. El control genètic de la floració ha sigut extensament estudiat, encara que se sap molt menys sobre les diferències en el control genètic de diferents fases en pre- espigat. L'objectiu d'aquesta tesi va ser estudiar el control genètic de la durada de diferents fases de pre- espigat (iniciació de fulles i espiguetes, LS, i encanyat, SE) e identificar loci particulars responsables de la variabilitat genotípica independent en LS i SE, així com estudiar el possible impacte que el canvi en la ràtio SE/LS podria tenir en caràcters relacionats amb l'aparició de fulles i fillols, i altres característiques agronòmiques com l’acumulació de biomassa i N, i components del rendiment, entre d'altres. Dues poblacions de doble-haploides d'ordi i dos de blat es van conrear en diversos ambients mediterranis. La població d'ordi Steptoe x Morex (S x M), que se sap que segrega per alguns gens importants de floració, es va conrear en dues dates de sembra diferents i dos tractaments de fotoperíode. Es va identificar variabilitat genotípica independent entre LS i SE a cada població, i diversos loci de caràcters quantitatius (QTLs) responsables d'aquestes diferències també van ser identificats en cadascuna d'elles. Cap dels QTLs amb efectes diferents entre LS i SE a la població d'ordi Henni x Meltan (H x M) semblen ser gens majors de floració coneguts. Alguns gens majors de floració foren responsables de part de les diferències en la ràtio SE/LS en les altres poblacions En l'experiment amb S x M, tot i les interaccions significatives genotip x ambient i QTL x E, tant per LS com per ES, les diferències entre genotips pel ràtio SE/LS es mantingueren bastant entre ambients (h2 de 0,82). Escurçar LS, per tal d'allargar SE, no tindria un impacte negatiu en el vigor inicial, encara que alguns caràcters de l’afillolament podrien resultar afectats. Per al QTL amb els majors efectes sobre la ràtio SE/LS (significatiu sobretot per SE en 2HS) en H x M, una major ràtio SE/LS estava associada a una reducció en la tasa d’afillolament, el nombre màxim de fillols, espigues/m2 , grans/m2, el rendiment de gra, i la partició de biomassa tant a espigat com a collita. Algunes correlacions entre la durada de fases en pre-espigat i diversos caràcters agronòmics variaren en funció de l'ambient, el que podria suggerir que l'augment en la ràtio SE/LS podria ser més beneficiós en alguns ambients que en d’altres. Dos dels QTLs més importants per rendiment de gra en H x M no estigueren relacionats amb la durada de fases en pre-espigat, sinó amb el vigor inicial, en línia amb la seva importància en condicions mediterrànies, o amb més espigues/m2 i altres caràcters d’afillolament, d'acord amb la seva importància en l'ordi de dues carreres. En la població S x M la majoria de caràcters relacionats amb l’afillolament co- localitzaren amb QTLs per la duració de fases (principalment LS i HD), i tres de les regions més importants per aquests caràcters contenien tres dels QTLs més importants per la ràtio SE/LS. Altres QTLs per la ràtio SE/LS en SxM i HxM no estigueren relacionats amb efectes negatius sobre els caràcters estudiats. Els possibles efectes de loci particulars responsables de les diferències genètiques entre LS i SE, sobre aspectes importants com la partició de la biomassa, l’afillolament, i la generació d’espiguetes, entre d'altres, així com les interaccions amb l’ambient, s'haurien de tenir també en compte, ja que poden contrarestar els avantatges que una major ràtio SE/LS podria tenir en la generació del rendiment. / Crop phenology is widely recognized as the most important factor determining adaptability of wheat and barley cultivars to particular environments. The genetic control of flowering time has been extensively studied, although much less is known about differences in the genetic control of pre-heading phases. The aim of the present thesis was studying the genetic control of the duration of different pre-heading phases (leaf and spikelet initiation, LS, and stem elongation, SE) and identifying particular loci responsible for independent genotypic variability in LS and SE, as well as studying the possible impact that changing the ratio SE/LS could have on traits related to leaf appearance, tillering and other agronomic traits such as biomass and N accumulation and yield components among others. Two barley and two wheat double- haploid populations were grown in several Mediterranean environments. The Steptoe x Morex population (S x M), which is known to segregate for some major genes regulating flowering time, was grown under two different sowing dates and two photoperiod treatments. Independent genotypic variability in the duration of LS and SE was found in each population, and several quantitative trait loci (QTLs) responsible for these differences were also identified in each of them. None of the QTLs with different effects between LS and SE in the barley population Henni x Meltan (H x M) seemed to be major genes. Some major flowering genes were responsible for part of the differences in the ratio SE/LS in the other populations. In the S x M experiment, in spite of significant genotype x environment and QTL x E effects for both LS and SE, differences between genotypes in the ratio SE/LS were quite well maintained across environments (h2 of 0.82). Shortening LS, so as to lengthen SE, would not have a negative impact on early vigour, although some tillering traits could result affected. For the QTL with the highest effects on the ratio SE/LS (significant mainly for SE on 2HS) in H x M, a higher ratio was associated to lower rate of tillering, maximum number of tillers, spikes/m2, grains/m2, grain yield, and biomass partitioning both at heading and at harvest. Some correlations between duration of pre-heading phases and several agronomic traits varied depending on the environment, which could suggest that increasing the ratio SE/LS might be more beneficial in some environments than others. Two of the most important QTLs for grain yield in H x M were not related with duration of pre-heading phases, but were associated to early vigour, in line with is importance under Mediterranean conditions, or with higher spikes/m2 and other tillering traits, in line with the importance of tillering in 2-rowed barley. In the S x M population most tillering traits co-localised with QTLs for durations of phases (mainly LS and HD), and three of the most relevant regions for these traits contained three of the most important QTLs for the ratio SE/LS. Other QTLs significant for the ratio SE/LS in both HxM and SxM were not associated to negative effects for the studied traits. Effects on important aspects as tillering, biomass partitioning and spikelet generation, among others, from particular loci responsible of genetic differences between LS and SE, as well as interactions with the environment, should be considered since they may offset the advantages that a higher ratio SE/LS could have on yield generation. / La fenología del cultivo está ampliamente reconocida como el factor más importante que determina la adaptación de cultivares de trigo y cebada en ambientes determinados. El control genético de la floración ha sido extensamente estudiado, aunque se sabe mucho menos acerca de las diferencias en el control genético de distintas fases en pre-espigado. El objetivo de la presente tesis fue estudiar el control genético de la duración de diferentes fases de pre-espigado (iniciación de hojas y espiguillas, LS, y encañado, SE) e identificar loci particulares responsables de la variabilidad genotípica independiente en LS y SE, así como estudiar el posible impacto que el cambio en el ratio SE/LS podría tener en caracteres relacionados con la aparición de hojas, hijuelos y otras características agronómicas como la acumulación de biomasa y N, y los componentes del rendimiento, entre otros. Dos poblaciones de doble-haploides de cebada y dos de trigo se cultivaron en varios ambientes mediterráneos. La población de cebada Steptoe x Morex (S x M), que se sabe que segrega para algunos genes importantes de floración, se cultivó en dos fechas de siembra diferentes y dos tratamientos de fotoperiodo. Se identificó variabilidad genotípica independiente entre LS y SE en cada población, y varios loci de caracteres cuantitativos (QTLs) responsables de estas diferencias también fueron identificadas en cada una de ellas. Ninguno de los QTL con efectos diferentes entre LS y SE en la población de cebada Henni x Meltan (H x M) parecen ser genes mayores de floración conocidos. Algunos genes mayores de floración fueron responsables de parte de las diferencias en el ratio SE/LS en las otras poblaciones. En el experimento con S x M, a pesar de significativas interacciones genotipo x ambiente y QTL x E, tanto para LS como para SE, las diferencias entre genotipos para el ratio SE/LS se mantuvieron bastante entre ambientes (h2 de 0,82). Acortar LS, con el fin de alargar SE, no tendría un impacto negativo en el vigor inicial, aunque algunos caracteres del ahijamiento podrían resultar afectados. Para el QTL con los mayores efectos en el ratio SE/LS (significativo sobre todo para SE en 2HS) en H x M, un mayor ratio SE/LS estuvo asociado a una reducción en la tasa de ahijamiento, el número máximo de hijuelos, espigas/m2, granos/m2, el rendimiento de grano, y la partición de biomasa tanto en espigado como en cosecha. Algunas correlaciones entre la duración de fases en pre-espigado y varios caracteres agronómicos variaron en función del ambiente, lo que podría sugerir que el aumento en el ratio SE/LS podría ser más beneficioso en algunos ambientes que otros. Dos de los QTLs más importantes para rendimiento de grano en H x M no estuvieron relacionados con la duración de fases en pre-espigado, sino con el vigor inicial, en línea con su importancia en condiciones mediterráneas, o con más espigas/m2 y otros caracteres del ahijamiento, en consonancia con la importancia de éste en la cebada de dos carreras. En la población SxM la mayoría de caracteres relacionados con el ahijamiento co-localizaron con QTLs para la duración de fases (principalmente LS y HD), y 3 de las regiones más significativas para estos caracteres incluían 3 de los QTLs más importantes para el ratio SE/LS. Otros QTLs para el ratio SE/LS en HxM y SxM no estuvieron asociados a efectos negativos en los caracteres estudiados. Los posibles efectos de loci particulares responsables de las diferencias genéticas entre LS y SE, sobre aspectos importantes como la partición de la biomasa, el ahijamiento, y la generación de espiguillas, entre otros, así como las interacciones con el medio ambiente, se deberían tener también en cuenta, ya que pueden contrarrestar las ventajas que un mayor ratio SE/LS podría tener en la generación del rendimiento.

El rostoll dels cultius te un paper molt important en el manteniment de la fertilitat del sòl. L’incorporació del rostoll al sòl afecta favorablement els nivells de matèria orgànica (MO) i per tant l'estructura del sòl, l'emmagatzematge i el moviment d'aigua i aire, i altres determinants de la productivitat del sòl. Retornar el rostoll de blat de moro al sòl també contribueix al segrest de carboni (C) afavorint la reducció de l'emissió de gasos d'efecte hivernacle. La interacció entre la gestió del rostoll i la fertilització nitrogenada (N) pot ajudar a millorar l'eficiència d'ús de N, alhora que augmentar la producció i el manteniment de la sostenibilitat dels sistemes de cultiu. La fertilització mineral, sobre tot la nitrogenada, representa una part significativa del cost total de la producció de blat de moro. Per tant, l'alta concentració de les explotacions porcines a la zona de la Vall de l'Ebre permet que la utilització de purins sigui una estratègia de fertilització atractiva per reduir els costos de producció. Per tal d'investigar els efectes de la gestió del rostoll en la producció de blat de moro i la seva possible interacció amb la fertilització N, es van dur a terme dos assajos de camp des de 2010 fins a 2012 en zones de regadiu de la Vall de l'Ebre. Es va analitzar l’efecte de la interacció entre la gestió del rostoll (incorporat o eliminat) i els tractaments de fertilització N (orgànic o mineral) en la producció de blat de moro, i en alguns indicadors de qualitat del sòl (activitat deshidrogenasa (ADH), carboni de la biomassa microbiana (CBM) i l'abundància de cucs). El tractament de fertilització orgànica va consistir en 60 m3 ha-1 any-1 (~ 386 kg N ha-1) de purí vaquí (CS) i de fertilització mineral: 0 (control), 100, 200 i 300 kg N ha-1 any-1 (0N, 100N, 200N i 300N ). A part d'aquests dos assaigs de camp, també es va avaluar l'impacte a llarg termini (de 2002 a 2011) de la fertilització orgànica (purí de porc, PS) i mineral (300N) sobre la producció de blat de moro i dels indicadors de qualitat del sòl (com l'activitat de la fosfatasa-àcida, l'abundància de cucs de terra, Flux CO2, l’índex de diversitat H de Shannon (H’), el nombre de substrats utilitzats (NUS), CBM, la resistència a la penetració (RP) i MO, entre d'altres). A més, des de el punt de vista metodològic, es va mesurar la concentració total de N a la planta amb diferents mètodes de preparació de les mostres. Els resultats suggereixen que, sota les nostres condicions, incorporar el rostoll al sòl (~14 Mg de rostoll ha-1 any-1) juntament amb la fertilització orgànica té un impacte positiu en la qualitat del sòl sense penalitzacions en el rendiment de gra. El rendiment de gra, després de tres anys d'incorporació del rostoll, es mou entre 16 i 20 Mg ha-1 depenent de la font de fertilització de N. / El rastrojo de los cultivos tiene un papel muy importante en el mantenimiento de la fertilidad del suelo. Incorporar el rastrojo al suelo puede afectar favorablemente los niveles de materia orgánica (MO) y por tanto la estructura del suelo, el almacenamiento y el movimiento de agua y aire, y otros determinantes de la productividad del suelo. Devolver el rastrojo de maíz al suelo también contribuye al secuestro de carbono (C) favoreciendo la reducción de la emisión de gases de efecto invernadero. La interacción entre la gestión del rastrojo y la fertilización nitrogenada (N) puede ayudar a mejorar la eficiencia de uso del N, al mismo tiempo que aumenta la producción y el mantenimiento de la sostenibilidad de los sistemas de cultivo. La fertilización mineral, sobre todo la nitrogenada, representa una fracción significativa del coste total de la producción de maíz. Por ello, la alta concentración de las explotaciones porcinas en la zona del Valle del Ebro permite que la utilización de purines sea una estrategia de fertilización atractiva para reducir los costes de producción. Con el fin de investigar los efectos de la gestión del rastrojo en la producción de maíz y su posible interacción con la fertilización N, se llevaron a cabo dos ensayos de campo, desde 2010 hasta 2012, en las zonas de regadío del Valle del Ebro. Se analizó el efecto de la interacción entre la gestión del rastrojo (incorporado o eliminado) y los tratamientos de fertilización N (orgánico o mineral) en la producción de maíz y en algunos indicadores de calidad del suelo (actividad deshidrogenasa (ADH), carbono de la biomasa microbiana (CBM) y la abundancia de lombrices). La fertilización orgánica consistió en 60 m3 ha-1 año-1 (~ 386 kg N ha-1) de purín vacuno (CS) y la fertilización mineral: 0 (control), 100, 200 y 300 kg N ha-1 año-1 (0N, 100N, 200N y 300N). También, se evaluó el impacto a largo plazo (de 2002 a 2011) de la fertilización orgánica (purín de cerdo, PS) y mineral (300N) sobre la producción de maíz y los indicadores de calidad del suelo (como la actividad de la fosfatasa-ácida, la abundancia de lombrices, Flujo CO2, el índice de diversidad H de Shannon (H '), el número de sustratos utilizados (NUS), CBM, la resistencia a la penetración (RP) y MO, entre otros). Además, se midió la concentración total de N en la planta con diferentes métodos de preparación de las muestras. Los resultados sugieren que, bajo nuestras condiciones, devolver el rastrojo al suelo (~ 14 Mg de rastrojo ha-1 año-1) junto con la fertilización orgánica tiene un impacto positivo en la calidad del suelo sin penalizaciones en el rendimiento. El rendimiento de grano, después de tres años de incorporación del rastrojo, se mueve entre 16 y 20 Mg ha-1 dependiendo de la fuente de fertilización de N. / Crop stover plays an important role in the maintenance of the soil fertility, and consequently has an important influence in present and future crop production. Returning crop stover to the soil favorably influences its organic matter (OM) levels, and consequently the structure, water storage and water and air movement, and other determinants of soil productivity. Corn stover returned to the soil also contribute to carbon (C) sequestration and hence help to reduce the release of greenhouse gases. Interactions between crop stover management and nitrogen (N) fertilization could therefore help to improve N use efficiency while increasing crop production and maintaining the sustainability of the cropping systems. Mineral fertilization constitutes a significant fraction of total corn production cost. Thus, the high concentration of swine farms in the Ebro Valley area allows an attractive fertilization strategy of using animal manure for reducing the costs of corn production. In order to investigate the effects of stover management on corn production and their possible interaction with the N fertilization, two field experiments were conducted from 2010 to 2012 in the irrigated areas of the Ebro valley. The study analyzed the interaction between corn stover management (incorporated vs removed) and N fertilization treatments (organic v.s. mineral) on corn production, and on selected soil quality indicators (dehydrogenase activity (DHA), microbial biomass carbon (MBC) and earthworm abundance). The N fertilization treatments consisted of 60 m3 ha-1 year-1 (about 386 kg N ha-1) of cow slurry (CS) and mineral N fertilization rates of: 0 (control), 100, 200 and 300 kg N ha-1 year-1 (0N, 100N, 200N, and 300N). Apart from these two field trails, the thesis also evaluated the impact of long-term (from 2002 to 2011) fertilization, organic (pig slurry, PS) and mineral (300N) on corn production and soil quality indicators (as acid-phosphatase activity, earthworm abundance, CO2 Flux, Shannon H’ diversity index (H’), number of utilized substrates (NUS), MBC, resistance to penetration (RP) and OM, among others). Furthermore, we studied the whole plant N concentration with different plant material preparation systems. Under our conditions, our data suggested that returned stover to the soil (as average 14 Mg of stover ha-1 year-1) and organic fertilization had a positive impact on soil quality without grain yield penalties. Grain yield after three years of stover incorporation ranged from 16 to 20 Mg ha-1 depending on the N fertilization source.

Amb la finalitat de garantir la seguretat dels consumidors i del medi ambient, a la UE els aliments modificats genèticament (MG) estan sotmesos a un rigorós procés d'autorització que inclou: caracterització molecular del transgèn i anàlisis comparatives a nivell nutricional i agronòmic. L'ús de tècniques de profiling per avaluar la possible existència d'efectes no esperats derivats de la inserció i/o expressió del transgèn s'ha proposat com a una eina complementària per l'avaluació de la seguretat alimentària. L'objectiu de la present tesis és avaluar la variabilitat associada a la inserció i expressió de transgens en plantes, utilitzant com a exemple el blat de moro MON810. Es pretén complementar les aproximacions ja existents basades en l'estudi de paràmetres concrets mitjançant les tècniques de profiling. Des del punt de vista transcriptòmic i proteòmic, les varietats de blat de moro MON810 semblen ser substancialment equivalents a les seves varietats comparables no-MG. En conseqüència, és possible la producció de plantes MG amb el mínim d'efectes no esperats. / To ensure the safety of consumers and the environment, genetically modified (GM) food and feed are submitted to strict legislation. The EU establishes an authorisation procedure requiring: molecular characterisation of the transgene and compositional and agronomic comparative analysis. The use of profiling approaches to evaluate the possible occurrence of unintended effects derived from the insertion and/or expression of the transgene has been proposed as complementary tool for safety assessment. The objective of this thesis was to evaluate the variability associated to the insertion and expression of transgenes in plants, using as example MON810 maize. We aim to complement the existing targeted approaches by providing more unbiased information on the basis of profiling techniques. From the transcriptomics and proteomics perspectives, MON810 maize varieties seem to be substantially equivalent to their non-GM comparators. Thus, the production of GM plants with minimal unexpected effects is possible.

El impacto que tiene la tercera revolución científico-tecnológica (superconductores, electrónica y biotecnología) en la gestión de la tecnología para las empresas hortofrutícolas, reclama que los procesos de desarrollo de innovaciones, fruto de la investigación científica, encuentren una permanente difusión en los sectores productivos a través de políticas públicas congruentes con los procesos de interacción entre el mercado y los centros de conocimiento.El análisis del sector hortofrutícola de Sinaloa reclama una postura de integración de disciplinas y teorías, que se soporte a su vez en una integración paradigmática, que permita el acercamiento epistemológico desde el objeto de estudio, desvelando así, los procesos históricos complejos en los que se constituye toda actividad humana.Las innovaciones de proceso y de producto no se desarrollan en escenarios aislados del contexto social, la tendencia a la formación de redes institucionales es condición sin ecuanon para la competitividad de los sectores productivos en las economías de mercado abierto, lo que reclama del sector hortofrutícola de Sinaloa una planificación orientada a la articulación de dichas redes con el fin de incorporar efectivamente los nuevos conocimientos y asegurar con ello su competitividad. / The impact that the third scientific - technological revolution ( superconductors, electronics and biotechnology) has had in the management of fruit and vegetable produce business related technology, demands that the innovation processes, resulting from scientific investigations, find a permanent communication channel towards the productive sectors through congruent public policies that promote the interaction process between the "Think Tanks" ( knowledge and research centers) and the market. The analysis of the fruit and vegetable sector of Sinaloa requires a unique view and stand point towards the integrations of multiple disciplines and theories, that support it selves in a paradigmatic integrations, which allows an epistemological close up from the object of study, revealing the complex historical process that constitute every human activity. The process and product innovations do not develop in isolation from the social context, the tendency to form institutional networks is a sin equanon (something that always happens) condition for the productive sector's competitiveness in open market economies. This demands a well oriented, and well planned articulation between this nets and the fruit and vegetable sector of Sinaloa that include the clear objective of effectively incorporating new knowledge, assuring, thorough this objective, it's competitiveness.

La disponibilidad de agua es una de las mayores limitaciones en la productividad vegetal (Boyer, 1982) y es uno de los principales factores en la distribución de las especies vegetales. La tolerancia de un cultivo al estrés hídrico esta esencialmente vinculada a su capacidad de acceder al agua del suelo y utilizarla de manera más eficiente. El cultivo del tomate destaca tanto por su importancia económica como por representar un elevado consumo de recursos hídricos, de manera que cualquier mejora en el uso eficiente del agua (WUE) tendría un gran impacto socioeconómico y medioambiental. Se estima que un incremento de un 10% en el WUE en este cultivo podría suponer, en la Región de Murcia, un ahorro de más de 1.1 hm3 de agua de riego, cantidad equivalente a los requerimientos anuales de una población de 20.000 habitantes La sección experimental del manuscrito se ha dividido en dos partes diferenciadas. En primer lugar, con el objetivo de estudiar el papel de las invertasas en la respuesta al estrés hídrico en tomate (Solanum lycopersicon L.), se generaron plantas transgénicas que sobreexpresaban un gen de una invertasa extracelular de Chenopodium rubrum (CIN1) bajo el control de un promotor de invertasa vacuolar de Solanum pimpinellifolium (InvLp6g). En segundo lugar, se realizó una aproximación genética con objeto de identificar y explotar caracteres hídricos y hormonales implicados en la mejora del WUE en tomate mediante el uso de líneas recombinantes (RILs) de tomate procedentes de un cruce entre S. lycopersicum cv Moneymaker y S. pimpinellifollium acc. TO-937. La sobreexpresión del gen CIN1 dio lugar a una disminución de la transpiración acumulada y a un incremento de la tasa fotosintética, resultando, por tanto, en un incremento del WUE en relación a las plantas no transformadas, al final del periodo de estrés hídrico (9 días). Esto parece estar relacionado con una mejor regulación de las relaciones fuente-sumidero a través del mantenimiento del flujo metabólico. Además, se observó una mejora en los mecanismos antioxidativos de las plantas CIN1. Los cambios observados en el metabolismo primario se asociaron con cambios en el balance hormonal: incremento de las concentraciones de la CK más activa en tomate, trans-zeatina (t-Z), y disminución en los niveles del precursor del etileno ACC. De este modo, la invertasa extracelular actúa como punto integrador entre el metabolismo primario y las fitohormonas en respuesta al estrés hídrico, postulándose como una nueva estrategia para superar los efectos adversos del estrés hídricos sobre la fisiología y la productividad final del cultivo. Por otra parte, mediante una aproximación genética se pudieron identificar aquellas señales hídricas y hormonales implicadas en la regulación del WUE a través del control de la biomasa foliar y de la capacidad fotosintética. La explotación de dichos caracteres mediante la tecnología del injerto ha demostrado tener una utilidad directa sobre la mejora de la productividad final de la planta a través de la comunicación raíz-parte aérea. El precursor del etileno ACC y el ABA parecen ser señales hormonales implicadas en el crecimiento foliar principalmente al final del periodo de cultivo, cuando la tasa de transpiración era más elevada. El ACC se asoció positivamente con el WUEaY (en base a producción de fruto) y negativamente con el WUEav (en base a biomasa vegetativa) a través de una regulación negativa del área foliar. Otros factores hormonales, como las CKs, SA, ACC y JA también parecen ser señales (positivas) en la regulación del crecimiento foliar y por tanto del WUEa. Por tanto, mediante una aproximación funcional, se ha puesto de manifiesto el papel de las invertasas en la tolerancia al estrés hídrico a través de una modificación del balance hormonal. Por otro lado, mediante una aproximación genética usando líneas RIL se han identificado caracteres hormonales (principalmente ACC y CKs), implicados en la regulación del WUE en tomate, y que han sido explotados para mejorar la productividad mediante la tecnología del injerto. / Water availability is one of the major constraints on plant productivity (Boyer, 1982) as well as one of the main factors for the distribution of plant species. The tolerance of a crop to drought stress is essentially related to its ability to access to soil water and its efficiency use. In Spain, tomato is an important and high water consuming crop. Any improvement in water use efficiency (WUE) would imply a significant socioeconomic and environmental impact (e.g. an improvement of 10% in WUE of the greenhouse tomato crop in the Region of Murcia would save is equivalent to the water consumption of a population of 20.000 inhabitants). The experimental section of this thesis has been divided into two parts. Firstly, with the aim of studying the role of invertase in response to drought stress in tomato (Solanum lycopersicon L.), we generated transgenic plants overexpressing the cell wall invertase (cwInv) gene CIN1 from Chenopodium rubrum under the control of a promoter of vacuolar invertase from Solanum pimpinellifolium (InvLp6g). Secondly, we applied a genetic approach to identify and exploit water and/or hormonal-related traits associated with WUE through the use of a population of recombinant inbred lines (RIL) derived from a cross between Solanum lycopersicum and Solanum pimpinellifolium. CIN1 overexpression resulted in a decrease in accumulated transpiration and higher carbon assimilation, thereby increasing WUE compared to wild-type (WT) plants at the end of the drought period (9 days). This seems to be related to a better regulation of source-sink relations by maintaining metabolic fluxes. In addition, anti-oxidative mechanisms were improved in the CIN1 plants. Changes observed in primary metabolism were associated with changes in the hormonal balance. The concentration of the most active cytokinin (CK) in tomato trans-zeatin (t-Z) increased while the ethylene precursor 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) decreased in the CIN1 plants respect to WT. Thus, cwInv critically functions at the integration point of metabolic, hormonal and stress signals, providing a novel strategy to overcome drought -induced limitations to crop yield, without negatively affecting plant fitness under optimal growth conditions. Moreover, by using a genetic approach we could identify water- and hormonal-related traits directly involved in WUE regulation. These physiological traits can be directly transferred from the root to the scion through the use of selected RILs as rootstocks, improving crop productivity through root-to-shoot communication. Both the ethylene precursor ACC and ABA concentrations seem to be hormonal signals involved in leaf growth at the end of the experiment with higher transpiration rate. ACC was positively associated with WUEaY (base on fruit yield) and negatively with WUEav (based on vegetative biomass) through down-regulation of leaf area. Additionally, CKs, salicylic acid, ACC and jasmonic acid seem to be positive hormonal parameters regulating leaf growth and WUEa. Therefore, by using a functional approach it has been demonstrated that invertases play an important role in abiotic stress adaptation through a regulation in the hormonal balance. On the other hand, by using a genetic approach employing RIL lines we identified hormonal characters (mostly ACC and CKs), involved in the regulation of WUE in tomato and, thereafter, we exploited those characters to improve productivity crop thought the use of grafting.

Tesis por compendio de publicaciones / El consumo de tomate y productos derivados se ha relacionado con efectos beneficiosos para el organismo atribuidos al elevado contenido en varios compuestos como carotenoides, compuestos fenólicos, vitamina E, potasio y selenio. El tomate en fresco se consume principalmente en ensaladas, y se utiliza como ingrediente de muchas preparaciones culinarias. Aproximadamente el 40% de la producción total se destina a la transformación industrial dando lugar a productos derivados en forma de zumos, gazpacho, salsas, purés, pastas, conservas de tomate, etc. Como consecuencia del gran volumen de tomate procesado en la industria, se genera gran cantidad de residuos sólidos (pieles y semillas) que pueden ser utilizados para extraer compuestos bioactivos que son considerados de interés para la industria alimentaria y farmacéutica. La presente Tesis Doctoral se presenta como compendio de tres trabajos de investigación cuyos objetivos han sido estudiar los compuestos bioactivos antioxidantes presentes en distintas variedades de tomate destinados a consumo en fresco y tomates destinados a su procesado en la industria alimentaria, conocer las variaciones en los compuestos bioactivos tras determinados procesos industriales y evaluar la composición química y las propiedades de la fibra dietética del tomate como subproducto generado tras el procesado tecnológico. En el primer trabajo se ha estudiado la influencia de la variedad y el estado de maduración del fruto de tomate sobre los compuestos bioactivos y la actividad antioxidante hidrofílica. La variedad de tomate y el estado de madurez del fruto afectan de forma relevante al contenido de compuestos bioactivos antioxidantes (licopeno total y sus isómeros, β-caroteno, compuestos fenólicos totales e individuales, ácido ascórbico y folatos) y a la actividad antioxidante hidrofílica de las variedades de tomate destinadas al consumo en fresco. En las variedades destinadas a la industria (tomates maduros), las mayores diferencias se observaron en el contenido de β-caroteno, compuestos fenólicos individuales y actividad antioxidante hidrofílica, observando una fuerte correlación entre la actividad antioxidante y la rutina. Esta información puede ser de utilidad para la industria hortofrutícola, nutricionistas y tecnólogos de alimentos, ya que podrían conocer las variedades y los estados en los cuales las propiedades nutricionales del tomate y sus efectos beneficiosos son mayores para la salud con el fin de obtener productos de tomate con un valor añadido. En el segundo trabajo se ha evaluado la influencia del procesado industrial sobre el contenido de algunos compuestos bioactivos presentes en el tomate. Se analizaron dos tipos de puré de tomate utilizados habitualmente en la industria alimentaria, puré de tomate crudo (RTP) y puré de tomate “hot break” (HTP). Los procesos industriales a los que se sometieron las muestras fueron la homogeneización en una o dos etapas seguida de una pasterización. Finalmente, se aplicó un proceso de esterilización a diferentes temperaturas a las muestras HTP para evaluar el efecto de un segundo tratamiento térmico en el contenido de los compuestos bioactivos, teniendo en cuenta que este es el procedimiento más habitual para la elaboración de zumo de tomate en la industria, al utilizar como materia prima el puré HTP elaborado previamente con los tomates frescos de temporada. Para mejorar el contenido de compuestos bioactivos y la actividad antioxidante en productos procesados no solo es importante la selección de un método de procesado apropiado, sino que también lo es la condición inicial de la materia prima de partida (puré de tomate fresco o puré “hot break”). Ambos factores pueden afectar al valor nutricional del producto procesado final. Los procesos de pasterización y homogeneización producen efectos diferentes dependiendo del compuesto bioactivo analizado. Los carotenoides son relativamente estables al tratamiento térmico, mientras que el contenido de compuestos fenólicos totales y de vitamina C disminuyen significativamente. La homogeneización junto con la pasterización a 98 ºC produce un puré de tomate de textura fina con mejor calidad nutricional, ya que aumenta la cantidad de folatos extraídos. Por el contrario, la pasterización a temperatura superior a 98 ºC no es recomendable debido a que produce la degradación de la vitamina C y de los folatos. El tercer estudio se dedicó a la caracterización de la fibra dietética de tomate. Este subproducto procede de la piel de tomate la cual es deshidratada, triturada y homogeneizada. La fibra de tomate presenta un alto contenido en hemicelulosa insoluble y por sus propiedades funcionales podría ser utilizada potencialmente como espesante o agente texturizante en el desarrollo de alimentos con bajo contenido en grasas; como fuente de fibra dietética para aumentar el contenido en fibra de la dieta; y como fuente de antioxidantes (licopeno, rutina y ácido clorogénico). Sin embargo sus posibles utilizaciones están limitadas por el color y el sabor que aporta, que pueden modificar las características organolépticas del alimento al cual se añade. / The consumption of tomato and tomato-based products have been associated with beneficial effects for human health. These positive characteristics are attributed to the content of several compounds such as carotenoids, phenolic compounds, vitamin E, potassium and selenium. Fresh tomatoes are mainly consumed in salads and also as an ingredient of many recipes. Around 40% of world tomato production is allocated to foodstuff industry which produces several products such as juices, gazpacho (cold vegetable soup), sauces, purees, pastes, canned tomato, etc. A large amount of solid residues (peels and seeds) are produced as a consequence of the industrial processing. These residues could be used to extract bioactive compounds interesting to foodstuff and pharmaceutical industries. This Doctoral Thesis is presented as a compendium of three scientific articles addressing the influence of tomato variety, on-vine ripening and industrial processing on hydrophilic antioxidant activity and naturally bioactive compounds occurring in tomatoes. In addition, tomato peel fiber, a by-product derived from the tomato industry, has been studied to ascertain its nutritional composition, antioxidant compounds, and functional properties. In the first article we have studied the influence of cultivar and ripening stage of tomato fruit in the content of bioactive compounds and hydrophilic antioxidant activity. Total antioxidants (total lycopene and its isomers, β-carotene, total and individual phenolic compounds and ascorbic acid) and the hydrophilic antioxidant activity of fresh consumption tomato varieties depend significantly on the cultivar and ripening stage. Since industrial tomato varieties are commonly processed at the full ripe stage, the major differences are observed in β-carotene, individual phenolic compounds and antioxidant activity, with a strong positive correlation between hydrophilic antioxidant activity and rutin. This information could be useful to fresh vegetable processors, nutritionists and food technologists since it illustrates the varieties and stages at which the nutritional properties of tomatoes and their beneficial effects for human health are greatest in order to obtain tomato products with an added value. The second article was designed to investigate how the content of several bioactive compounds naturally occurring in tomatoes were affected by industrial processing. Two types of tomato puree commonly used in the food industry, namely raw tomato puree (RTP) and “hot break” tomato puree (HTP), were employed. Industrial processes included homogenization in either one or two steps followed by pasteurization. Finally, pasteurization at different temperatures was also applied to the HTP to assess the effect of a second thermal treatment on bioactive compounds, considering that this is the most usual procedure to make industrial tomato juice since it uses as raw material the HTP puree processed previously with fresh seasonal tomatoes. The results of this study showed that not only the selection of an appropriate processing method is important, but also is the initial condition of the sample (raw or “hot break” tomato puree). This could influence the nutritional value of the final product. Pasteurization after homogenization produced a different effect depending on the evaluated compound. Carotenoids were relatively resistant to thermal degradation, whereas total phenolic content and ascorbic acid significantly decreased. Homogenization together with pasteurization at 98ºC produces a smooth tomato puree and improves the nutritional quality by increasing the folate extractability. However, pasteurization temperatures over 98°C are not recommended because it causes degradation of vitamin C and folates. The third study was dedicated to the characterization of dietetic tomato fiber. This by-product derived from the tomato industry and consisted in tomato peels which are drum dried, milled, and homogenized. Tomato fiber is rich in insoluble hemicelluloses and due to its functional properties it could be potentially used as a volume replacer, thickening, or texturizing agent in the development of foods with low-fat content; as a rich dietary fiber source; and as an antioxidant enhancer (lycopene, rutin and chlorogenic acid). However, colour and flavour must be considered in its applications to avoid a negative effect on sensory characteristics of food to which it is added.