No description available.

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1945. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 84-90).

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1960. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references.

Thesis (PhD(Agric))--University of Stellenbosch, 2001. / ENGLISH ABSTRACT: Postharvest decay of stone fruit in the Western Cape province of South Africa is caused primarily by Botrytis cinerea (grey mould) and Monilinia laxa (brown rot). Little is known about the relative importance and seasonal occurrence of the two pathogens in nectarine and plum orchards, the mode of penetration of fruits by M laxa, latency and subsequent disease expression by the latter pathogen. These aspects were investigated in this study. By sampling from the Unifruco Quality Evaluation Scheme and from 11 stone fruit orchards, observations were made over a 3-year period of the occurrence of grey mould and brown rot in the major stone fruit regions. Botrytis cinerea was found to be the most important pathogen causing blossom blight and postharvest decay on stone fruit. The pathogen was most prominent on early- and mid-season culti~ars. Brown rot was exclusively caused by M laxa and no evidence was found that M fructicoZa had been introduced into the region. Monilina laxa was most prominent on the later maturing cultivars. Botrytis cinerea blossom infection did not contribute directly to postharvest decay. Both surface inoculum and latent infection consistently occurred on fruit in each orchard, although at fluctuating levels. Disease expression on developing fruit was not governed by the amount of B. cinerea occurring on fruit surfaces, but by the ability of fruit to resist disease expression. The amount of B. cinerea on fruits was generally higher during spring than during summer. Monilinia laxa occurred sporadically on the blossoms of late-maturing cultivars. Immature fruit were generally pathogen-free and disease expression occurred on maturing fruit only. These findings suggest that conidia of M laxa are generally produced in orchards when fruits are approaching maturity and can penetrate and infect maturing fruit only. The behaviour of airborne M laxa conidia was subsequently studied on nectarine (cultivar Flamekist) and plum (cultivar Laetitia) fruit. For these studies, an inoculation method that simulates natural infection by airborne conidia was used. Fruit at pit hardening, 2 wk before harvest, harvest stage and after cold storage (nectarines 4 wk at -o.soC followed by 1 wk at 23°C at ±56% RH; plums 10 days at .....().5°C,18 days at 7.5°C followed by 1 wk at 23°C at ±56% RH) were dusted with dry conidia of M laxa in a settling tower. The fruits were incubated for periods ranging from 3 to 48 h at high relative humidity (2':93%, humid fruit) or covered with a film of water (wet fruit). Behaviour of the solitary conidia was examined with an epifluorescence microscope on skin segments stained in a differential stain containing fluorescein diacetate, aniline blue and blankophor. The ability of solitary conidia to colonise the fruit surface, penetrate fruit skins and to induce disease expression was determined by using a differential set of tests. For these tests, fruit were surface-sterilised (30 s in 70% ethanol) or left Unsterile. From each group, fruit were selected for isolation (skin segment test), immersed in a 3% paraquat solution (paraquat-treated fruit test) or left untreated (sound fruit test). 1be findings demonstrated that solitary conidia of M laxa behaved consistently on plum and nectarine fruit surfaces: appressorium formation and direct penetration was not observed on any of the fruit surfaces and germ tubes penetrated fruit predominantly through stomata, lenticels and microfissures in the fruit skin. The monitoring of airborne conidia revealed subtle effects of the fruits on the behaviour of solitary germlings, which could not be seen when using conidial suspensions. On both fruit types, no deleterious effect was seen on conidial and germling survival when fruit were kept humid at pit hardening, 2 wk before harvest and harvest. However, conidial and germling survival were drastically reduced by prolonged wet incubation of fruits. The findings on disease expression in the skin segment, paraquat-treated fruit and sound fruit tests clearly showed that the skin of both nectarine and plum fruits were not penetrated at the pit hardening stage, latent infections were not established and fruitsreacted resistant to disease expression. These facets on both fruit types were furthermore unaffected by wetness. The barrier capacity of the fruit skin of the two stone fruit types however differed drastically later in the season. On nectarine, fruit skins were more readily penetrated and disease expression became more pronounced when fruit approached maturity. Penetration and disease expression on ripening nectarine fruit were furthermore greatly influenced by wetness. Maturing plum fruit, on the other hand, did not display the drastic change in the barrier capacity of fruit skins as observed on nectarine. The influence of wetness on infection and disease expression was also less pronounced than on nectarine. In fact, plum fruit remained asymptomatic in the sound fruit test after inoculation and humid incubation at the 2 wk before harvest stage, harvest stage and after cold storage. Plum fruit at these stages only developed disease after a prolonged period (~12 h) of wet incubation. The paraquat fruit test revealed that these fruits became more susceptible to latent infection, but they were not as susceptible as nectarine. Collectively, these findings indicate that M. laxa fruit rot epidemics on plum and nectarine are driven by inoculum levels on fruit approaching maturity and by weather conditions prevailing during the preharvest and harvest period. However, the barrier capacity of plum skins is considerably more effective than that of nectarine fruit. Wounds would therefore play an important role in the epidemiology of M. laxa on plum fruit. Infection of fresh wounds by airborne M. laxa conidia, and by conidia and germlings that have established on fruits, was therefore investigated. Plum fruit (cultivar Laetitia) at pit hardening, 2 wk before harvest, harvest stage and after cold storage were dusted with dry conidia of M. laxa in a settling tower.- Infection of rionwounded fruit and of fresh wounds by \ the airborne conidia on dry, humid and wet plum fruit surfaces, and by conidia and germlings that have been established on fruits under the wetness regimes was then investigated. Nonwounded immature and mature fruit remained mostly asymptomatic, whereas nonwounded cold stored fruit decayed readily. Wounding drastically increased infection by airborne conidia. Immature fruits were less susceptible to wound infection by the airborne conidia than mature fruits. Conidia dispersed freshly were more successful in infecting fresh wounds than conidia that were deposited, or germlings that established, on fruit surfaces 4 days prior to wounding. This decrease in infectivity was especially pronounced on humid and even more on wet incubated fruit. This study clearly showed that in order to reduce. the incidence of brown rot, inoculum levels on fruit approaching maturity should be reduced by sanitation practices and fungicide applications. Furthermore, it is essential to protect fruits, especially. near-mature fruits, from being wounded. / AFRIKAANSE OPSOMMING: EPIDEMIOLOGIE VAN MONILINIA LAXA OP NEKTARIEN EN PRUIM: INFEKSIE VAN VRUGTE DEUR KONIDIA OPSOMMING Naoesverrotting van steenvrugte in die Wes-Kaap provinsie van Suid-Afrika word hoofsaaklik veroorsaak deur Botrytis cinerea (vaalvrot) en Monilinia laxa (bruinvrot). Min is bekend oor die relatiewe belang en seisoenale voorkoms van hierdie patogene in nektarienen pruimboorde, asook oor die infeksieweg, latensie en daaropvolgende siekte-uitdrukking van M laxa. Hierdie aspekte is in dié studie nagevors. \ \ Monsters IS oor 'n 3-jaar periode van die Unifruco Kwaliteitsevalueringskema, en ook van 11 steenvrugboorde verkry. Die voorkoms van vaalvrot en bruinvrot in die hoof steenvrugareas is so bepaal. Botrytis cinerea was die belangrikste patogeen wat betref bloeiselversenging en naoesverrotting. Verder was hierdie patogeen ook meer prominent op die vroeë- en middel-seisoen kultivars. Bruinvrot is uitsluitlik deur M Iaxa veroorsaak en geen aanduiding omtrent die moontlike voorkoms van M fructicola in Suid-Afrika is waargeneem nie. Monilinia laxa was meer prominent op die laat-seisoen kultivars. Botrytis cinerea bloeiselinfeksie het nie direk bygedra tot naoesverrotting nie. Beide oppervlakkige inokulum en latente infeksie het deurgaans, maar wel teen wisselende hoeveelhede, op vrugte in die onderskeie boorde voorgekom. Siekte-uitdrukking op ontwikkelende vrugte is egter nie beinvloed deur die hoeveelheid B. cinerea op die vrug nie, maar eerder deur die vermoë van die vrug om siekte-uitdrukking te onderdruk. Die hoeveelheid B. cinerea op vrugte was verder hoër gedurende lente as gedurende somer. Monilinia laxa het slegs sporadies op die bloeisels van laat-seisoen kultivars voorgekom. Groen vrugte was in die algemeen vry van die patogeen en siekte-uitdrukking het slegs op ryp vrugte plaasgevind. Hierdie bevindinge dui daarop dat M laxa in boorde hoofsaaklik op ryper vrugte geproduseer word. Hierdie swam infekteer ook net ryp vrugte. Die gedrag van luggedraagde M laxa conidia is bestudeer op nektarien- (kultivar Flamekist) en pruimvrugte (kultivar Laetitia). 'n Inokulasie-metode wat natuurlike infeksie deur luggedraagde konidia simuleer, is vir hierdie studies gebruik. Vrugte van die pitverharding-, twee weke voor oes-, oesstadium, asook koud-opgebergde vrugte (nektariene, 4 weke by -o.soe gevolg met 1 week by 23°C en ±56% RH; pruime, 10 dae by -O.5°e, 18 dae by 7.Soe gevolg deur 1 week by 23°C en ±56% RH), is met droë konidia in 'n inokulasietoring geïnokuleer. Die vrugte is vir periodes wat gewissel het van 3 tot 48 h geïnkubeer by hoë relatiewe humiditeit (~93% RH, vogtige vrugte), of dit is bedek met'n film water (nat vrugte). Die gedrag van die enkelspore (konidia) op die vrugoppervlak is met 'n epifluorisensiemikroskoop bestudeer. Skilsegmente is gekleur in 'n kleurstof, bevattende fluorisein diasetaat, analien-blou en blankofor. Die vermoë van die enkelspore om die vrugoppervlak te koloniseer, te penetreer en om siekte-uitdrukking te induseer, is met 'n differensiële stel toetse bepaal. Vir hierdie toetse is die vrugte oppervlakkig gesteriliseer (30 s in 70% etanol), of nie-steriel gelaat. In elke groep is vrugte geneem vir isolasie (skilsegment-to\~ts), of gedoop in "n 3% parakwat-oplossing (parakwat vrugtoets), of\, onbehandeld gelaat (onbehandelde vrugtoets ). Die. bevindinge het op die soortgelyke gedrag van M laxa enkelspore op die verskillende vrugsoorte gedui: appressoria en direkte penetrasie is nie waargeneem nie, en kiembuise het die vrugte hoofsaaklik deur huidmondjies, lentiselle en mikro-krakies .in die vrugskil gepenetreer. Deur luggedraagde spore te bestudeer, is sekere subtiele effekte van die vrug op die gedrag van enkelspore op die vrugoppervlak waargeneem. Op beide vrugtipes is geen nadelige effek op konidiurn- en kiembuisoorlewing opgemerk wanneer die vrugte onder hoë vogtoestande geïnkubeer is. Konidiurn- en kiembuisoorlewing is egter drasties verlaag hoe langer die vrugte onder nat toestande geïnkubeer is. Die bevindinge van die skilsegment-, parakwat en onbehandelde vrugtoetse het duidelik daarop gewys dat die vrugskil van nektarien en pruim nie gepenetreer is tydens die pitverhardingstadium nie, latente infeksies is nie gevorm nie, en die vrugte was bestand teen siekte-uitdrukking. Hierdie fasette op beide vrugtipes is ook nie beinvloed deur inkubasie-natheid nie. Die beskermingskapasiteit van die vrugskil van hierdie steenvrugtipes het egter drasties verskil later in die seisoen. Nektarien-vrugskille is meer geredelik gepenetreer en siekte-uitdrukking het toegeneem met rypwording. Penetrasie en siekteuitdrukking is verder in 'n groot mate deur inkubasie-natheid bevoordeel. Rypwordende pruime het egter nie so In drasties verandering in die beskermingskapasiteit van die vrugskil getoon nie. Die invloed van inkubasie-natheid op infeksie en siekte-uitdrukking was ook minder opsigtelik as op nektarien. Pruimvrugte van die twee weke voor oes-, oesstadium, en , koud-opgebergde pruime, wat onder hoë vog geïnkubeer is, het simptoomloos in die onbehandelde vrugtoets gebly. Vrugte van hierdie stadia het slegs simptome ontwikkel na periodes van langer as 12 h onder nat toestande. Die parakwat-behandelde vrugtoets het egter gewys dat die pruimvrugte meer vatbaar vir latente infeksies raak, maar steeds nie so vatbaar soos die nektarienvrugte nie. Gesamentlik dui hierdie bevindinge daarop <41tM laxa bruinvrot epidemies op pruim en nektarien afhanklik is van inokulumvlakke op rypwordende vrugte, asook die weerstoestande gedurende die vooroes- en oesstadia. Die beskermingskapasiteit van pruim vrugskille was egter aansienlik meer effektief as dié van nektarien vrugte. Wonde op vrugte sal dus 'n groter rol speel in die epidemiologic van M laxa op pruim. Infeksie van vars wonde deur luggedraagde M laxa konidia, en deur konidia en kiembuise wat reeds op die vrugoppervlak gevestig is, is gevolglik bestudeer. Pruimvrugte (kultivar Laetitia) van die pitverharding-, twee weke voor oes-, oesstadium, asook koud- \ \ opgebergde vrugte is in 'n inokulasie-toring geïnokuleer met droë M laxa konidia. .Infeksie , , van nie-gewonde vrugte en van vars wonde deur luggedraagde konidia op droë, vogtige en nat pruim vrugoppervlaktes, asook deur konidia en kiembuise wat reeds op die vrugoppervlak onder hierdie toestande gevestig is, is bepaal. Nie-gewonde groen tot ryp vrugte het meestal simptoomloos gebly, terwyl koud-opgebergde ryp vrugte wel verrot het. Wonde .het die hoeveelheid infeksie deur luggedraagde spore drasties vermeerder. Konidia wat geïnokuleer is op vrugte met vars wonde, was meer in staat om hierdie wonde te infekteer as konidia en kiembuise wat 4 dae voor wonding gevestig is. Hierdie afname in infektiwiteit was meer sigbaar op die vogtige, maar veral die nat vrugte. Hierdie studie het duidelik gewys dat inokulumvlakke op rypwordende vrugte verlaag moet word deur sanitasie-praktyke en fungisiedtoedienings. Dit is verder belangrik om vrugte, veral rypwordende vrugte, teen wonding te beskerm.

La limitació en l’ús de fungicides per al control de malalties en postcollita de fruita és una problemàtica d’elevada magnitud en el sector fructícola actual. Degut a això l’ús d’estratègies alternatives com el control biològic microbià són fonamentals per a la producció de fruita de qualitat. Malgrat tot, el desenvolupament de programes de biocontrol eficaços requereix d’un coneixement profund de la capacitat de control i els mecanismes d’acció utilitzats per l’agent microbià que es pretén emprar, així com de la possibilitat per a què aquest pugui ésser produït i formulat a nivell comercial. En aquest context, la bactèria Bacillus subtilis soca CPA–8 aïllada de la superfície de nectarines al Laboratori de Patologia de Postcollita del Centre IRTA (Lleida) ha demostrat tenir una bona capacitat de biocontrol de malalties de postcollita de fruita de pinyol. El seu futur ús a nivell comercial depèn de l’estudi del seu potencial de biocontrol de malalties de postcollita de fruita; així com del desenvolupament de processos per a l’optimització de la producció i formulació. La present tesi tenia com a objectiu principal avaluar aspectes clau per al desenvolupament de B. subtilis CPA–8 com agent efectiu per al control biològic de malalties de postcollita de fruita. Per a complir amb aquest objectiu, en primer lloc, es va dur a terme una anàlisi detallada de les característiques biològiques de la soca CPA–8 com ara el seu creixement en medi de cultiu, producció d’endòspores i substàncies antifúngiques; així com el seu potencial per al control de malalties importants en postcollita de taronja, poma i fruita de pinyol (Capítol 1). Amb aquests resultats, el següent pas fou estudiar el mode d’acció utilitzat per B. subtilis CPA–8 per a la supressió de patògens de postcollita, concretament contra Monilinia spp. causant de la podridura marró en fruita de pinyol (Capítol 2). Mitjançant la combinació d’eines d‘anàlisi químic, moleculars i biològiques es van determinar els principals factors implicats en la capacitat antagònica de la soca CPA–8 contra Monilinia spp. El pas següent fou optimitzar la producció de B. subtilis CPA–8, en aquest sentit es va desenvolupar un medi de cultiu de baix cost que proporcionés un creixement alt i mantingués l’eficàcia de biocontrol (Capítol 3). Primer es van buscar fonts de nitrogen i de carboni econòmiques entre productes comercials i subproductes agroalimentaris. Posteriorment es va dur a terme l’escalat de la producció de la bactèria en un bioreactor de 5 L i es va comprovar l’efectivitat per al control de Monilinia spp. en préssecs. El pas final fou la formulació de B. subtilis CPA–8 mitjançant l’assecat per atomització (Capítols 4 i 5). Aquest mètode fou seleccionat per dos motius, d’una banda perquè aquesta és una tècnica d’assecat viable per a formulació de bactèries a baix cost i per l’altra banda en base als resultats obtinguts en el capítol 1 sobre la capacitat de la bactèria per produir endòspores resistents al calor i efectives contra patògens de postcollita de fruita. Primer es va dur a terme un estudi comparatiu de l’efecte de l’atomització sobre la supervivència de B. subtilis CPA–8 i de l’agent de biocontrol Pantoea agglomerans CPA–2 (Capítol 4). Posteriorment es va realitzar una avaluació de les substàncies protectores/material de suport més adequades per a l’atomització de la soca CPA–8, i amb els millors productes atomitzats es van avaluar diferents medis de rehidratació i l’activitat antifúngica; així com la vida útil y l’efectivitat durant l’emmagatzemament (Capítol 5) Els resultats obtinguts en el capítol 1 demostraren que B. subtilis CPA–8 produeix cèl lules, endòspores resistents al calor i compostos que tenen una alta activitat antagònica in vitro contra els principals patògens de postcollita de fruita Botrytis cinerea, Monilinia laxa, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium italicum i Penicillium expansum. Els tractaments de cèl lules, endòspores y sobrenedants lliures de cèl lules de la soca CPA–8 mostraren diferents nivells d’efectivitat per al control de podridures en taronja, poma i fruita de pinyol, presentant els millors resultats contra Monilinia spp. en préssecs i nectarines amb reduccions de la incidència de la malaltia fins al 100 %. L’assaig de dosis de diferents tractaments de la soca CPA–8 a 108, 107 i 106 UFC mL–1 foren efectius contra Monilinia spp. de forma semblant o millor al Serenade Max®. L’estudi del mode d’acció de B. subtilis CPA–8 (Capítol 2) va demostrar que els sobrenedants lliures de cèl lules provinents de cultius líquids tenen una alta activitat antifúngica in vitro contra Monilinia spp. similar a l’observada amb suspensions cel lulars. Les anàlisis mitjançant PCR i bioautografia en TLC d’extractes butanòlics d’aquests sobrenedants en comparació amb els de les soques de referència de B. subtilis UMAF6614 i UMAF6639, van revelar la producció de les principals famílies de lipopèptids antifúngics coneguts en Bacillus (fengicines, iturines i surfactines), fet que apuntava l’antibiosi com a principal mecanisme d’acció implicat en la capacitat de biocontrol de B. subtilis CPA–8. Les fraccions corresponents a les fengicines foren les responsables de l’activitat inhibitòria de la soca CPA–8 enfront de Monilinia spp. Aquests resultats van ser corroborats definitivament mitjançant la construcció de mutants de B. subtilis CPA–8 defectius per a la producció de fengicina interrompent l’expressió del gen fenB. Les anàlisis per PCR i bioautografia en TLC revelaren que els mutants defectius de la soca CPA–8 perdien la capacitat d’inhibir a Monilinia spp. per la seva incapacitat per a produir fengicines. Els assaigs d’efectivitat en fruita utilitzant tractaments provinents dels mutants de la soca CPA–8 van demostrar que aquests havien perdut la capacitat de controlar la podridura causada per Monilinia spp. amb percentatges d’incidència similars als observats en el control sense tractar, mentre que els tractaments amb la soca parental o Serenade Max® presentaven reduccions de la malaltia de fins el 100 %. Tots aquests resultats demostraren que la producció de fengicines juga un paper molt important en l’efectivitat de B. subtilis CPA–8 per a controlar la podridura marró del préssec; i que aquest resulta ser el principal mode d’acció implicat en la seva capacitat de biocontrol. En l’optimització de la producció de B. subtilis CPA–8 (Capítol 3) els resultats obtinguts van demostrar que és possible aconseguir alts nivells de biomassa (superiors a 3×109 UFC mL–1) emprant dos medis de baix cost composats per farina de soja desengreixada 44 % a 40 g L–1 com a font de nitrogen en combinació amb sacarosa a 20 g L–1 o melassa a 5 g L–1 com a fonts de carboni. A més a més, la producció de la soca CPA–8 en aquest medi de baix cost va poder ser escalada a nivell de laboratori en un bioreactor de 5 L de capacitat a 30 °C, amb agitació de 200 rpm i flux d’aire de 100 L h–1, mantenint les concentracions de la bactèria a 3×109 UFC mL–1. Els assaigs en fruita amb tractaments de la soca CPA–8 crescuda en el medi optimitzat de baix cost van demostrar que aquesta mantenia la seva eficàcia de biocontrol contra M. fructicola en préssecs amb reduccions de la malaltia de fins al 95 %, similar als tractaments de la bactèria crescuts en medis de laboratori. Les poblacions de CPA–8 van sobreviure en ferides de préssecs inoculats, independentment dels medis de cultiu utilitzats. Aquests resultats proporcionen una base fiable per a la producció de la soca CPA–8 a nivell industrial. En la formulació de B. subtilis CPA–8 mitjançant assecat per atomització (Capítols 4 i 5) els resultats demostraren que aquesta bactèria és capaç de sobreviure a les altes temperatures del procés (32.3 % de viabilitat i 3.3×109 UFC g–1 de concentració final de producte), comparada amb P. agglomerans CPA–2 utilitzada com a model de bactèria sensible a la calor i no formadora d’endòspores que no fou resistent (menys del 2 % de viabilitat). La supervivència de la soca CPA–8 a l’atomització va estar directament relacionada amb la seva capacitat per a produir endòspores resistents a les altes temperatures. La resistència a la calor de la soca CPA–8 a més a més va dependre de la fase de creixement, essent el cultiu de 72 h, més resistent que el de 24 h, probablement pel seu major contingut d’endòspores. Els resultats obtinguts en l’estudi de la substància protectora/material de suport més adequada per a l’atomització de B. subtilis CPA–8 van demostrar que quatre diferents combinacions de llet desnatada en pols i MgSO4 proveïen una bona recuperació de pols (28–38 %) i continguts d’humitat del 7–13 %. La supervivència de la soca CPA–8 fou diferent en els atomitzats dels cultius de 24 i 72 h. Les formulacions de 72 h mostraven una major supervivència (28–32 %) y amb concentracions finals al voltant d’1.6–3.3×109 UFC g–1, mentre que la viabilitat dels atomitzats de 24 h fou inferior a l’1 %, fet pel qual les primeres van seleccionar–se per a la seva posterior avaluació. Diferents rehidratants como l’aigua o el tampó fosfat van proporcionar una bona recuperació de cèl lules viables en les formulacions de CPA–8 similars a les obtingudes amb llet desnatada en pols o sacarosa al 10 % amb el que es dedueix que l’aigua pot utilizar–se com a rehidratant amb l’avantatge a nivell pràctic que això suposa. L’estudi de la vida útil de les formulacions de la soca CPA–8 emmagatzemades a 4 °C (fred) i a 20 °C (temperatura ambient) va demostrar que la viabilitat es mantenia o disminuïa lleugerament (0.2–0.3 log) durant 6 mesos d’emmagatzematge. A més a més, després de 4 i 6 mesos de conservació aquestes formulacions controlaven la podridura marró causada per Monilinia spp. en nectarines i préssecs mostrant reduccions de la incidència de la malaltia entre el 90 i 100 %. Els resultats obtinguts van demostrar que l’atomització podria ser un mètode d’assecat adequat per a obtenir formulacions estables i efectives de B. subtilis CPA–8.En conclusió els estudis realitzats en aquesta tesi demostren el potencial de l’antagonista B. subtilis CPA–8 per al control de malalties de postcollita de fruita i estableixen les bases per a la seva posterior implementació de la producció i formulació a nivell comercial. / La limitación en el uso de fungicidas para el control de enfermedades en postcosecha de fruta es un grave problema en el sector frutícola actual. Debido a esto, el uso de estrategias alternativas como el control biológico microbiano son fundamentales para la producción de fruta de calidad. Sin embargo, el desarrollo de programas de biocontrol eficaces requiere de un fuerte conocimiento de la capacidad de control y los mecanismos de acción usados por el agente microbiano que se pretende emplear, así como de la posibilidad para que éste pueda ser producido y formulado a nivel comercial. En este contexto, la bacteria Bacillus subtilis cepa CPA–8 aislada de la superficie de nectarinas en el Laboratorio de Patología de Postcosecha del Centro IRTA (Lleida) ha demostrado tener una importante capacidad de biocontrol de enfermedades de postcosecha de fruta de hueso. Su futuro uso a nivel comercial depende del estudio de su potencial de biocontrol de enfermedades de postcosecha de fruta; así como del desarrollo de procesos para su óptima producción y formulación. La presente tesis tiene como objetivo fundamental evaluar aspectos clave para el desarrollo de B. subtilis CPA–8 como agente eficaz de control biológico de enfermedades de postcosecha de fruta. Para cumplir con este objetivo, en primer lugar, se realizó un análisis detallado de las características biológicas de la cepa CPA–8 como su crecimiento en medio de cultivo, producción de endosporas y sustancias antifúngicas; así como su potencial para el control de importantes podredumbres de postcosecha de naranja, manzana y fruta de hueso (Capítulo 1). Con estos resultados el siguiente paso fue estudiar el modo de acción usado por B. subtilis CPA–8 para la supresión de patógenos de postcosecha, concretamente contra Monilinia spp. causante de la podredumbre marrón en fruta de hueso (Capítulo 2). Mediante la combinación de herramientas de análisis químico, molecular y biológico se determinaron los principales factores implicados en la capacidad antagónica de la cepa CPA–8 contra Monilinia spp. El siguiente paso fue optimizar la producción de B. subtilis CPA–8, para lo cual se desarrolló un medio de cultivo de bajo coste que proporcionase un crecimiento alto y mantuviese la eficacia de biocontrol (Capítulo 3). Primero se buscaron fuentes de nitrógeno y carbono económicas entre productos comerciales y subproductos agroalimentarios. Posteriormente se realizó el escalado de producción de la bacteria en un bioreactor de 5 L y se comprobó la efectividad para el control de Monilinia spp. en melocotones. El paso final fue la formulación de B. subtilis CPA–8 mediante secado por atomización (Capítulos 4 y 5). Este método fue seleccionado por dos motivos, por un lado porque ésta es una técnica de secado viable para formulación de bacterias a bajo coste y en base a los resultados obtenidos en el capítulo 1 sobre la capacidad de la bacteria para producir endosporas resistentes al calor y eficaces contra patógenos de postcosecha de fruta. Primero se realizó un estudio comparativo del efecto de la atomización sobre la supervivencia de B. subtilis CPA–8 y del agente de biocontrol Pantoea agglomerans CPA–2 (Capítulo 4). Posteriormente se realizó una evaluación de las sustancias protectoras/material de soporte más adecuadas para la atomización de la cepa CPA–8, y de los mejores productos atomizados se evaluaron los distintos medios de rehidratación y la actividad antifúngica; así como su vida útil y efectividad durante conservación (Capítulo 5).Los resultados obtenidos en el capítulo 1 indicaron que B. subtilis CPA–8 produce células, endosporas resistentes al calor y compuestos que tienen una alta actividad antagónica in vitro contra los principales patógenos de postcosecha de fruta Botrytis cinerea, Monilinia laxa, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium italicum y Penicillium expansum. Los tratamientos de células, endosporas y sobrenadantes libres de células de la cepa CPA–8 mostraron diferentes niveles de efectividad para el control de podredumbres en naranja, manzana y fruta de hueso, presentando los mejores resultados contra Monilinia spp. en fruta de hueso con reducciones de la incidencia de la enfermedad hasta del 100 %. El ensayo de dosis de diferentes tratamientos de la cepa CPA–8 a 108, 107 y 106 UFC mL–1 fueron efectivos contra Monilinia spp., de forma similar o mejor que Serenade Max®. El estudio del modo de acción de B. subtilis CPA–8 (Capítulo 2) demostró que los sobrenadantes libres de células provenientes de cultivos líquidos tenían una alta actividad antifúngica in vitro contra Monilinia spp. similar a la observada con suspensiones celulares. Los análisis mediante PCR y bioautografía en TLC de extractos butanólicos de estos sobrenadantes en comparación con los de las cepas de referencia de B. subtilis UMAF6614 y UMAF6639, revelaron la producción de las principales familias de lipopéptidos antifúngicos conocidos en Bacillus (fengicinas, iturinas y surfactinas), lo que apuntó a la antibiosis como el principal mecanismo de acción implicado en la capacidad de biocontrol de B. subtilis CPA–8. Las fracciones correspondientes a las fengicinas fueron las responsables de la actividad inhibitoria de la cepa CPA–8 frente a Monilinia spp. Estos resultados fueron definitivamente corroborados mediante la construcción de mutantes de B. subtilis CPA–8 defectivos para la producción de fengicina interrumpiendo la expresión del gen fenB. Los análisis por PCR y bioautografía en TLC revelaron que los mutantes defectivos de la cepa CPA–8 perdieron la capacidad de inhibir a Monilinia spp. por su incapacidad para producir fengicinas. Los ensayos de efectividad en fruta utilizando tratamientos provenientes de los mutantes de la cepa CPA–8 demostraron que éstos habían perdido su capacidad para controlar la podredumbre causada por Monilinia spp. con porcentajes de incidencia similares a los observados en el control sin tratar, mientras que los tratamientos con la cepa parental o Serenade Max® presentaron reducciones de enfermedad de hasta el 100 %. Todos estos resultados demostraron que la producción de fengicinas juega un papel muy importante en la efectividad de B. subtilis CPA–8 para controlar la podredumbre marrón del melocotón; y que éste resulta ser el principal mecanismo de acción implicado en su capacidad de biocontrol. En la optimización de la producción de B. subtilis CPA–8 (Capítulo 3) los resultados obtenidos demostraron que se pueden conseguir altos niveles de biomasa (superiores a 3×109 UFC mL–1) usando dos medios de bajo coste compuestos por harina de soja desengrasada 44 % a 40 g L–1 como fuente de nitrógeno en combinación con sacarosa a 20 g L–1 o melaza a 5 g L–1 como fuentes de carbono. Además la producción de la cepa CPA–8 en este medio de bajo coste pudo ser escalada a nivel de laboratorio en un bioreactor de 5 L de capacidad a 30 °C, con agitación de 200 rpm y flujo de aire de 100 L h–1, manteniendo las concentraciones de la bacteria a 3×109 UFC mL–1. Los ensayos en fruta con tratamientos de la cepa CPA–8 crecida en el medio optimizado de bajo coste demostraron que ésta mantenía su eficacia de biocontrol contra M. fructicola en melocotones con reducciones de enfermedad de hasta el 95 %, similar a los tratamientos de la bacteria crecidos en medios de laboratorio. Las poblaciones de CPA–8 sobrevivieron en heridas de melocotones inoculados, independientemente de los medios de cultivo utilizados. Estos resultados proporcionan una base fiable para la producción de la cepa CPA–8 a nivel industrial. En la formulación de B. subtilis CPA–8 mediante secado por atomización (Capítulos 4 y 5) los resultados demostraron que esta bacteria es capaz de sobrevivir a las altas temperaturas del proceso (32.3 % de viabilidad y 3.3×109 UFC g–1 de concentración final de producto), comparado con P. agglomerans CPA–2 utilizada como modelo de bacteria sensible al calor y no formadora de endosporas que no fue resistente (menos del 2 % de viabilidad). La supervivencia de la cepa CPA–8 a la atomización estuvo directamente relacionada con su capacidad para producir endosporas resistentes a las altas temperaturas. La resistencia al calor de la cepa CPA–8 además dependió de la fase de crecimiento, siendo el cultivo de 72 h, más resistente que el de 24 h, probablemente por su mayor contenido de endosporas. Los resultados obtenidos en el estudio de la sustancia protectora/material de soporte más adecuada para la atomización de B. subtilis CPA–8 demostraron que cuatro diferentes combinaciones de leche desnatada en polvo y MgSO4 proveían una buena recuperación de polvo (28–38 %) y contenidos de humedad del 7–13 %. La supervivencia de la cepa CPA–8 varió considerablemente en los atomizados con los cultivos de 24 h y los de 72 h. Las formulaciones de 72 h mostraron una mayor supervivencia (28–32 %) y con concentraciones finales entorno a 1.6–3.3×109 UFC g–1, mientras que la viabilidad de los atomizados de 24 h fue inferior al 1 %, por lo cual se seleccionaron para su posterior evaluación. Diferentes rehidratantes como el agua o tampón fosfato proporcionaron una buena recuperación de células viables en las formulaciones de CPA–8 similares a las obtenidas en leche desnatada en polvo o sacarosa al 10 % por lo que el agua puede utilizarse como rehidratante con la ventaja a nivel práctico que supone. El estudio de la vida útil de las formulaciones de la cepa CPA–8 almacenadas a 4 °C (frío) y a 20 °C (temperatura ambiente) demostró que la viabilidad se mantuvo o disminuyó ligeramente entorno a 0.2–0.3 log durante 6 meses de almacenamiento. Además después de 4 y 6 meses de almacenamiento estas formulaciones controlaron la podredumbre marrón causada por Monilinia spp. en nectarinas y melocotones mostrando reducciones de la incidencia de la enfermedad entre el 90 y 100 %. Los resultados obtenidos demostraron que la atomización podría ser un método de secado adecuado para obtener formulaciones estables y eficaces de B. subtilis CPA–8. En conclusión los estudios realizados en esta tesis demuestran el potencial del agente de biocontrol B. subtilis CPA–8 para el control de enfermedades de postcosecha de fruta y sientan las bases para su posterior implementación de la producción y formulación a nivel comercial / Synthetic fungicides are the primary means to reduce losses caused by postharvest diseases. However, public concern for their negative impact on human health and environment associated with undesirable chemical residues on fruit and proliferation of fungicide–resistant isolates have impelled the search for alternative methods. Biological control using microorganisms has emerged as an effective alternative to control postharvest diseases and to produce quality fruit free of fungicide residues. However, the development of a successful biocontrol product requires a strong knowledge about the antagonistic ability and mechanisms of action used by the microbial agent to disease suppression and the possibility for its production and formulation to commercial application. In this context, Bacillus subtilis strain CPA–8 isolated from nectarines surface in the Postharvest Pathology Laboratory from IRTA centre (Lleida) has shown a significant capacity for biocontrol of postharvest diseases of stone fruit. Its future use on a commercial level depends on its antagonistic potential to control fruit postharvest diseases as well as an optimum production and formulation systems. This thesis has the main objective to evaluate key aspects involved in development of B. subtilis CPA–8 as an effective biocontrol agent of postharvest diseases on fruit. To achieve this objective, first, the CPA–8 growth and production of endospores and antifungal substances were characterized. Then, biocontrol potential of B. subtilis CPA–8 was tested against the main postharvest decay on oranges, apples and stone fruit (Chapter 1). Based on these results, the mechanism of action used by CPA–8 to suppress postharvest pathogens, particularly against Monilinia spp. causing brown rot in stone fruit was studied (Chapter 2). Based on chemical, molecular and biological analysis the key factors involved in the biocontrol activity of CPA–8 against Monilinia spp. were identified. Next step was optimizing B. subtilis CPA–8 production by developing a low cost medium that provide maximum bacterium growth and maintain its biocontrol efficacy (Chapter 3). First, different media combining economical nitrogen and carbon sources from commercial products and by–products were evaluated. Second, CPA–8 production was scaled up in a 5–liter bioreactor and the efficacy to control of Monilinia spp. in peaches was evaluated. The final step was B. subtilis CPA–8 formulation by spray drying (Chapters 4 and 5). This method was selected because it is a cost effective technique for bacteria preservation and results of Chapter 1 indicated that CPA–8 was heat resistant by endospores production capacity. These endospores had also demonstrated good antifungal activity against fruit postharvest pathogens. First, the role of endospore production by B. subtilis CPA–8 on its survival to spray–drying process was investigated by comparing CPA–8 with the biocontrol agent Pantoea agglomerans CPA–2 as model of heat–sensitive and non–spore forming bacterium (Chapter 4). Finally, carriers/protectants were evaluated to prepare CPA–8 formulations by spray drying; and with the best CPA–8 formulations rehydration media, shelf life stability and biocontrol efficacy during storage were evaluated (Chapter 5). The results obtained in Chapter 1 indicated that CPA–8 produces cells, heat–resistant endospores and compounds with high antifungal activity in vitro against the major fruit postharvest pathogens Botrytis cinerea, Monilinia laxa, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium italicum and Penicillium expansum. Treatment of cells, endospores and cell–free supernatants of CPA–8 showed different efficacy levels to control fugal decay on oranges, apples and stone fruit, obtaining the best results against Monilinia spp. on stone fruit with disease reductions up to 100%. Dose tests demonstrated that different CPA–8 treatments at 108, 107 and 106 CFU mL–1 were effective against Monilinia spp., similar or better than Serenade Max®, a commercial biocontrol product based in a B. subtilis strain. Experimental evidence suggested that B. subtilis CPA–8 has biocontrol potential to control postharvest diseases on several fruit types, particularly against peach brown rot. The mode of action study (Chapter 2) showed that cell free supernatants and butanolic extracts from liquid cultures of B. subtilis CPA–8 had a strong antifungal activity in vitro against Monilinia spp. similar to that observed with cell suspensions. Fengycin, iturin and surfactin lipopeptides were identified by TLC in butanolic extracts from cell free supernatants of CPA–a by comparison with the B. subtilis reference strains UMAF6614 and UMAF6639, indicating that antibiosis could be the major factor involved in the CPA–8 biological control ability. TLC–bioautography analysis showed that CPA–8 antifungal activity was associated only with fengycin lipopeptide. These results were definitively supported by mutagenesis analysis targeted to suppress fengycin biosynthesis by disruption of the fenB gene. PCR and TLC–bioautography analysis allowed to identify CPA–8 transformants with reduced or suppressed antifungal activity and to select the defective phenotype associated with the lack of fengycin bands. Fruit trials confirmed that fengycin–defective mutants lost their ability to control peach brown rot disease in comparison with CPA–8 wild type strain or Serenade Max®. Taken together our data indicate that fengycin–like lipopeptides play a major role in the biological control potential of B. subtilis CPA–8 against peach brown rot. The results obtained in Chapter 3 indicate that high production levels of B. subtilis CPA–8 (>3×109 CFU mL–1) could be achieved in a low cost medium based on defatted soy flour 44 % (40 g L–1) with sucrose (20 g L–1) or molasses (5 g L–1). CPA–8 production in the optimized low cost medium was scaled–up in a 5–L bioreactor at 30 °C under shaking at 200 rpm and with air flow of 100 L h–1 and production was maintained around 3×109 CFU mL–1. Fruit trials with cells and cell free supernatants obtained from CPA–8 grown in optimized medium maintained biocontrol efficacy against M. fructicola in peaches showing disease reduction up to 95 %, similar to the treatment from bacterium grown in expensive laboratory media. CPA–8 populations survived in wounds on inoculated peaches, regardless of the culture media used. The results could be used to provide a reliable basis for the fermentation scaling–up process to an industrial level. The results obtained in Chapters 4 and 5 indicate that B. subtilis CPA–8 is heat resistant to high temperatures involved in spray–drying process by endospore production comparing with the heat sensitive and non–spore forming P. agglomerans CPA–2. The 72–h–old CPA–8 cultures spray–dried showed the best survival with 32.3 % viable cells recovery and a final concentration product of 3.3×109 CFU g–1, while CPA–2 viability was lower than 2 %. Heat resistance of CPA–8 was also depending on growth time, being 72–h–old culture more resistant than 24–h–old culture, probably due to the higher content of endospores. These results suggest that endospore production improves CPA–8 resistance to spray–drying formulation system. The study of carriers/protectants addition in spray–drying CPA–8 formulations showed that four different combinations of skim milk and MgSO4 provided reasonable recovery powder (28–38 %) and moisture content (7–13 %). CPA–8 survival varied considerably among spray–dried 24– and 72–h–old formulations. The 72 h–old CPA–8 culture spray dried showed the highest survival (28–32 %) and a final concentration product of 1.6–3.3×109 CFU g–1, while viability of 24 h–old culture formulations were lower than 1 %. Rehydration media as water or phosphate buffer provided good recovery of dried cells from CPA–8 formulations as well as skim milk or sucrose both at 10%. This result is a practical advantage. CPA–8 formulations after 4 and 6 month of storage at 4 ºC (cold) or at 20 ºC (room temperature) maintained survival and efficacy to control brown rot caused by Monilinia spp. on nectarines and peaches achieving disease incidence reductions among 90 and 100 %. Spray drying could be considered a suitable method to obtain stable and effective formulations of B. subtilis CPA–8. In conclusion, the studies in this thesis demonstrated the biocontrol potential of B. subtilis CPA–8 to control postharvest diseases of fruit and established the bases for subsequent implementation of production and formulation at commercial level.

M. Tech. Agriculture / Brown rot caused by Monilinia laxa is the main pre and postharvest disease of peaches; it affects the shelf life and marketability of peaches. Increasing consumer concern regarding food safety makes it necessary to search for natural environmentally friendly alternative products for postharvest disease control. The objective of this study is to develop an environmentally friendly essential oil technology for the control of brown rot (M. laxa) in peaches at postharvest stage to replace the currently used synthetic fungicide (Iprodione)