[EN] The present work aimed to study Sustainable Development. It was studied the topic, its significance, why its appearance and its current state. A timeline was elaborated with key events and historical milestones of the theme. The theme was analyzed in its main aspects. It was questioned the various problems that have arisen and that hinder the success of its appliance. It was investigated what was being done and what can be improved. New hypotheses and perspectives were thrown up to address the issue and to implement more successfully and effectively trying to overcome the main problems that have been encountered in its implementation. Parameters for implementation of Sustainable Development were established. It was concluded that there is much work to be done in this area, that more tools can be created, that it may be a greater sharing of information and that are missing more open discussions of the problems that are being placed. The parameters that were developed are useless if they are not known and shared and applied in everybody's daily life. This poses a challenge to each and every one of the inhabitants of our blue planet. To this end it was developed an online platform for sharing of these parameters, as well as an application that helps and advises on the best ways to successfully implement Sustainable Development. / [ES] El presente trabajo tiene como objeto de estudio el desarrollo sostenible. Se ha estudiado el tema, su significado, el porqué de la aparición del concepto de desarrollo sostenible y su estado actual. Para ello se ha elaborado un cronograma con los principales eventos e hitos históricos del tema, que ha sido analizado en sus principales vertientes. Se han cuestionado también los diversos problemas que surgen y dificultan el éxito de su aplicación, investigando lo que se está haciendo en el área y lo que se puede mejorar, planteando nuevas hipótesis y perspectivas para abordar la temática y para implementarla con más éxito y eficacia, e intentando solventar los principales problemas que han aparecido durante su implementación. Por otra parte se han establecido parámetros para la aplicación del desarrollo sostenible. Las primeras conclusiones a las que se ha llegado es que existe mucho trabajo por llevar a cabo en esta área, que se pueden crear más herramientas al efecto, que la información puede estar más compartida y que podría y debería haber más discusiones abiertas sobre los problemas que se nos plantean. Los parámetros que han sido elaborados de nada sirven si no se comparten y divulgan, así como si no se aplican en nuestro día a día. El desafío está lanzado para todos y cada uno de los habitantes de este nuestro planeta azul. Con este propósito se ha desarrollado una plataforma on-line desde donde se pueden compartir estos parámetros, así como una aplicación que ayuda e informa sobre las mejores prácticas para implementar con éxito el desarrollo sostenible. / [CA] El present treball té com a objecte d'estudi el desenvolupament sostenible. S'ha estudiat el tema, el seu significat, el perquè de l'aparició del concepte de desenvolupament sostenible i el seu estat actual. Per a açò s'ha elaborat un cronograma amb els principals esdeveniments i fites històriques del tema, que ha sigut analitzat en els seus principals vessants. S'han qüestionat també els diversos problemes que sorgeixen i dificulten l'èxit de la seua aplicació, investigant el que s'està fent en l'àrea i el que es pot millorar, plantejant noves hipòtesis i perspectives per a abordar la temàtica i per a implementar-la amb més èxit i eficàcia, i intentant solucionar els principals problemes que han aparegut durant la seua implementació. D'altra banda s'han establit paràmetres per a l'aplicació del desenvolupament sostenible. Les primeres conclusions a les quals s'ha arribat és que existeix molt treball per dur a terme en aquesta àrea, que es poden crear més eines a aquest efecte, que la informació pot estar més compartida i que podria i deuria haver-hi més discussions obertes sobre els problemes que se'ns plantegen. Els paràmetres que han sigut elaborats de gens serveixen si no es comparteixen i divulguen, així com si no s'apliquen en el nostre dia a dia. El desafiament està llançat per a tots i cadascun dels habitants d'aquest nostre planeta blau. Amb aquest propòsit s'ha desenvolupat una plataforma on-line des d'on es poden compartir aquests paràmetres, així com una aplicació que ajuda i informa sobre les millors pràctiques per a implementar amb èxit el desenvolupament sostenible. / Alves De Menezes Quintela, EJ. (2015). DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL PASSADO O SÉCULO XX: ESTABLECIMENTO DE PARÂMETROS DE APLICAÇÃO [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54115

[ES] Las plantas monocárpicas se definen como aquellas que florecen, producen semillas y mueren después de un solo ciclo reproductivo. Muchos cultivos de importancia agroeconómica siguen estrategia reproductiva. En estas plantas, después de producir un cierto número de semillas, el meristemo apical del tallo (SAM) cesa su actividad, siendo esta la antesala de su senescencia y muerte. Este fenómeno, estudiado en diferentes especies de plantas monocárpicas, se conoce como Parada Proliferativa (PA). Se encuentra influenciado por múltiples factores, que incluyen la influencia del desarrollo de frutos y semillas, así como las condiciones ambientales de luz, humedad, etc. Todos estos factores son finalmente integrados a nivel genético en la planta. En este contexto, en Aabidopsis thaliana se ha descrito una ruta dependiente de la edad encargada de la modulación del PA, la ruta FUL-AP2. Se ha demostrado que el miR172 y FRUITFUL (FUL) incrementan su expresión con la edad de la planta y regulan negativamente APETALA2 (AP2), que es responsable de mantener la actividad meristemática a través de la acción de WUSCHEL (WUS). En este sentido, se ha sugerido que otros miembros de la subfamilia euAP2, TOE1, TOE2, TOE3, SMZ y SNZ, conocidos colectivamente como AP2-like genes, también juegan un papel crucial en la modulación de la PA. No obstante, estos han sido definidos principalmente como reguladores de la transición floral, y su implicación en la modulación del PA no está bien establecida. Por otro lado, Pisum sativum ha sido, históricamente, una especie ampliamente estudiada a nivel fisiológico en lo que concierne a PA. Sin embargo, hoy aún existen numerosas cuestiones, ambigüedades y discrepancias acerca de la regulación del PA en esta especie. En esta tesis doctoral, pretendemos profundizar en la caracterización de diversos aspectos del PA tanto en Arabidopsis thaliana como en Pisum sativum, con intención de determinar el grado de conservación que existe en este proceso entre estas dos especies monocárpicas. En el Capítulo 1, hemos examinado el papel de todos los miembros de la subfamilia euAP2 en la modulación de la PA en Arabidopsis thaliana, así como su potencial para estrategias biotecnológicas dirigidas a la modulación de la PA. Nuestros resultados sugieren que, a excepción de SMZ, todos juegan un papel crítico en este proceso, siendo inductores de la actividad meristemática. Además, AP2 y SNZ han demostrado tener el potencial para ser usados en estrategias biotecnológicas dirigidas a aumentar la producción de frutos en plantas monocárpicas. En el capítulo 2 se han revisitado los estudios fisiológicos que históricamente han tenido como objetivo determinar el papel de los frutos en desarrollo en la inducción del PA en Pisum sativum. Nuestros resultados sugieren que el desarrollo de semillas determina el momento del PA: cuando se ha producido una determinada biomasa de semillas, la SAM entra en un estado latente. Además, a nivel transcriptómico, Arabidopsis thaliana y Pisum sativum exhiben un comportamiento similar en cuanto a la influencia de las semillas en la actividad meristemática y el PA. Finalmente, en el Capítulo 3, hemos generado herramientas para caracterizar los genes de la subfamilia euAP2 en la modulación de PA en Pisum sativum. Además, sentamos las bases para el estudio de nuevos moduladores de la ruta genética, como Flowering Locus T (FT), postulándolo así como posible florígeno y anti-florígeno de las plantas. / [CA] Les plantes monocàrpiques es definixen com aquelles que florixen, produïxen llavors i moren després d'un sol cicle reproductiu. Molts cultius d'importància agroeconómica seguixen estratègia reproductiva. En estes plantes, després de produir un cert nombre de llavors, el meristemo apical de la tija (SAM) cessa la seua activitat, sent esta l'avantsala de la seua senescència i mort. Este fenomen, estudiat en diferents espècies de plantes monocàrpiques, es coneix com a Parada Proliferativa (PA). Es troba influenciat per múltiples factors, que inclouen la influència del desenvolupament de fruits i llavors, així com les condicions ambientals de llum, humitat, etc. Tots estos factors són finalment integrats a nivell genètic en la planta. En este context, en Aabidopsis thaliana s'ha descrit una ruta dependent de l'edat encarregada de la modulació del PA, la ruta FUL-AP2. S'ha demostrat que el miR172 i FRUITFUL (FUL) incrementen la seua expressió amb l'edat de la planta i regulen negativament APETALA2 (AP2), que és responsable de mantindre l'activitat meristemàtica a través de l'acció de WUSCHEL (WUS). En este sentit, s'ha suggerit que altres membres de la subfamília euAP2, TOE1, TOE2, TOE3, SMZ i SNZ, coneguts col·lectivament com AP2-like gens, també juguen un paper crucial en la modulació de la PA. No obstant això, estos han sigut definits principalment com a reguladors de la transició floral, i la seua implicació en la modulació del PA no està ben establida. D'altra banda, Pisum sativum ha sigut, històricament, una espècie àmpliament estudiada a nivell fisiològic en el que concernix PA. No obstant això, hui encara existixen nombroses qüestions, ambigüitats i discrepàncies sobre la regulació del PA en esta espècie. En esta tesi doctoral, pretenem aprofundir en la caracterització de diversos aspectes del PA tant en Arabidopsis thaliana com en Pisum sativum, amb intenció de determinar el grau de conservació que existix en este procés entre estes dos espècies monocàrpiques. En el Capítol 1, hem examinat el paper de tots els membres de la subfamília euAP2 en la modulació de la PA en Arabidopsis thaliana, així com el seu potencial per a estratègies biotecnològiques dirigides a la modulació de la PA. Els nostres resultats suggerixen que, a excepció de SMZ, tots juguen un paper crític en este procés, sent inductors de l'activitat meristemàtica. A més, AP2 i SNZ han demostrat tindre el potencial per a ser usats en estratègies biotecnològiques dirigides a augmentar la producció de fruits en plantes monocàrpiques. En el capítol 2 s'han revisitat els estudis fisiològics que històricament han tingut com a objectiu determinar el paper dels fruits en desenvolupament en la inducció del PA en Pisum sativum. Els nostres resultats suggerixen que el desenvolupament de llavors determina el moment del PA: quan s'ha produït una determinada biomassa de llavors, la SAM entra en un estat latent. A més, a nivell transcriptómico, Arabidopsis thaliana i Pisum sativum exhibixen un comportament similar quant a la influència de les llavors en l'activitat meristemàtica i el PA. Finalment, en el Capítol 3, hem generat ferramentes per a caracteritzar els gens de la subfamília euAP2 en la modulació de PA en Pisum sativum. A més, establim les bases per a l'estudi de nous moduladors de la ruta genètica, com Flowering Locus T (FT), postulant-lo així com possible florígeno i anti-florígeno de les plantes. / [EN] Monocarpic plants are defined as those that bloom, produce seeds, and die after a single reproductive cycle. Many economically important crops belong to this reproductive strategy. In these plants, after producing a certain number of seeds, the shoot apical meristem (SAM) ceases its activity, heralding the onset of senescence and plant death. This phenomenon, studied in various monocarpic plant species, is known as Proliferative Arrest (PA), and is found to be influenced by multiple factors, involving the influence of developing fruits and seeds, as well as environmental conditions like temperature, light, and humidity. All these factors are ultimately integrated at the genetic level within the plant. In this context, an age-dependent pathway that controls SAM activity and modulates PA, known as the FUL-AP2 pathway, has been described in Arabidopsis thaliana. It has been demonstrated that the microRNA miR172 and FRUITFUL (FUL) increase with the plant's age and negatively regulate APETALA2 (AP2), which is responsible for maintaining meristematic activity through the action of WUSCHEL (WUS). In this sense, it has been suggested that other members of the euAP2 subfamily, TARGET OF EAT1 (TOE1), TOE2, TOE3, SCHLAFMÜTZE (SMZ), and SCHNARCHZAPFEN (SNZ), collectively known as AP2-like genes, also play a crucial role in modulating PA. However, they have mainly been defined as regulators of the floral transition, and their involvement in PA modulation is not well established. On the other hand, historically, Pisum sativum has been a species widely studied in relation to PA. However, this research often treated PA and senescence as the same process, and uncertainties and ambiguities persist, with discrepancies among different research groups that have treated this topic. In this doctoral thesis, we aimed to delve into the characterization of various aspects of PA in both Arabidopsis thaliana and Pisum sativum and determine the degree of conservation of this process in these two monocarpic species: In Chapter 1, we examined the role of all euAP2 subfamily members in modulating PA in Arabidopsis thaliana and explored their potential for biotechnological strategies aimed at PA modulation. Our findings suggest that, except for SMZ, all members of the euAP2 subfamily play a critical role in this process as inducers of meristematic activity. Furthermore, AP2 and SNZ have shown the potential to be considered prime candidates for use in biotechnological strategies to increase fruit production in monocarpic plants. Chapter 2 revisited the physiological studies that have historically aimed to determine the role of developing fruits in inducing PA in Pisum sativum. Our results suggest that developing seeds determine the timing of PA: when a certain seed biomass has been produced, the SAM enters a dormant state. Additionally, at the transcriptomic level, Arabidopsis thaliana and Pisum sativum exhibit similar behaviour regarding the influence of seeds on meristematic activity, suggesting that PA could be a conserved process among monocarpic plants. In Chapter 3, we generated tools for characterizing euAP2 subfamily genes in PA modulation in Pisum sativum. Furthermore, we laid the groundwork for the study of new modulators of the genetic pathway, such as Flowering Locus T (FT), suggesting its potential role of florigen and anti-florigen of the plant. / Burillo Richart, E. (2024). Characterization of Proliferative Arrest (PA) Process in Arabidopsis thaliana and Pisum sativum [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207109

[ES] La creciente concienciación sobre el impacto medioambiental de los polímeros ha impulsado la implementación de nuevas legislaciones que promueven la adopción de alternativas sostenibles en el campo de los bioplásticos. En este contexto, la búsqueda y desarrollo de materiales que reduzcan la dependencia de recursos renovables y promuevan la sostenibilidad se ha convertido en una prioridad fundamental. Este enfoque contribuye a la mitigación de los efectos negativos de los plásticos convencionales en el entorno, fomentando la adopción de soluciones más respetuosas con el medio ambiente, lo que constituye un tema central en esta tesis doctoral. En este contexto de búsqueda y desarrollo de alternativas sostenibles en la producción de polímeros, la nuez de Brasil (Bertholletia excelsa) emerge como un recurso de particular relevancia nunca antes explorado para este campo de investigación. Su potencial como fuente de materias primas para la elaboración de bioplásticos adquiere una significativa notoriedad debido a su composición química. La nuez de Brasil se caracteriza por su abundancia en aceites, proteínas y carbohidratos, destacándose especialmente por su contenido de aceites, que oscila entre el 60,8% y el 72,5%. Este alto porcentaje de aceites y ácidos grasos se constituye como el punto focal de interés en esta tesis, destinado a su aplicación en diversas esferas industriales. El aceite extraído de la nuez de Brasil presenta una combinación de ésteres de ácidos grasos saturados e insaturados unidos a moléculas de glicerol. La presencia de grupos funcionales, tales como hidroxilos, dobles enlaces y grupos carboxílicos en los ácidos oleico y linoleico (componentes principales del aceite), ofrecen múltiples posibilidades de transformación química para adaptarlo a una nueva gama de materiales biobasados. En esta tesis, se lleva a cabo por primera vez la utilización del aceite de la nuez de Brasil en el ámbito del desarrollo de bioplásticos y materiales sostenibles. En primer lugar, el empleo de este aceite como plastificante en el ácido poliláctico (PLA) es de particular interés. El PLA es un bioplástico ampliamente utilizado, pero que a menudo presenta desafíos en términos de flexibilidad y tenacidad. La adición del aceite de nuez de Brasil modificado químicamente como plastificante puede mejorar de manera significativa las propiedades mecánicas del PLA, otorgándole mayor flexibilidad y resistencia a la fractura. Esto es especialmente relevante en aplicaciones donde se requieren propiedades dúctiles, como envases flexibles y productos de un solo uso, contribuyendo a aumentar la demanda de plásticos biobasados y/o biodegradables. Por otro lado, también se explora la inclusión del aceite de nuez de Brasil en la producción de termoestables de alto rendimiento medioambiental. Al incorporar el aceite de nuez de Brasil como matriz de estos termoestables, se logra obtener productos con un alto contenido de origen renovable, reduciendo la dependencia de recursos no renovables, como los polímeros petroquímicos. En resumen, esta tesis doctoral ha explorado el potencial innovador de la nuez de Brasil en el campo de los biopolímeros. Al emplear su aceite como plastificante y en la producción de termoestables, se abren nuevas vías de investigación y desarrollo en la búsqueda de soluciones sostenibles y respetuosas con el medio ambiente en la industria de los materiales poliméricos. Estos avances demuestran el potencial de la nuez de Brasil como recurso valioso en la creación de materiales avanzados. / [CA] La creixent conscienciació sobre l'impacte mediambiental dels polímers ha impulsat la implementació de noves legislacions que promouen l'adopció d'alternatives sostenibles en el camp dels bioplàstics. En aquest context, la cerca i desenvolupament de materials que redueixin la dependència de recursos renovables i promoguin la sostenibilitat s'ha convertit en una prioritat fonamental. Aquest enfocament contribueix a la mitigació dels efectes negatius dels plàstics convencionals en l'entorn, fomentant l'adopció de solucions més respectuoses amb el medi ambient, la qual cosa constitueix un tema central en aquesta tesi doctoral. En aquest context de cerca i desenvolupament d'alternatives sostenibles en la producció de polímers, la nou del Brasil (Bertholletia excelsa) emergeix com un recurs de particular rellevància mai abans explorat per a aquest camp de recerca. El seu potencial com a font de matèries primeres per a l'elaboració de bioplàstics adquireix una significativa notorietat a causa de la seva composició química. La nou del Brasil es caracteritza per la seva abundància en olis, proteïnes i carbohidrats, destacant-se especialment pel seu contingut d'olis, que oscil·la entre el 60,8% i el 72,5%. Aquest alt percentatge d'olis i àcids grassos es constitueix com el punt focal d'interès en aquesta tesi, destinat a la seva aplicació en diverses esferes industrials. L'oli extret de la nou del Brasil presenta una combinació d'èsters d'àcids grassos saturats i insaturats units a molècules de glicerol. La presència de grups funcionals, com ara hidroxils, dobles enllaços i grups carboxílics en els àcids oleic i linoleic (components principals de l'oli), ofereixen múltiples possibilitats de transformació química per a adaptar-lo a una nova gamma de materials biobasats. En aquesta tesi, es duu a terme per primera vegada la utilització de l'oli de la nou del Brasil en l'àmbit del desenvolupament de bioplàstics i materials sostenibles. En primer lloc, l'ús d'aquest oli com a plastificant en l'àcid polilàctic (PLA) és de particular interès. El PLA és un bioplàstic àmpliament utilitzat, però que sovint presenta desafiaments en termes de flexibilitat i tenacitat. L'addició de l'oli de nou del Brasil modificat químicament com a plastificant pot millorar de manera significativa les propietats mecàniques del PLA, atorgant-li major flexibilitat i resistència a la fractura. Això és especialment rellevant en aplicacions on es requereixen propietats dúctils, com a envasos flexibles i productes d'un sol ús, contribuint a augmentar la demanda de plàstics biobasats i/o biodegradables. D'altra banda, també s'explora la inclusió de l'oli de nou del Brasil en la producció de termoestables d'alt rendiment mediambiental. En incorporar l'oli de nou del Brasil com a matriu d'aquests termoestables, s'aconsegueix obtenir productes amb un alt contingut d'origen renovable, reduint la dependència de recursos no renovables, com els polímers petroquímics. En resum, aquesta tesi doctoral ha explorat el potencial innovador de la nou del Brasil en el camp dels biopolímers. En emprar el seu oli com a plastificant i en la producció de termoestables, s'obren noves vies de recerca i desenvolupament en la cerca de solucions sostenibles i respectuoses amb el medi ambient en la indústria dels materials polimèrics. Aquests avanços demostren el potencial de la nou del Brasil com a recurs valuós en la creació de materials avançats. / [EN] Growing awareness of the environmental impact of polymers has prompted the implementation of new legislation promoting the adoption of sustainable alternatives in the field of bioplastics. In this context, the search for and development of materials that reduce dependence on renewable resources and promote sustainability has become a key priority. This approach contributes to the mitigation of the negative effects of conventional plastics on the environment, encouraging the adoption of more environmentally friendly solutions, which is a central theme in this PhD thesis. In this context of the search for and development of sustainable alternatives in polymer production, Brazil nut (Bertholletia excelsa) emerges as a particularly relevant resource never before explored for this field of research. Its potential as a source of raw materials for the production of bioplastics has gained significant notoriety due to its chemical composition. The Brazil nut is characterized by its abundance of oils, proteins and carbohydrates, and is particularly notable for its oil content, which ranges from 60.8% to 72.5%. This high percentage of oils and fatty acids is the focal point of interest in this thesis, aimed at its application in various industrial spheres. The oil extracted from Brazil nut presents a combination of saturated and unsaturated fatty acid esters bound to glycerol molecules. The presence of functional groups, such as hydroxyl, double bonds and carboxylic groups on oleic and linoleic acids (main components of the oil), offer multiple possibilities of chemical transformation to adapt it to a new range of bio-based materials. In this thesis, the use of Brazil nut oil in the field of bioplastics and sustainable materials development is carried out for the first time. Firstly, the use of this oil as a plasticizer in polylactic acid (PLA) is of particular interest. PLA is a widely used bioplastic, but often presents challenges in terms of flexibility and toughness. The addition of chemically modified Brazil nut oil as a plasticizer can significantly improve the mechanical properties of PLA, giving it increased flexibility and fracture toughness. This is especially relevant in applications where ductile properties are required, such as flexible packaging and single-use products, contributing to increase the demand for bio-based and/or biodegradable plastics. On the other hand, the inclusion of Brazil nut oil in the production of thermosets with high environmental performance is also being explored. By incorporating Brazil nut oil as a matrix of these thermosets, it is possible to obtain products with a high content of renewable origin, reducing dependence on non-renewable resources such as petrochemical polymers. In summary, this PhD thesis has explored the innovative potential of Brazil nut in the field of biopolymers. By using its oil as a plasticizer and in the production of thermosets, new avenues of research and development are opened in the search for sustainable and environmentally friendly solutions in the polymeric materials industry. These advances demonstrate the potential of Brazil nut as a valuable resource in the creation of advanced materials. / Pérez Nakai, A. (2024). Desarrollo de nuevos materiales poliméricos y compuestos ecoeficientes basados en principios activos provenientes de la nuez de Brasil [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207356

[ES] El objetivo principal de la presente tesis doctoral es el estudio y desarrollo de materiales basados en el ácido poliláctico (PLA) y policloruro de vinilo (PVC) con el fin de mejorar las propiedades y poder aplicarlos en el sector industrial. Este estudio se centra principalmente en la mejora de las propiedades térmicas, mecánicas, morfológicas y ópticas, entre otras, así como la modificación de la fragilidad y rigidez inherentes a los materiales poliméricos nombrados anteriormente mediante el empleo de aditivos como agentes plastificantes derivados del ácido cinámico.Los ésteres derivados del ácido cinámico, o cinamatos, resultan ser de gran importancia. Al igual que muchos ésteres, éstos son compuestos de volatilidad media que se emplean mucho en las fragancias y para aportar sabor en el sector alimentario. Se trata de compuestos orgánicos aromáticos con funcionalidades muy interesantes desde el punto de vista químico, ya que la presencia de grupos carboxílicos e insaturaciones permiten llevar a cabo reacciones de polimerización por condensación. Esta tesis doctoral aborda el desarrollo y evaluación del potencial de algunos compuestos de ésteres de ácido cinámico como agentes plastificantes de alto rendimiento medioambiental para mejorar las propiedades dúctiles de PLA. Los cinamatos empleados en el trabajo ofrecieron parámetros de solubilidad () similares al del PLA, resultando una opción técnicamente viable para la mejora de la tenacidad del PLA. El proceso de plastificación se llevó a cabo mediante extrusión y, posteriormente, los materiales se sometieron a un proceso de inyección, validando, de esta manera, la transferencia de los resultados a escala industrial. En particular, se evaluó la influencia de la estructura de diferentes ésteres del ácido cinámico, en una proporción fija del 20 % en peso. Los resultados, demostraron el excepcional efecto plastificante que pueden aportar los cinamatos, con una notable mejora en las propiedades mecánicas dúctiles, así como una disminución considerable de la temperatura de transición vítrea (Tg), propiedad importante en las características de los plastificantes. También se aborda el desarrollo de compuestos con matriz de PLA y refuerzos de residuos de Posidonia oceanica. Esta es una planta acuática presente de manera abundante en el mar Mediterráneo con una gran cantidad de beneficios en los ecosistemas. Dado que la incorporación de fibras de Posidonia oceanica repercute en un incremento de la fragilidad, se incorporaron ésteres del ácido cinámico con el fin de mejorar la tenacidad de los compuestos obtenidos. Se emplearon técnicas de extrusión reactiva (REX) para mejorar las interacciones entre el PLA, las fibras Posidonia oceanica y los plastificantes derivados del ácido cinámico. El proceso de extrusión reactiva se llevó a cabo en presencia de un iniciador de peróxido de dicumilo (DCP), y permite una notable mejora en las propiedades mecánicas dúctiles, estabilidad térmica, plastificación e interacción entre los componentes de los compuestos. Esta investigación también pretende explorar las posibilidades de los ésteres del ácido cinámico en la plastificación de uno de los polímeros que representa el mayor volumen industrial de consumo de plastificantes: el policloruro de vinilo (PVC). Con ello, se pretende validar la utilidad de una nueva familia de plastificantes de tipo cinamato, altamente respetuosos con el medio ambiente, como alternativas al empleo de ftalatos. La mejora en las propiedades mecánicas resultó ser de gran magnitud, en lo referente a las propiedades dúctiles. Además, los films obtenidos mostraron altos niveles de transparencia y mínima absorción de luz visible y ultravioleta. / [CA] L'objectiu principal de la present tesi doctoral és l'estudi i desenvolupament de materials basats en l'àcid polilàctic (PLA) i policlorur de vinil (PVC) amb la finalitat de millorar les propietats i poder aplicar-los en el sector industrial. Aquest estudi es centra principalment en la millora de les propietats tèrmiques, mecàniques, morfològiques i òptiques, entre d'altres, així com la modificació de la fragilitat i rigidesa inherents als materials polimèrics esmentats mitjançant l'ús d'additius com agents plastificants derivats de l'àcid cinàmic.Els èsters derivats de l'àcid cinàmic, o cinamats, resulten ser de gran importància. Igual que molts èsters, aquests són compostos de volatilitat mitjana que s'empren molt en les fragàncies i per a aportar sabor en el sector alimentació. Es tracta de compostos orgànics aromàtics amb funcionalitats molt interessants des del punt de vista químic, ja que la presència de grups carboxílics i insaturacions permeten dur a terme reaccions de polimerització per condensació. Esta tesi doctoral aborda el desenvolupament i avaluació del potencial d'alguns compostos d'èsters de l'àcid cinàmic com agents plastificants d'alt rendiment mediambiental per a millorar les propietats dúctils de PLA. Els cinamats empleats en el treball ofereixen paràmetres de solubilitat (¿) similars al del PLA, resultant una opció tècnicament viable per a la millora de la tenacitat del PLA. El procés de plastificació es va dur a terme mitjançant extrusió i, posteriorment, els materials es van sotmetre a un procés d'injecció, validant, d'aquesta manera, la transferència dels resultats a escala industrial. En particular, es va avaluar la influència de l'estructura de diferents èsters de l'àcid cinàmic, en una proporció fixa del 20 % en pes. Els resultats, demostren l'excepcional efecte plastificant que poden aportar els cinamats, amb una notable millora en les propietats mecàniques dúctils, així com una disminució considerable de la temperatura de transició vítria (Tg), propietat important en les característiques dels plastificants. També s'aborda el desenvolupament de compostos amb matriu de PLA i reforços de residus de Posidonia oceanica. Aquesta és una planta aquàtica present de manera abundant en la mar Mediterrània amb una gran quantitat de beneficis en els ecosistemes. Atés que la incorporació de fibres de Posidonia oceanica repercuteix en un increment de la fragilitat, es van incorporar èsters de l'àcid cinàmic amb la finalitat de millorar la tenacitat dels compostos obtinguts. Es van emprar tècniques d'extrusió reactiva (REX) per a millorar les interaccions entre el PLA, les fibres de Posidonia oceanica i els plastificants derivats de l'àcid cinàmic. El procés d'extrusió reactiva es va dur a terme en presència d'un iniciador de peròxid de dicumil (DCP), i permet una notable millora en les propietats mecàniques dúctils, estabilitat tèrmica, plastificació i interacció entre els components dels compostos. Esta investigació també s'enfonsa en les possibilitats del èsters de l'àcid cinàmic en la plastificació d'un dels polímers que representa el major volum industrial de consum de plastificants, el policlorur de vinil (PVC). Amb això, es pretén validar la utilitat d'una nova família de plastificants de tipus cinamat, altament respectuosos amb el medi ambient, com a alternatives a l'ús de ftalats. La millora en les propietats mecàniques va resultar ser de gran magnitud, referent a les propietats dúctils. A més, els films obtinguts van mostrar alts nivells de transparència i mínima absorció de llum visible i ultraviolada, fent-los candidats per a aplicacions que requerisquen claredat com el sector d'envasos. / [EN] The main objective of this doctoral thesis is the study and development of materials based on polylactic acid (PLA) and polyvinyl chloride (PVC) to enhance their properties for application in the industrial sector. This study primarily focuses on improving thermal, mechanical, morphological, and optical properties, among others, as well as modifying the inherent fragility and rigidity of the aforementioned polymeric materials through the use of additives such as plasticizing agents derived from cinnamic acid. Cinnamic acid is an aromatic carboxylic acid containing a double bond and, therefore, has two geometric isomers. The trans form is the most abundant due to its adopted structure, offering interesting possibilities in the polymer industry. This compound and its derivatives are widely used in various sectors such as medical, cosmetic, food, environmental, and toiletries, among many others. Ester derivatives of cinnamic acid, or cinnamates, are particularly important. Like many esters, they are medium-volatility compounds widely used in fragrances and to impart flavor in the food industry. They are aromatic organic compounds with chemically interesting functionalities, as carboxylic groups and unsaturations enable condensation polymerization reactions. In this regard, they are of special interest in the synthesis and/or modification of polymeric materials. This doctoral thesis addresses the development and evaluation of the potential of some cinnamic acid ester compounds as environmentally friendly high-performance plasticizing agents to improve the ductile properties of PLA. The cinnamates used in the work offer solubility parameters (δ) similar to PLA, making them a technically viable option for improving PLA toughness. The plasticization process was carried out through extrusion, and subsequently, the materials underwent an injection process, thus validating the transferability of the results on an industrial scale. In particular, the influence of the structure of different cinnamic acid esters was evaluated at a fixed proportion of 20 % by weight. The results demonstrate the exceptional plasticizing effect that cinnamates can provide, with a significant improvement in ductile mechanical properties and a considerable decrease in the glass transition temperature (Tg), an important property in plasticizer characteristics. The development of composites with a PLA matrix and reinforcements of Posidonia oceanica residues is also addressed. This aquatic plant is abundant in the Mediterranean Sea and has numerous benefits for ecosystems. Since the incorporation of Posidonia oceanica fibers leads to increased fragility, cinnamic acid esters were added to improve the toughness of the obtained compounds. Reactive extrusion (REX) techniques were employed to enhance interactions between PLA, Posidonia oceanica fibers, and cinnamic acid-derived plasticizers. The reactive extrusion process was carried out in the presence of dicumyl peroxide (DCP) as an initiator, resulting in a significant improvement in ductile mechanical properties, thermal stability, plasticization, and interaction between the components of the compounds. This research paves the way for a variety of environmentally high-performance compounds with improved toughness through reactive extrusion processes. Theis research also aims to explore the possibilities of cinnamic acid esters in the plasticization of one of the polymers representing the largest industrial volume of plasticizer consumption, the polyvinyl chloride. The aim is to validate the utility of a new family of environmentally friendly cinnamate-type plasticizers as alternatives to phthalates. The improvement in mechanical properties, especially in ductile properties, was of significant magnitude. Additionally, the obtained films showed high levels of transparency and minimal absorption of visible and ultraviolet light. / Barandiaran Torres, A. (2024). Procesado y caracterización de plásticos industriales de polímeros con plastificantes derivados de ésteres del ácido cinámico [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/208434

[ES] Las plantas son plataformas versátiles para la síntesis de compuestos valiosos para el ser humano a través de la ingeniería metabólica y la biología sintética. Estas "biofactorías" pueden producir sustancias de alto valor para fines industriales, médicos y agrícolas, incluyendo feromonas sexuales de insectos, que ofrecen una alternativa sostenible a los pesticidas en la protección de cultivos. Sin embargo, estas feromonas se producen típicamente mediante síntesis química, una estrategia no muy ecológica, lo cual subraya la necesidad de métodos de producción más sostenibles. Las rutas biosintéticas de las feromonas sexuales de polillas están actualmente bien descritas, y se han identificado muchos de los genes responsables de su síntesis. Nuestro grupo desarrolló recientemente plantas transgénicas estables de Nicotiana benthamiana, denominadas 'SexyPlant', que producen y emiten feromonas volátiles biológicamente activas como Z11-16OH, Z11-16OAc y Z11-16Ald. Esto se logró integrando rutas biosintéticas de varias especies de polillas en N. benthamiana, utilizando genes tanto de polillas como de plantas y aprovechando el metabolismo endógeno de ácidos grasos de la planta. Sin embargo, este enfoque provocó problemas de toxicidad debido a la acumulación de compuestos y a las interrupciones en la ruta metabólica de ácidos grasos de la planta. En el primer capítulo, abordamos estos problemas de toxicidad en 'SexyPlant' explorando acetiltransferasas alternativas para mejorar la eficiencia de conversión de Z11-16OH a Z11-16OAc. También investigamos la activación de esta ruta biosintética utilizando reguladores transcripcionales basados en CRISPR combinados con promotores sintéticos, creando líneas transgénicas estables ('GuidedPathway' y 'NonGuidedPathway') con dos configuraciones génicas diferentes que acumulan biomasa y no producen ni emiten feromonas sexuales de polilla hasta ser específicamente activadas por elementos genéticos ortogonales apropiados. Aunque el rendimiento de producción es menor que en las plantas 'SexyPlant' constitutivas, en este capítulo demostramos el potencial para activar la ruta biosintética y exploramos los cuellos de botella en el sistema. El segundo capítulo se centra en la producción heteróloga de monoterpenoides irregulares, una familia de compuestos que incluyen feromonas sexuales de la superfamilia Coccoidea (por ejemplo, los insectos escama). A pesar de que la ruta biosintética de estas moléculas es desconocida, expresamos genes derivados de plantas con actividades similares. Introdujimos genes que codifican para la sintasa de crisantenil difosfato (CPPS) de Tanacetum cinerariifolium y la sintasa de lavandulil difosfato (LPPS) de Lavandula x intermedia en tabaco y N. benthamiana para lograr una expresión transitoria y estable, resultando en líneas transgénicas. Caracterizamos la producción y emisión de estos compuestos volátiles en diferentes tejidos y etapas de desarrollo foliar, identificando las hojas juveniles como el tejido más productivo. Además, buscamos producir feromonas sexuales de Coccoidea coexpresando LiLPPS con LiAAT4, logrando la producción de acetato de lavandulil, un componente de la mezcla de feromonas de la cochinilla Dysmicoccus grassii, la feromona de agregación de Frankliniella occidentalis, y un larvicida conocido para mosquitos. Estos 'biodispensadores' emitieron hasta 0,63 mg de acetato de lavandulil por día, sugiriendo que se necesitarían entre 200 y 500 plantas por hectárea para igualar la eficacia de los dispositivos comerciales de liberación de feromonas. En resumen, esta tesis ofrece diferentes estrategias para abordar la producción de feromonas sexuales de insectos y compuestos volátiles asociados en biofábricas de plantas, explorando las limitaciones de esta biosíntesis. / [CA] Plants are versatile platforms for synthesizing valuable compounds through metabolic engineering and synthetic biology. These "biofactories" can produce high-value substances for industrial, medical, and agricultural purposes, including insect sex pheromones, which offer a sustainable alternative to pesticides in crop protection. However, these pheromones are typically produced via chemical synthesis, which is not environmentally friendly, highlighting the need for more sustainable production methods. The biosynthetic pathways of moth sex pheromones are currently well-described, with many of the genes responsible for their synthesis identified. Our group recently developed stable transgenic Nicotiana benthamiana plants, termed 'SexyPlant,' that produce and emit volatile, biologically active pheromones like Z11-16OH, Z11-16OAc, and Z11-16Ald. This was achieved by integrating biosynthetic pathways from multiple moth species into N. benthamiana, using genes from both moths and plants while leveraging the plant's endogenous fatty acid metabolism. However, this approach led to toxicity issues due to compound accumulation and disruptions in the plant's fatty acid metabolic pathway. In the first chapter, we address these toxicity issues in 'SexyPlant' by exploring alternative acetyltransferases to enhance the conversion efficiency of Z11-16OH to Z11-16OAc. We also investigate the activation of this biosynthetic pathway using CRISPR-based transcriptional regulators combined with synthetic promoters, creating stable transgenic lines ('GuidedPathway' and 'NonGuidedPathway'), with two different gene configurations that accumulate biomass and do not produce or emit moth sex pheromones until specifically activated by appropriate orthogonal genetic elements. Although the production yield is lower than in constitutive 'SexyPlant' plants, in this chapter, we demonstrate the potential for activating the biosynthetic pathway and explore the bottlenecks in the system. The second chapter focuses on the heterologous production of irregular monoterpenoids, a family of compounds that include sex pheromones of the Coccoidea superfamily (e.g., scale insects). Despite the biosynthetic pathway for these molecules being unknown, we expressed plant-derived genes with similar activities. We introduced genes encoding chrysanthemyl diphosphate synthase (CPPS) from Tanacetum cinerariifolium and lavandulyl diphosphate synthase (LPPS) from Lavandula x intermedia into tobacco and N. benthamiana to achieve transient and stable expression, resulting in transgenic lines. We characterized the production and emission of these volatile compounds in different tissues and leaf development stages, identifying juvenile leaves as the most productive. Additionally, we aimed to produce Coccoidea sex pheromones by co-expressing LiLPPS with LiAAT4, achieving production of lavandulyl acetate, a component of the mealybug Dysmicoccus grassii pheromone blend, the aggregation pheromone of Frankliniella occidentalis, and a known mosquito larvicide. These 'biodispensers' emitted up to 0.63 mg of lavandulyl acetate per day, suggesting that 200-500 plants per hectare would be needed to match the efficacy of commercial pheromone release devices. In summary, this thesis provides different strategies for addressing the production of insect sex pheromones and associated volatile compounds in plant biofactories, exploring the limitations of this biosynthesis. / [EN] Les plantes són plataformes versàtils per a la síntesi de compostos valuosos per a l'ésser humà a través de l'enginyeria metabòlica i la biologia sintètica. Estes "biofactories" poden produir substàncies d'alt valor per a fins industrials, mèdics i agrícoles, incloent feromones sexuals d'insectes, que ofereixen una alternativa sostenible als pesticides en la protecció de cultius. No obstant això, estes feromones es produïxen típicament mitjançant síntesi química, una estratègia no molt ecològica, la qual cosa subratlla la necessitat de mètodes de producció més sostenibles. Les rutes biosintètiques de les feromones sexuals de les arnes estan actualment ben descrites, i s'han identificat molts dels gens responsables de la seua síntesi. El nostre grup va desenvolupar recentment plantes transgèniques estables de Nicotiana benthamiana, denominades 'SexyPlant', que produïxen i emeten feromones volàtils biològicament actives com Z11-16OH, Z11-16OAc i Z11-16Ald. Açò es va aconseguir integrant rutes biosintètiques de diverses espècies d'arnes en N. benthamiana, utilitzant gens tant d'arnes com de plantes i aprofitant el metabolisme endogen d'àcids grassos de la planta. No obstant això, este enfocament va provocar problemes de toxicitat degut a l'acumulació de compostos i a les interrupcions en la ruta metabòlica d'àcids grassos de la planta. En el primer capítol, abordem estos problemes de toxicitat en 'SexyPlant' explorant acetiltransferases alternatives per a millorar l'eficiència de conversió de Z11-16OH a Z11-16OAc. També investiguem l'activació d'esta ruta biosintètica utilitzant reguladors transcripcionals basats en CRISPR combinats amb promotors sintètics, creant línies transgèniques estables ('GuidedPathway' i 'NonGuidedPathway') amb dos configuracions gèniques diferents que acumulen biomassa i no produïxen ni emeten feromones sexuals d'arna fins a ser específicament activades per elements genètics ortogonals apropiats. Encara que el rendiment de producció és menor que en les plantes 'SexyPlant' constitutives, en este capítol demostrem el potencial per a activar la ruta biosintètica i explorem els colls de botella en el sistema. El segon capítol se centra en la producció heteròloga de monoterpenoides irregulars, una família de compostos que inclou feromones sexuals de la superfamília Coccoidea (per exemple, els insectes escama). Malgrat que la ruta biosintètica d'estes molècules és desconeguda, expressem gens derivats de plantes amb activitats similars. Introduïm gens que codifiquen per a la sintasa de crisantenil difosfat (CPPS) de Tanacetum cinerariifolium i la sintasa de lavandulil difosfat (LPPS) de Lavandula x intermedia en tabac i N. benthamiana per a aconseguir una expressió transitòria i estable, resultant en línies transgèniques. Caracteritzem la producció i emissió d'estos compostos volàtils en diferents teixits i etapes de desenvolupament foliar, identificant les fulles juvenils com el teixit més productiu. A més, busquem produir feromones sexuals de Coccoidea coexpressant LiLPPS amb LiAAT4, aconseguint la producció d'acetat de lavandulil, un component de la mescla de feromones de la cotxinilla Dysmicoccus grassii, la feromona d'agregació de Frankliniella occidentalis, i un larvicida conegut per a mosquits. Estos 'biodispensadors' emeteren fins a 0,63 mg d'acetat de lavandulil per dia, suggerint que es necessitarien entre 200 i 500 plantes per hectàrea per a igualar l'eficàcia dels dispositius comercials de lliurament de feromones. En resum, esta tesi oferix diferents estratègies per a abordar la producció de feromones sexuals d'insectes i compostos volàtils associats en biofàbriques de plantes, explorant les limitacions d'esta biosíntesi. / Mateos Fernández, R. (2024). Bioproduction of Insect Sex Pheromones and Related Volatile Compounds in Plants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/211184

[ES] En los últimos años, la preocupación mundial con el aumento de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero ha motivado a las industrias del transporte y la energía a moverse hacia el desarrollo de tecnologías sostenibles con bajas o nulas emisiones de contaminantes de plantas de generación de potencia. Con este escenario, la oxicombustión surge como uno de los métodos más prometedores para mitigar la huella ambiental de plantas de generación de potencia, al erradicar sus emisiones contaminantes del tubo de escape, además de permitir la captura de dióxido de carbono (CO2) de sus gases producidos en la combustión. De esta manera, el oxígeno puro (O2) se diluye con el gas de escape recirculado para que reaccione con el combustible en el proceso de combustión y, de este modo, la corriente de gases de escape, compuesta principalmente por CO2 y vapor de agua, puede ser sometida a etapas elementales de enfriamiento y presurización para capturar CO2 de alta pureza a temperatura ambiente. Dado este contexto, en esta tesis, se desarrolla un modelo de sistema autosostenible a oxicombustión con captura de carbono para un motor policilíndrico de encendido por compresión (MEC) de 2,2 litros turboalimentado y de inyección directa como demostración de viabilidad de este concepto propuesto, considerando su aplicación potencial para el desarrollo de plantas de potencia de altas prestaciones con cero emisiones. En tales circunstancias, se emplea una membrana conductora mixta iónica-electrónica para generar O2 a partir del aire local. Para ello, se recupera la energía residual de los gases de escape mediante un ciclo Brayton adaptado con el fin de proporcionar las condiciones adecuadas para el correcto funcionamiento de la membrana en términos de temperatura y relación de presión alimentación-permeado. Asimismo, se diseña un sistema de captura de carbono (CC) local, compuesto esencialmente por dos compresores alternativos, tres unidades de refrigeración con separación de líquidos (flashes) y un tanque de almacenamiento de CO2, teniendo en cuenta las temperaturas de salida de los flashes y la presión de funcionamiento de la última etapa de purificación del CO2. En primer lugar, se diseña el modelo del sistema de oxicombustión con el motor y sus componentes auxiliares (intercambiadores de calor y turbocompresores) y, a continuación, el sistema es evaluado bajo condiciones de oxicombustión para la curva de plena carga del motor desde 1250 rpm hasta 3500 rpm en ausencia del CC, contrastando sus resultados con el comportamiento del MEC convencional de referencia. En segundo lugar, se amplía el mapa de funcionamiento de carga del motor de oxicombustión hasta los límites de estabilidad del sistema modificando el dosado oxígeno-combustible y la temperatura de los gases de escape para tres regímenes del motor. Por último, se diseña el CC y se lo acopla a la unidad de generación de O2, reciclando el agua y el exceso de O2 del CC de nuevo a la admisión del motor. A este respecto, un barrido es llevado a cabo sobre el inicio de la inyección y el flujo másico de agua recirculada para encontrar el punto de funcionamiento óptimo a 3500 rpm con respeto a la compensación entre las prestaciones del motor y la potencia de refrigeración adicional. A continuación, se mejora y adapta el modelo del sistema completo de oxicombustión con captura de carbono para una aplicación realista a escala de laboratorio y una prueba de concepto experimental, siguiendo la misma filosofía de compensación. Aunque el diseño final del motor de oxicombustión con captura de carbono presenta un ligero empeoramiento de prestaciones comparado con el MEC convencional de referencia a 3500 rpm, este nuevo concepto propuesto puede seguir siendo competitivo desde el punto de vista de la eficiencia energética como tecnología emergente que puede contribuir a la concepción de plantas de generación de potencia con emisiones cero a escala industrial comercial. / [CA] En els darrers anys, la preocupació mundial amb l'augment de les emissions antropogèniques de gasos d'efecte hivernacle ha motivat les indústries del transport i l'energia a moure's cap al desenvolupament de tecnologies sostenibles amb baixes o nul·les emissions de contaminants de plantes de generació de potència. Amb aquest escenari, l'oxicombustió sorgeix com un dels mètodes més prometedors per mitigar l'empremta ambiental de plantes de generació de potència, en eradicar les emissions contaminants del tub d'escapament, a més de permetre la captura de diòxid de carboni (CO2) dels seus gasos produïts a la combustió. D'aquesta manera, l'oxigen pur (O2) es dilueix amb el gas d'escapament recirculat perquè reaccioni amb el combustible en el procés de combustió i així el corrent de gasos d'escapament, compost principalment per CO2 i vapor d'aigua , pot ser sotmesa a etapes elementals de refredament i pressurització per capturar CO2 d'alta puresa a temperatura ambient. Atès aquest context, en aquesta tesi, es desenvolupa un model de sistema autosostenible a oxicombustió amb captura de carboni per a un motor policilíndric d'encesa per compressió (MEC) de 2,2 litres turboalimentat i d'injecció directa com a demostració de viabilitat d'aquest concepte proposat , considerant la seva aplicació potencial per al desenvolupament de plantes de potència d'altes prestacions amb zero emissions. En aquestes circumstàncies, es fa servir una membrana conductora mixta iònica-electrònica per generar O2 a partir de l'aire local. Per això, es recupera l'energia residual dels gasos d'escapament mitjançant un cicle Brayton adaptat per tal de proporcionar les condicions adequades per al funcionament correcte de la membrana en termes de temperatura i relació de pressió alimentació-permeat. Així mateix, es dissenya un sistema de captura de carboni (CC) local, compost essencialment per dos compressors alternatius, tres unitats de refrigeració amb separació de líquids (flaixos) i un tanc d'emmagatzematge de CO2, tenint en compte les temperatures de sortida dels flaixos i la pressió de funcionament de l'última etapa de purificació del CO2. En primer lloc, es dissenya el model del sistema d'oxicombustió amb el motor i els seus components auxiliars (intercanviadors de calor i turbocompressors) i, a continuació, el sistema és avaluat sota condicions d'oxicombustió per a la corba de plena càrrega del motor des de 1250 rpm fins a 3500 rpm en absència del CC, contrastant els resultats amb el comportament del MEC convencional de referència. En segon lloc, s'amplia el mapa de funcionament de càrrega del motor d'oxicombustió fins als límits d'estabilitat del sistema modificant el dosatge oxigen-combustible i la temperatura dels gasos d'escapament per a tres règims del motor. Finalment, es dissenya el CC i l'acobla a la unitat de generació d'O2, reciclant l'aigua i l'excés d'O2 del CC de nou a l'admissió del motor. Quant a això, un escombrat és dut a terme sobre l'inici de la injecció i el flux màssic d'aigua recirculada per trobar el punt de funcionament òptim a 3500 rpm respecte a la compensació entre les prestacions del motor i la potència de refrigeració addicional. A continuació, es millora i s'adapta el model del sistema complet d'oxicombustió amb captura de carboni per a una aplicació realista a escala de laboratori i una prova de concepte experimental, seguint la mateixa filosofia de compensació. Tot i que el disseny final del motor d'oxicombustió amb captura de carboni presenta un lleuger empitjorament de prestacions comparat amb el MEC convencional de referència a 3500 rpm, aquest nou concepte proposat pot continuar sent competitiu des del punt de vista de l'eficiència energètica com a tecnologia emergent que pot contribuir a la concepció de plantes de generació de potència amb emissions zero a escala industrial comercial. / [EN] In recent years, a worldwide concern with respect to an increase in anthropogenic greenhouse gas emissions has pushed transport and energy industries towards the development of sustainable technologies with low or zero pollutant emissions from powerplants. Within this scenarios, oxy-fuel combustion arises as one of the most promising methods to mitigate the environmental footprint of powerplants, by eradicating their pollutant tailpipe emissions, in addition to enabling carbon dioxide (CO2) capture from their flue gas. In this case, pure oxygen (O2) is diluted with recirculated exhaust gas to react with fuel for the combustion process and, thereby, the exhaust stream, mainly composed of CO2 and water vapor, may be subjected to elementary cooling and pressurizing steps for capturing high-purity CO2 at ambient temperature. Therefore, in this thesis, a self-sustaining oxy-fuel carbon-capture layout model is developed for a 2.2 liter turbocharged and direct-injection multicylinder compression ignition engine (CIE) as a feasibility demonstration of this proposed concept considering its potential application for development of zero-emission high-duty powerplants. In such circumstances, a mixed ionicelectronic conducting membrane is employed to generate O2 from air in-situ. For this purpose, exhaust gas wasted energy is recovered via a tailored Brayton cycle in order to provide suitable conditions for proper membrane operation in terms of temperature and feed-permeate pressure ratio. Also, an in-situ carbon capture system (CC), composed essentially of two reciprocating compressors, three cooling units with liquid separation (flashes) and a CO2 storage tank, is designed taking into account the flash out temperatures and operating pressure of the last CO2 purification step. Firstly, the oxy-fuel layout model with engine and its auxiliary components (heat exchangers and turbochargers) is designed and then assessed under oxyfuel combustion conditions for the engine full-load curve from 1250 rpm to 3500 rpm in the absence of the CC, contrasting its outputs against the baseline conventional multi-cylinder CIE behavior. Secondly, the oxy-fuel powerplant load operation map is extended until system stability limits by modifying oxygen-fuel ratio and exhaust gas temperature for three engine speeds. Finally, the CC is designed and then coupled to the O2 generation unit, recycling water and excess of O2 from CC back to engine intake. In this regard, start of injection and recirculated water mass flow are swept in order to find out optimum operating point concerning the trade-off between powerplant performance and additional cooling power at 3500 rpm. Thereafter, the complete oxy-fuel carbon-capture layout model is enhanced and adapted for realistic application at laboratory scale and experimental proof of concept, following same trade-off philosophy. Although the final oxyfuel carbon-capture engine layout presents slight deterioration in performance if compared to the baseline conventional multi-cylinder CIE at 3500 rpm, this proposed novel concept may be still energy-efficient competitive as an emerging technology which might contribute for conception of zero-emission powerplant on commercial industrial scale. / Farias Da Silva, VH. (2024). Study of oxy-fuel combustion-based power plants with in-situ O2 production and carbon capture [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207281

Tesis por compendio / [ES] El cambio climático, impulsado por actividades humanas, intensifica el estrés abiótico en la agricultura, afectando la productividad y la salud del ecosistema. La creciente demanda de productos vegetales expande las tierras agrícolas, empeorando el cambio climático y la desertificación. El estrés por sequía afecta gravemente la productividad de los cultivos, mientras que la fertilización excesiva con nitrógeno altera el ciclo del nitrógeno, causando problemas ambientales y de salud. La berenjena (Solanum melongena L.) es una hortaliza importante, y el uso de recursos genéticos, incluidos los parientes silvestres, es crucial para los programas que buscan mejorar la tolerancia a la sequía y la eficiencia en el uso del nitrógeno. Los avances en secuenciación y genotipado han mejorado nuestra comprensión de los rasgos relacionados con el estrés en los cultivos. Esta tesis doctoral explora el potencial de los parientes silvestres de la berenjena para mejorar la tolerancia a los estreses abióticos. El objetivo es identificar nuevas variaciones genéticas para programas de mejora, centrándose en recursos genéticos, regiones genómicas y genes candidatos para obtener variedades de berenjena más resilientes mediante análisis genómicos, transcriptómicos y fenotípicos. El capítulo I evalúa retrocruzamientos avanzados (ABs) de berenjena y parientes silvestres para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE) en condiciones de bajo nitrógeno (N). El estudio de S. elaeagnifolium y los ABs en el fondo genético de la berenjena en condiciones de bajo N reveló diferencias significativas entre los parentales. La alta diversidad fenotípica en los ABs mostró algunos individuos transgresivos con mayores rendimientos y NUE que el parental cultivado. Las evaluaciones de ABs de diferentes bancos genéticos (S. insanum, S. dasyphyllum y S. elaeagnifolium) en condiciones de bajo N destacaron el potencial de estas especies silvestres. La alta diversidad en los ABs respalda el potencial de los parientes silvestres para mejorar la resiliencia de la berenjena bajo estrés abiótico. Los datos de genotipado y fenotipado permitieron la identificación y validación de QTLs para varios rasgos, ampliando la comprensión genómica de la berenjena. El capítulo II investiga los mecanismos de respuesta a la sequía en la berenjena cultivada (S. melongena) y su pariente silvestre S. dasyphyllum. Evaluados en condiciones hidropónicas con concentraciones de polietilenglicol (PEG) en diferentes etapas fenológicas, la secuenciación de ARN (RNA-Seq) analizó los patrones de expresión génica. S. dasyphyllum demostró una tolerancia superior al estrés osmótico en comparación con S. melongena, con más genes diferencialmente expresados (DEGs) bajo estrés. Los análisis de enriquecimiento GO y las vías KEGG revelaron que ambas especies activaron varios factores de transcripción y vías de respuesta al estrés, con S. dasyphyllum mostrando una regulación génica más extensa. Las vías clave incluyeron la señalización de ABA, la señalización de MAPK y varias vías de biosíntesis. Estos resultados destacan el potencial de S. dasyphyllum como fuente genética para desarrollar variedades de berenjena tolerantes a la sequía, enfatizando la importancia de usar parientes silvestres para mejorar la tolerancia de los cultivos. En general, esta tesis doctoral demuestra el potencial de los parientes silvestres de la berenjena para la mejora de la tolerancia a estreses abióticos. El desarrollo de retrocruzamientos avanzados a partir de diferentes parientes silvestres amplió la variación genética, mostrando efectos significativos de las dosis de nitrógeno en varios rasgos e identificando individuos transgresivos con características agronómicas mejoradas. La detección y validación de QTLs proporcionó conocimientos sobre la productividad de la berenjena, la eficiencia en el uso del nitrógeno y los mecanismos de respuesta a la sequía, contribuyendo a variedades de berenjena más sostenibles. / [CA] El canvi climàtic, impulsat per activitats humanes, intensifica l'estrès abiòtic en l'agricultura, afectant la productivitat i la salut de l'ecosistema. La creixent demanda de productes vegetals expandeix les terres agrícoles, empitjorant el canvi climàtic i la desertificació. L'estrès per sequera afecta greument la productivitat dels cultius, mentre que la fertilització excessiva amb nitrogen altera el cicle del nitrogen, causant problemes ambientals i de salut. L'albergínia (Solanum melongena L.) és una hortalissa important, i l'ús de recursos genètics, inclosos els parents silvestres, és crucial per als programes que busquen millorar la tolerància a la sequera i l'eficiència en l'ús del nitrogen. Els avanços en seqüenciació i genotipat han millorat la nostra comprensió dels caràcters relacionats amb l'estrès en els cultius. Aquesta tesi doctoral explora el potencial dels parents silvestres de l'albergínia per a millorar la tolerància als estressos abiòtics. L'objectiu és identificar noves variacions genètiques per a programes de millora, centrant-se en recursos genètics, regions genòmiques i gens candidats per a obtindre varietats d'albergínia més resilients mitjançant anàlisis genòmiques, transcriptòmiques i fenotípiques. El capítol I avalua retrocreuaments avançats (ABs) d'albergínia i parents silvestres per a millorar l'eficiència en l'ús del nitrogen (NUE) en condicions de baix nitrogen (N). L'estudi de S. elaeagnifolium i els ABs en el fons genètic de l'albergínia en condicions de baix N va revelar diferències significatives entre els parentals. L'alta diversitat fenotípica en els ABs va mostrar alguns individus transgressius amb majors rendiments i NUE que el parental cultivat. Les avaluacions d'ABs de diferents bancs genètics (S. insanum, S. dasyphyllum i S. elaeagnifolium) en condicions de baix N van destacar el potencial d'aquestes espècies silvestres. L'alta diversitat en els ABs recolza el potencial dels parents silvestres per a millorar la resiliència de l'albergínia sota estrès abiòtic. Les dades de genotipat i fenotipat van permetre la identificació i validació de QTLs per a diversos caràcters, ampliant la comprensió genòmica de l'albergínia. El capítol II investiga els mecanismes de resposta a la sequera en l'albergínia cultivada (S. melongena) i el seu parent silvestre S. dasyphyllum. Avaluats en condicions hidropòniques amb concentracions de polietilenglicol (PEG) en diferents etapes fenològiques, la seqüenciació d'ARN (RNA-Seq) va analitzar els patrons d'expressió gènica. S. dasyphyllum va demostrar una tolerància superior a l'estrès osmòtic en comparació amb S. melongena, amb més gens diferencialment expressats (DEGs) sota estrès. Les anàlisis d'enriquiment GO i les vies KEGG van revelar que ambdues espècies van activar diversos factors de transcripció i vies de resposta a l'estrès, amb S. dasyphyllum mostrant una regulació gènica més extensa. Les vies clau van incloure la senyalització d'ABA, la senyalització de MAPK i diverses vies de biosíntesi. Aquests resultats destaquen el potencial de S. dasyphyllum com a font genètica per a desenvolupar varietats d'albergínia tolerants a la sequera, emfatitzant la importància d'usar parents silvestres per a millorar la tolerància dels cultius. En general, aquesta tesi doctoral demostra el potencial dels parents silvestres de l'albergínia per a la millora de la tolerància a estressos abiòtics. El desenvolupament de retrocreuaments avançats a partir de diferents parents silvestres va ampliar la variació genètica, mostrant efectes significatius de les dosis de nitrogen en diversos caràcters i identificant individus transgressius amb característiques agronòmiques millorades. La detecció i validació de QTLs va proporcionar coneixements sobre la productivitat de l'albergínia, l'eficiència en l'ús del nitrogen i els mecanismes de resposta a la sequera, contribuint a varietats d'albergínia més sostenibles. / [EN] Climate change, driven by human activities, intensifies abiotic stress in agriculture, impacting productivity and ecosystem health. Rising demands for plant products expand agricultural lands, worsening climate change and desertification. Drought stress severely affects crop productivity, while excessive nitrogen fertilization disrupts the nitrogen cycle, causing environmental and health issues. Eggplant (Solanum melongena L.) is an important vegetable, and using genetic resources, including wild relatives, is crucial for breeding programs aimed at enhancing drought tolerance and nitrogen use efficiency. Advances in sequencing and genotyping have improved our understanding of stress-related traits in crops, supporting resilient cultivar development. This doctoral thesis explores the potential of wild eggplant relatives to improve tolerance to abiotic stresses. The goal is to identify new genetic variations for breeding programs, focusing on valuable genetic resources, genomic regions, and candidate genes for more resilient eggplant varieties through genomic, transcriptomic, and phenotypic analyses. Chapter I evaluates advanced backcrosses (ABs) of eggplant and wild relatives to improve nitrogen use efficiency (NUE) under low nitrogen (N) conditions. The study of S. elaeagnifolium and ABs in the eggplant genetic background under low N conditions revealed significant differences among parentals. High phenotypic diversity in ABs showed some transgressive individuals with higher yields and NUE than the cultivated parent. Evaluations of ABs from different genepools (S. insanum, S. dasyphyllum, and S. elaeagnifolium) under low N conditions highlighted the potential of these wild species for low nitrogen input breeding. Low N conditions decreased chlorophyll content but increased flavonol and anthocyanin levels, reducing aerial biomass, stem diameter, yield, and nitrogen and carbon content in plants and fruits. The high diversity in ABs supports the potential of wild relatives to enhance eggplant resilience under abiotic stress. Genotyping and phenotyping data enabled the identification and validation of QTLs for various traits, expanding the genomic understanding of eggplant. Chapter II investigates drought response mechanisms in cultivated eggplant (S. melongena) and its wild relative S. dasyphyllum. Evaluated under hydroponic conditions with polyethylene glycol (PEG) concentrations (20% and 30%) at different phenological stages, RNA sequencing (RNA-Seq) analyzed gene expression patterns. S. dasyphyllum demonstrated superior tolerance to osmotic stress compared to S. melongena, with more differentially expressed genes (DEGs) under stress. GO enrichment and KEGG pathway analyses revealed that both species activated various transcription factors and stress response pathways, with S. dasyphyllum showing more extensive gene regulation. Key pathways included ABA signaling, MAPK signaling, and various biosynthesis pathways. These findings highlight S. dasyphyllum's potential as a gene source for developing drought-tolerant eggplant varieties, emphasizing the importance of using wild relatives to enhance crop tolerance and sustainability. Overall, this doctoral thesis demonstrates the potential of wild eggplant relatives for breeding tolerance to abiotic stresses. Developing advanced backcrosses from different crop wild relatives expanded genetic variation, showing significant effects of nitrogen doses on various traits and identifying transgressive individuals with improved agronomic characteristics. The detection and validation of QTLs provided insights into eggplant productivity, nitrogen use efficiency, and drought response mechanisms, contributing to more resilient and sustainable eggplant varieties. / Villanueva Párraga, G. (2024). Evaluation of Eggplant, Wild Relatives and Introgression Breeding Materials for Tolerance to Abiotic Stresses [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/209414 / Compendio

[ES] La amenaza para la prevención y tratamiento de las infecciones bacterianas provocada por la resistencia a los antibióticos es cada vez mayor. En este trabajo hemos estudiado distintos tipos de agua, a fin de obtener información integrada de la contaminación y los patrones locales de resistencia a antibióticos de bacterias indicadoras, con el objetivo de determinar el potencial de estos sistemas acuáticos para actuar como medios de dispersión de determinantes de resistencias a antibióticos en el ambiente, dentro de la perspectiva "One Health". Nuestro objetivo era obtener información acerca del nivel de contaminación por bacterias resistentes a antibióticos (ARB) y la presencia de genes determinantes de resistencias (ARG) en distintos tipos de aguas ambientales, evaluando el origen de esta resistencia, relacionando los patrones de resistencia presentes, valorando los posibles riesgos para la población y proponiendo medidas para combatir el problema. En las muestras de agua recogidas en diversas localizaciones realizamos recuentos bacterianos selectivos de bacterias consideradas indicadores de contaminación fecal, tales como los coliformes totales, Escherichia coli y Enterococcus spp. (enterococos), seleccionados dependiendo del origen de la muestra, con el fin de conocer su calidad higiénico-sanitaria. Empleando E. coli como microorganismo monitor de la resistencia en todos los tipos de agua, junto con Enterococcus spp. en el caso de aguas continentales y marinas, seleccionamos y aislamos un número significativo de cepas, valorando su concentración mínima inhibitoria (CMI) frente a antibióticos de uso frecuente para el tratamiento de infecciones en humanos. Por último, verificamos mediante PCR la presencia o ausencia de diferentes genes de resistencia, tanto en el medio acuático como en las cepas seleccionadas. Los resultados obtenidos reflejan que la calidad higiénico-sanitaria de las aguas procedentes de los efluentes de dos EDAR, aguas de mar y aguas continentales, están dentro de los estándares de calidad establecidos por la normativa española. No ocurre lo mismo con las aguas de riego y las aguas de una de las EDAR, las cuales estaban muy por encima de esos límites. Mediante recuento en medios selectivos adicionados con distintos antibióticos, se observó que un elevado porcentaje de las cepas provenientes de EDAR y aguas de riego eran resistentes a ampicilina, eritromicina, y sulfametoxazol, siendo la resistencia a la ampicilina la más prevalente. Estos resultados fueron confirmados por la CMI en los aislados de E. coli, los cuales mostraron un patrón global de resistencia independientemente del origen de la muestra, siendo la resistencia a ampicilina la más prevalente, seguida de tetraciclina y sulfametoxazol, con un porcentaje muy alto de cepas multirresistentes, especialmente en EDAR y aguas de riego. La mayoría de las cepas presentaron resistencia a los antibióticos betalactámicos, sulfonamidas y tetraciclinas, siendo los perfiles predominantes de multirresistencia similares en todos los tipos de agua. En el caso de Enterococcus spp., el número de cepas resistentes y multirresistentes fue escaso, siendo las resistencias a la eritromicina y tetraciclina las más prevalentes. La determinación por PCR de la presencia de diversos genes de resistencia confirmó que su dispersión en el medio acuático es muy elevada, encontrándose casi todos ellos en todas las muestras de agua, aunque en un menor porcentaje en el agua de mar. Se pudo determinar la existencia de un patrón genómico homogéneo de resistencias en las cepas de E. coli en esta área geográfica. La elevada prevalencia de determinantes de resistencia a los antibióticos encontrados en los distintos tipos de agua supone un riesgo elevado de transferencia horizontal de genes a otras bacterias, y contribuye de forma determinante a su llegada al ser humano. / [CA] L'amenaça per a la prevenció i el tractament de les infeccions bacterianes provocada per la resistència als antibiòtics és cada vegada més gran. En aquest treball hem estudiat diferents tipus d'aigua per obtenir informació integrada de la contaminació i els patrons locals de resistència a antibiòtics de bacteris indicadors, amb l'objectiu de determinar el potencial d'aquests sistemes aquàtics per actuar com a mitjans de dispersió de determinants de resistències a antibiòtics a l'ambient, dins de la perspectiva "One Health". El nostre objectiu era obtenir informació sobre el nivell de contaminació per bacteris resistents a antibiòtics (ARB) i la presència de gens determinants de resistències (ARG) en diferents tipus d'aigües ambientals, avaluant l'origen d'aquesta resistència, relacionant els patrons de resistència presents, valorant els possibles riscos per a la població i proposant mesures per combatre el problema. A les mostres d'aigua recollides en diverses localitzacions realitzem recomptes bacterians selectius de bacteris considerats indicadors de contaminació fecal, com ara els coliformes totals, Escherichia coli i Enterococcus spp. (enterococs), seleccionats depenent de l'origen de la mostra, per tal de conèixer-ne la qualitat higienicosanitària, i valorem el nivell de resistències d'aquests microorganismes davant de diferents antibiòtics d'ús freqüent, mitjançant recomptes en plaques amb medi selectiu a les quals s'havia afegit concentracions estàndard dels mateixos. Emprant E. coli com a microorganisme monitor de la resistència en tots els tipus d'aigua, juntament amb Enterococcus spp. en el cas d'aigües continentals i marines, seleccionem i aïllem un nombre significatiu de ceps, valorant-ne la concentració mínima inhibitòria (CMI) davant d'antibiòtics d'ús freqüent per al tractament d'infeccions en humans. Finalment, verifiquem mitjançant PCR la presència o absència de diferents gens de resistència, tant al medi aquàtic com als ceps seleccionats. Els resultats obtinguts reflecteixen que la qualitat higienicosanitària de les aigües procedents dels efluents de dues EDAR, aigües de mar i aigües continentals, estan dins dels estàndards de qualitat establerts. No passa el mateix amb les aigües de reg i les aigües d'una de les EDAR, que estaven molt per sobre d'aquests límits. Mitjançant recompte en mitjans selectius addicionats de diferents antibiòtics, es va observar que un elevat percentatge dels ceps provinents d'EDAR i aigües de reg eren resistents a ampicil·lina, eritromicina, i sulfametoxazol, sent la resistència a l'ampicil·lina la més prevalent. Aquests resultats van ser confirmats per la CMI als aïllats d' E. coli, els quals van mostrar un patró global de resistència independentment de l'origen de la mostra, sent la resistència a l'ampicil·lina la més prevalent, seguida de tetraciclina i sulfametoxazol, amb un percentatge molt alt de ceps multiresistents, especialment a EDAR i aigües de reg. La majoria de les ceps van presentar resistència als antibiòtics betalactàmics, sulfonamides i tetraciclines, sent els perfils predominants de multiresistència similars en tots els tipus d'aigua. En el cas d' Enterococcus spp., el nombre de ceps resistents i multiresistents va ser escàs, sent les resistències a l'eritromicina i tetraciclina les més prevalents. La determinació per PCR de la presència de diversos gens de resistència va confirmar que la seva dispersió en el medi aquàtic és molt elevada, i gairebé tots es troben en totes les mostres d'aigua, encara que en un menor percentatge a l'aigua de mar. Es va poder determinar l'existència d'un patró genòmic homogeni de resistències als ceps d' E. coli en aquesta àrea geogràfica. L'elevada prevalença de determinants de resistència als antibiòtics trobats en els diferents tipus d'aigua suposa un risc elevat de transferència horitzontal de gens a altres bacteris, i contribueix de manera determinant a l'arribada a l'ésser humà. / [EN] The threat to prevention and treatment of bacterial infections caused by antibiotic resistance is increasing. In this work we have studied different types of water, in order to obtain integrated information on pollution and local antibiotic resistance patterns of indicator bacteria, with the aim of determining the potential of these aquatic systems to act as means of dispersion of determinants of antibiotic resistance in the environment, within the "One Health" perspective. Our objective was to obtain information about the level of contamination by antibiotic-resistant bacteria (ARB) and the presence of resistance-determining genes (ARG) in different types of environmental waters, evaluating the origin of this resistance, relating the present resistance patterns, assessing the possible risks for the population and proposing measures to combat the problem. In water samples collected at various locations, we performed selective bacterial counts of bacteria considered indicators of fecal contamination, such as total coliforms, Escherichia coli and Enterococcus spp. (enterococci), selected depending on the origin of the sample, in order to know its hygienic-sanitary quality, and we assess the level of resistance of these microorganisms against different frequently used antibiotics, through counts on plates with selective medium to which standard concentrations of them had been added. Using E. coli as a monitoring microorganism of resistance in all types of water, together with Enterococcus spp. in the case of continental and marine waters, we selected and isolated a significant number of strains, assessing their minimum inhibitory concentration (MIC) against antibiotics frequently used for the treatment of infections in humans. Finally, we verified by PCR the presence or absence of different resistance genes, both in the aquatic environment and in the selected strains. The results obtained reflect that the hygienic-sanitary quality of the waters from the effluents of two WWTPs, sea waters and continental waters, are within the quality standards established by the Spanish. The same does not occur with irrigation water and water from one of the WWTPs, which were well above those limits. By counting in selective media added with different antibiotics, it was observed that a high percentage of the strains from WWTP and irrigation water were resistant to ampicillin, erythromycin, and sulfamethoxazole, with resistance to ampicillin being the most prevalent. These results were confirmed by the MIC in the E. coli isolates, which showed a global pattern of resistance regardless of the origin of the sample, with resistance to ampicillin being the most prevalent, followed by tetracycline and sulfamethoxazole, with a very high percentage. of multi-resistant strains, especially in WWTP and irrigation water. Most strains presented resistance to beta-lactam antibiotics, sulfonamides and tetracyclines, with the predominant multiresistance profiles being similar in all types of water. In the case of Enterococcus spp., the number of resistant and multiresistant strains was low, with resistance to erythromycin and tetracycline being the most prevalent. The determination by PCR of the presence of various resistance genes confirmed that their dispersion in the aquatic environment is very high, almost all of them were found in all water samples, although in a lower percentage in seawater. It was possible to determine the existence of a homogeneous genomic pattern of resistance in E. coli strains in this geographical area. The high prevalence of antibiotic resistance determinants found in different types of water represents a high risk of horizontal gene transfer to other bacteria, and contributes decisively to their arrival in humans. / Dasí Camaró, DM. (2024). Estudio del agua como fuente de entrada y dispersión de determinantes de resistencia a antibióticos al medio ambiente en el área metropolitana de Valencia y alrededores [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/210135

Tesis por compendio / [ES] Los pseudocóccidos (Hemiptera: Pseudococcidae), comúnmente conocidos como cochinillas harinosas, son insectos hemípteros chupadores de savia que se alimentan del floema de las plantas. Estos insectos están entre las plagas más perjudiciales de varios cultivos subtropicales. En la cuenca mediterránea, diversas especies invasoras de pseudocóccidos se han establecido y convertido en plagas clave de cítricos y caquis, dos cultivos que abarcan un amplio territorio y tienen una gran importancia económica en la Comunidad Valenciana. Convencionalmente, los pseudocóccidos han sido controlados mediante el uso de insecticidas; sin embargo, los riesgos ambientales que conlleva su uso han llevado a la implementación de políticas para reducir su uso, incluida la prohibición de varias materias activas. Por lo tanto, es necesario desarrollar e implementar estrategias de gestión alternativas. Entre estas estrategias, fomentar el control biológico es una de las más prometedoras. Para identificar y evaluar diferentes estrategias que puedan mejorar el control biológico de pseudocóccidos, en esta tesis estudié varios factores que pueden influir en la abundancia de estas plagas en cultivos subtropicales mediterráneos. En el primer capítulo, describí las interacciones entre las hormigas nativas del Mediterráneo y el pseudocóccido invasor Delottococcus aberiae en los cítricos mediterráneos. Demostré que la hormiga mediterránea Lasius grandis y D. aberiae han establecido una relación mutualista que puede facilitar la invasión del pseudocóccido. En el segundo capítulo, evalué si la exclusión física de L. grandis de las copas de los cítricos puede mejorar el control de D. aberiae. Descubrí que la exclusión de hormigas de las copas de los cítricos puede reducir la densidad y el daño de D. aberiae, probablemente debido a un aumento en la abundancia de depredadores generalistas. En el tercer capítulo, identifiqué el complejo de pseudocóccidos que ataca al caqui mediterráneo y describí su dinámica estacional. Este estudio reveló que Pseudococcus longispinus se ha convertido en la especie de pseudocóccido más abundante en el cultivo y puede alcanzar niveles altos de infestación en la cosecha. También describí la fenología de P. longispinus y evalué el efecto potencial del cambio climático en su fenología, prediciendo que el número de generaciones y el daño potencial aumentarán en los próximos años. En el cuarto capítulo, identifiqué el complejo de parasitoides de P. longispinus en caqui. Descubrí que P. longispinus estuvo parasitado por un complejo diverso de parasitoides dominado por una especie de encírtido, Anagyrus fusciventris. Este parasitoide puede reducir eficazmente la densidad de la plaga a pesar de la alta abundancia de hiperparasitoides. También determiné el tamaño del hospedador parasitado por A. fusciventris, lo cual sería valioso para programar liberaciones de parasitoides. Finalmente, en el quinto capítulo, evalué si la heterogeneidad del hábitat afecta la densidad de pseudocóccidos en cítricos y caquis. Por un lado, encontré que la proporción de monocultivo circundante aumentó la densidad tanto de D. aberiae en los cítricos como de P. longispinus en caqui. Por otro lado, los hábitats no agrícolas, tanto los hábitats seminaturales que rodean el cultivo como la cubierta vegetal entre filas, redujeron la abundancia de P. longispinus en caqui al aumentar su parasitismo. Estos hallazgos mostraron que las estrategias de diversificación del hábitat pueden mejorar el control de los pseudocóccidos. En resumen, esta tesis ha identificado diferentes estrategias que pueden implementarse para mejorar el control biológico de las cochinillas en cítricos y caquis mediterráneos, incluyendo la gestión de hormigas mutualistas, la liberación aumentativa de parasitoides y la gestión del hábitat. Los hallazgos de esta tesis deben ser considerados dentro de los programas de Gestión Integrada de Plagas contra pseudocóccidos en cultivos subtropicales. / [CA] Els pseudocòccids (Hemiptera: Pseudococcidae), coneguts com cotonets, són insectes hemípters xucladors de saba que s'alimente del floema de les plantes. Aquests insectes estan entre les plagues més perjudicials per a diversos cultius subtropicals. A la conca mediterrània, diverses espècies invasores de cotonets s'han establert i esdevingut plagues clau en diversos cultius, com ara els cítrics i els caquis, que abasten un ampli territori i tenen una gran importància econòmica a la Comunitat Valenciana. Convencionalment, els cotonets s'han controlat mitjançant l'ús insecticides; no obstant això, els riscos ambientals han portat a la implementació de polítiques per reduir el seu ús, incloent la prohibició de diverses matèries actives. Per tant, és necessari implementar estratègies de gestió alternatives. Entre aquestes estratègies, fomentar el control biològic és una de les més prometedores. Per identificar i avaluar diferents estratègies que puguen millorar el control biològic dels cotonets, en esta tesi vaig estudiar diversos factors que poden influir en l'abundància d'estes plagues en cultius subtropicals mediterranis. Al primer capítol, vaig descriure les interaccions entre les formigues natives del Mediterrani i el cotonet invasor Delottococcus aberiae en els cítrics mediterranis. Ací vaig demostrar que la formiga mediterrània Lasius grandis i D. aberiae han establert una relació mutualista que pot facilitar la invasió del pseudocòccid. Al segon capítol, vaig avaluar si l'exclusió física de L. grandis de les copes dels cítrics pot millorar el control de D. aberiae. Vaig descobrir que l'exclusió de formigues de les copes dels cítrics pot reduir la densitat i el danys de D. aberiae, probablement a causa d'un augment en l'abundància de depredadors generalistes. Al tercer capítol, vaig identificar les espècies de cotonets que ataquen el caqui mediterrani i vaig descriure la seua dinàmica estacional. Aquest estudi va revelar que Pseudococcus longispinus s'ha convertit en l'espècie de cotonet més abundant en el cultiu i pot arribar a nivells alts d'infestació en la collita. També vaig descriure la fenologia de P. longispinus i vaig avaluar l'efecte potencial del canvi climàtic en la fenologia del cotonet, predient que el nombre de generacions i el possible dany augmentaran en els propers anys. Al quart capítol, vaig identificar el complex de parasitoids de P. longispinus en caqui. Vaig descobrir que P. longispinus estava parasitat per un complex divers de parasitoids dominat per una espècie d'encírtid, Anagyrus fusciventris. Aquesta espècie pot reduir eficaçment la densitat de la plaga malgrat l'alta abundància d'hiperparasitoids. També vaig determinar el tamany de cotonet parasitat per A. fusciventris, aquesta característica biològica és clau per dissenyar els programes de control biològic augmentatiu. Finalment, al cinquè capítol, vaig avaluar si la heterogeneïtat del hàbitat afecta la densitat de pseudocòcids en cítrics i caquis. Per una banda, vaig trobar que la proporció de monocultiu circumdant va augmentar la densitat tant de D. aberiae en els cítrics com de P. longispinus en caqui. Per altra banda, els hàbitats no agrícoles, tant els hàbitats semi-naturals que envolten el cultiu com la vegetació de cobertura entre files, van reduir l'abundància de P. longispinus en caqui al augmentar el seu parasitisme. Aquests descobriments van a mostrar que les estratègies de diversificació del hàbitat poden millorar el control dels cotonets. En resum, aquesta tesi ha identificat diferents estratègies que poden ser implementades per millorar el control biològic dels cotonets en cítrics i caquis mediterranis, incloent la gestió de formigues mutualistes, la solta massiva de parasitoids i la gestió de l'hàbitat. Els resultats d'aquesta tesi han de ser considerats dins dels programes de Gestió Integrat de Plagues contra els cotonets en cultius subtropicals. / [EN] Pseudococcids (Hemiptera: Pseudococcidae), commonly known as mealybugs, are sap-sucking hemipteran insects that feed on the phloem of plants. These insects are among the most damaging pests to various subtropical crops. In the Mediterranean basin, several species of invasive mealybugs have established and become key pests in various crops such as citrus and persimmon. These crops cover a large territory and hold high economic importance in the Valencian Community. Mealybugs have been traditionally managed with insecticides. However, their environmental risks have led to the implementation of policies to reduce insecticide use, including the prohibition of several active substances. Therefore, it is necessary to implement alternative management strategies. Among these strategies, biological control is one of the most promising. To identify and evaluate different strategies that can enhance the biological control of mealybugs, in this thesis I studied several factors potentially influencing mealybug abundance in Mediterranean subtropical crops. In the first chapter, I described the interactions between Mediterranean native ants and the invasive mealybug Delottococcus aberiae in Mediterranean citrus. Here, I demonstrated that the Mediterranean ant Lasius grandis and D. aberiae have established a mutualistic relationship that can facilitate the invasion of the mealybug. In the second chapter, I assessed whether the physical exclusion of L. grandis from citrus canopies may enhance the control of D. aberiae. I found that ant-exclusion from citrus canopies can reduce D. aberiae density and damage, likely because of an increase in the abundance of generalist predators. In the third chapter, I identified the complex of mealybugs attacking Mediterranean persimmon and described their seasonal trend. This study revealed that Pseudococcus longispinus has become the most abundant mealybug species in the crop and can reach high infestation levels at harvest. I also described the phenology of P. longispinus and evaluated the potential effect of climate warming on mealybug phenology, predicting that the number of generations and potential damage will increase in the following years. In the fourth chapter, I identified the parasitoid complex of P. longispinus in persimmon. I found that P. longispinus was parasitized by a diverse complex of parasitoids dominated by one encyrtid species, Anagyrus fusciventris. This parasitoid can effectively reduce the density of the pest despite the high abundance of hyperparasitoids. I also determined the preferred host size used by A. fusciventris, which will be valuable to design an augmentative biological control program. Finally, in the fifth chapter, I assessed whether habitat heterogeneity affects the density of mealybugs in citrus and persimmon. First, I found that the proportion of surrounding monoculture increased the abundance of both D. aberiae in citrus and P. longispinus in persimmon. Furthermore, non-crop habitats, both semi-natural habitats surrounding the crop and inter-row ground cover vegetation, reduced the abundance of P. longispinus in persimmon by increasing parasitism. These findings revealed that habitat diversification strategies can enhance mealybug control. Overall, this thesis has identified different strategies that can be implemented to enhance the biological control of mealybugs in Mediterranean citrus and persimmon, including the management of mutualistic ants, the augmentative release of parasitoids, and habitat management. The findings of this thesis must be considered within the Integrated Pest Management programs against mealybugs in subtropical crops. / This PhD Thesis was supported by the national project RTA2017-00095 from the Spanish Ministry of Science and Innovation and Ángel Plata received the predoctoral grant PRE2018-083714 from Spanish Ministry of Science and Innovation. / Plata Sánchez, Á. (2024). Enhancing Biological Control of Mealybugs in Mediterranean Subtropical Crops [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/209827 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] El ruido de rodadura de vehículos ferroviarios presenta importantes desafíos en entornos urbanos y suburbanos, siendo precisa una comprensión integral de sus mecanismos subyacentes para una mitigación efectiva. Esta Tesis ofrece una investigación exhaustiva sobre la generación de ruido de rodadura, tanto en vías rectas como curvas, a través del desarrollo de modelos avanzados de alta frecuencia y herramientas de cálculo para una rigurosa predicción de niveles de ruido. El ruido de rodadura surge de la interacción entre las ruedas y los carriles en presencia de imperfecciones en sus superficies de contacto. Los principales componentes ferroviarios que contribuyen a la emisión acústica son las traviesas, los carriles y las ruedas. Las traviesas y los carriles están conectados por medio de las placas de asiento, mientras que las ruedas y los carriles están dinámicamente acoplados a través de su contacto. En consecuencia, cambios en cualquier componente pueden afectar al comportamiento dinámico y acústico del resto, subrayando la necesidad de un modelo integral para abordar eficazmente la radiación por ruido de rodadura. En esta Tesis se exploran y desarrollan diferentes modelos dinámicos de la vía y del eje montado. La vía, que se asume infinita, se describe utilizando la teoría de estructuras periódicas y se caracteriza por sus números y formas de onda. El eje montado se modeliza mediante el Método de Elementos Finitos y se caracteriza por sus frecuencias naturales y modos de vibración. La interacción rueda/carril se describe como una relación linealizada entre el movimiento relativo de ambos componentes y las fuerzas de contacto. Cabe indicar que los modelos explorados en este trabajo están formulados en el dominio de la frecuencia. Asimismo, se realiza un estudio de influencia del diseño de la vía en la radiación por ruido de rodadura, cuantificando los parámetros contribuyentes a la emisión acústica mediante técnicas estadísticas. Los resultados apuntan a que la geometría del carril tiene un impacto limitado en la radiación, mientras que las propiedades viscoelásticas de la vía, en particular la rigidez de la placa de asiento, desempeñan un papel fundamental en la generación de ruido. Es remarcable que, entre los distintos diseños, se han encontrado variaciones de hasta 7,4 dB(A) en la radiación acústica. Durante el desarrollo de esta investigación, se ha prestado atención al modelizado del eje montado. Su rotación se incluye usando coordenadas Eulerianas, lo que resulta un enfoque conveniente ya que el punto de contacto de la rueda con el carril permanece en una posición espacial constante. Dada la simetría axial de su geometría, la respuesta dinámica del eje montado se expande a lo largo de la dirección circunferencial mediante series de Fourier, lo que permite formular el comportamiento dinámico y acústico de este cuerpo tridimensional (3D) en un marco bidimensional (2D), resolviendo analíticamente la coordenada circunferencial. Esta metodología ofrece sin pérdida de generalidad una reducción del tiempo de cálculo computacional, lo que hace que el modelo sea idóneo para su integración en algoritmos de optimización. Por último, se realiza una investigación pionera sobre el ruido de rodadura cuando el vehículo negocia una curva. Si bien la curva está generalmente asociada con el ruido por chirridos, esta Tesis explora y confirma la importancia que también tiene el ruido de rodadura en estas condiciones. Para ello, se modelizan los efectos inerciales y giroscópicos que sufre un eje montado al describir una trayectoria curva. Además, diferentes fenómenos complejos que ocurren en el contacto rueda/carril, como por ejemplo el movimiento relativo entre estos elementos, se incorporan en el modelo de interacción. Los resultados indican que la posición del contacto rueda/carril sirve como un buen indicador del impacto que la negociación de una curva tiene en el ruido de rodadura. / [CA] El soroll de rodament de vehicles ferroviaris presenta importants reptes en entorns urbans i suburbans, requerint una comprensió integral dels seus mecanismes subjacents per a una mitigació efectiva. Aquesta Tesi ofereix una investigació exhaustiva sobre la generació de soroll de rodament, tant en vies rectes com corbes, mitjançant el desenvolupament de models avançats d'alta freqüència i eines de càlcul per a la rigorosa predicció dels nivells de soroll radiat. El soroll de rodament sorgeix de la interacció entre les rodes i els carrils en presència d'imperfeccions en les seues superfícies de contacte. Els principals components ferroviaris que contribueixen a l'emissió acústica són les travesses, els carrils i les rodes. Les travesses i els carrils estan connectats a través de les plaques d'assentament, mentre que les rodes i els carrils estan acoblats mitjançant la seua interacció. En conseqüència, canvis en qualsevol component poden afectar al comportament dinàmic i acústic de la resta, subratllant la necessitat d'un model integral. En aquesta Tesi s'exploren i desenvolupen diversos models dinàmics de la via i de l'eix muntat. La via, que es considera infinita, es descriu utilitzant la teoria d'estructures periòdiques i es caracteritza pels seus números i formes d'ona. L'eix muntat es modelitza mitjançant el Mètode d'Elements Finits i es caracteritza per les seues freqüències naturals i modes de vibració. La interacció entre l'eix muntat i la via es descriu com una relació linealitzada entre el moviment relatiu d'ambdós components i les forces de contacte. Cal assenyalar que els models explorats en aquest treball estan formulats en el domini de la freqüència. Així mateix, es realitza un estudi d'influència del disseny de la via en la radiació, quantificant els paràmetres contribuents a l'emissió acústica mitjançant tècniques estadístiques. Els resultats apunten que la geometria del carril té un impacte limitat en la radiació sonora, mentre que les propietats viscoelàstiques de la via, en particular la rigidesa de la placa d'assentament, tenen un paper fonamental en la generació de soroll. És destacable que, entre els diferents dissenys, s'han trobat variacions de fins a 7,4 dB(A) en la radiació per soroll de rodament. Durant el desenvolupament d'aquesta investigació, s'ha prestat atenció al modelatge de l'eix muntat. La seua rotació s'inclou en la formulació utilitzant coordenades Eulerianes, la qual cosa resulta un enfocament convenient ja que el punt de contacte de la roda amb el carril roman en una posició constant. Donada la simetria axial de la seua geometria, la resposta dinàmica de l'eix muntat s'amplia al llarg de la direcció circumferencial mitjançant sèries de Fourier, permetent formular el comportament dinàmic i acústic d'aquest cos tridimensional (3D) en un marc bidimensional (2D), i resolent la coordenada circumferencial analíticament. Aquesta metodologia ofereix sense pèrdua de generalitat una reducció del temps de càlcul computacional, la qual cosa fa que el model siga idoni per a la seua integració en algoritmes d'optimització. Finalment, es realitza una investigació pionera sobre el soroll de rodament quan el vehicle negocia una corba. Si bé la corba està generalment associada amb el soroll per grinyols, aquesta Tesi explora i confirma la importància que també té el soroll de rodament en aquestes condicions. Per a això, es modelitzen els efectes inercials i giroscòpics que pateix un eix muntat al descriure una trajectòria corba. A més, diferents fenòmens complexes que ocorren en el contacte roda/carril, com el moviment relatiu entre aquests elements, s'incorporen en el model d'interacció. Els resultats indiquen que la posició del contacte roda/carril serveix com un bon indicador de l'impacte que la negociació d'una corba té en el soroll de rodament. / [EN] Rolling noise emission in railway systems presents significant challenges in urban and suburban environments, requiring a comprehensive understanding of its underlying mechanisms for effective mitigation. This Thesis offers a thorough investigation into rolling noise generation, considering both tangent and curved tracks, through the development of advanced high-frequency models and calculation tools to predict noise levels accurately. Rolling noise arises from the interaction between railway wheels and tracks in the presence of roughness on their contact surfaces. The principal components contributing to the acoustic emission are the sleepers, rails, and wheels. Sleepers and rails are interconnected through rail pads, while wheels and rails are dynamically coupled due to their contact. Consequently, changes in any component might impact the dynamic and acoustic behaviour of all of them, outlining the necessity of a comprehensive model to address rolling noise radiation effectively. Various models for the track and wheelset are explored and developed in this Thesis. The track, assumed to be infinite, is described using periodic structure theory and it is characterised by its wavenumbers and waveshapes. The wheelset is modelled through the Finite Element Method (FEM) and it is characterised by its natural frequencies and vibration modes. The wheelset and track interaction is described as a linearised relationship between the relative motion of both components and the contact forces. The models examined in this work are formulated in the frequency domain. Identified track properties influencing rolling noise radiation are quantified using statistical techniques. While the rail geometry is found to have a limited impact on the total radiation, the viscoelastic properties of the track, particularly the rail pad stiffness, play a crucial role in noise generation. Variations up to 7.4 dB(A) were observed for different track designs. Special attention is devoted to the wheelset modelling in this Thesis. Its rotation is considered using Eulerian coordinates, a convenient approach as the wheel contact point with the rail remains at a constant spatial position. Given the axial symmetry of its geometry, the wheelset dynamic response is expanded around the circumferential direction using Fourier series, which yields a two-dimensional (2D) formulation of the dynamic and acoustic behaviour of this three-dimensional (3D) system, with the circumferential coordinate being solved analytically. This methodology, denoted as axisymmetric approach, offers a significant reduction in the associated computational calculation time while preserving accuracy, making the model well suited for its integration into optimisation algorithms. Lastly, a novel investigation into rolling noise when the vehicle negotiates a curve is conducted. While curved tracks are generally associated with squeal noise, this Thesis offers valuable insights into the importance of rolling noise as well. To achieve this, the inertial and gyroscopic effects associated with a wheelset running on a curve are modelled. Complex phenomena occurring at the wheel/rail contact, such as the relative motion between these two elements, are incorporated into the interaction model. The results indicate that the wheel/rail contact position serves as a reliable indicator of the impact of a curve on the rolling noise. / This Thesis has been supported by Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades in the framework of the FPU grant program. Grants FPU18/03999, EST21/00213, and EST22/00353 as well as projects TRA2017-84701-R, PID2020-112886RA-I00, and PID2023-148483OB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, “ESF Investing in your future”, and “ERDF A way of making Europe” are acknowledged. The author also expresses his gratitude for the support provided by Programa PROMETEO/2021/046 of Generalitat Valenciana. / Andrés Ruiz, VT. (2024). Comprehensive dynamic models of railway wheelsets and tracks for the prediction of rolling noise [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/206074 / Compendio