L'entreposage à long terme des carottes (Daucus carota L.) est principalement limité par les maladies fongiques et les pourritures post-récolte. L'utilisation du potentiel physiologique des carottes pourrait être une alternative intéressante aux applications de fongicide pour lutter contre ces maladies. Les stress abiotiques sont de nature oxydative et s'avèrent souvent nocifs aux plantes et aux tissus végétaux à fortes doses, mais peuvent induire des mécanismes protecteurs / adaptatifs à faibles doses, un phénomène biologique appelé hormèse. Cependant, exception faite des rayons UV-C, on sait peu de choses quant aux possibles effets hormétiques des stress abiotiques sur les produits post-récolte tel que les carottes. Ainsi l'objectif général de ce travail était d'établir l'existence de l'hormèse chez les racines de carotte suite à l'exposition à divers stress abiotiques, incluant les radiations UV, la lumière blanche, la chaleur, les ultrasons, l'ozone et l'éthylène et d'étudier l'effet des doses hormétiques de ces stress sur la résistance aux maladies. Plus précisément, la démarche consistait à déterminer les doses hormétiques des stress dans l'intensification de la résistance aux maladies chez les carottes conservées à 4 °C, suivre les changements physiologiques et biochimiques des carottes exposées aux stress, et évaluer l'induction ou l'accroissement des teneurs de différents phyto-composés aux propriétés antimicrobiennes et/ou bénéfiques pour la santé (connues ou potentielles) chez les carottes exposées, et leur évolution au cours d'un entreposage de 42 jours à 4 °C. Tous les stress abiotiques sélectionnés présentaient le phénomène d'hormèse chez les carottes entreposées à 4 °C (> 95% humidité relative) avec une résistance accrue, à divers degrés, à la maladie causée par Botrytis cinerea. Les doses hormétiques des stress étaient: 7,0 kJ∙m⁻² (UV-B); 30 kJ∙m⁻² (lumière blanche); 60 min (chaleur, 36 °C); 30 min (ultrasons, 135 W); 6,0 h (ozone, 5,0 ppm) et 6,5 h (éthylène, 250 ppm). Appliqués aux doses hormétiques, les ultrasons avec H₂O₂, les UV-B, l'ozone, la lumière blanche et l'éthylène étaient les stress les plus efficaces (60 à 65% réduction de la maladie). La deuxième partie de cette étude consistait à suivre au cours de l'entreposage les changements physiologiques (taux de respiration, fuite d'électrolytes et perte de poids) et biochimiques (capacité antioxydante) des carottes, suite à l'exposition aux stress susmentionnés. Les ultrasons avec H₂O₂ et l'ozone, ont davantage, bien que transitoirement, provoqué des changements dans les caractéristiques physiologiques et biochimiques des carottes exposées. De plus, les D₅₀ (doses efficaces à 50%), déterminées à partir des courbes de réponse physiologique, sont comparables aux doses hormétiques obtenue en utilisant la réponse de résistance à la maladie. Dans la troisième partie du travail, l'effet des stress (appliqués aux doses hormétiques) sur les carottes entreposées a été évalué sur l'induction / l'augmentation des niveaux de quatre phyto-composés, antimicrobiens connus ou potentiels, et sur leur contribution à la résistance induite aux maladies. La lumière blanche a été la plus efficace dans l'induction de la phytoalexine 6-méthoxymelléine, suivie des UV-C, des ultrasons avec H₂O₂, de l'ozone et des UV-B; la lumière blanche et les UV-C dans l'augmentation des polyacétylènes antifongiques constitutifs, le falcarinol et le falcarindiol. La lumière blanche et l'éthylène ont augmenté les niveaux de myristicine. Dans l'ensemble, la lumière blanche et les UV, suivis des ultrasons avec H₂O₂ et de l'éthylène, ont été les plus efficaces pour augmenter les niveaux de ces composés. La 6-méthoxymélléine s'est révélée comme le principal phyto-composé impliqué dans la résistance induite par les stress abiotiques, tandis que les polyacétylènes, le falcarinol et le falcarindiol dans une moindre mesure, joueraient un rôle d'adjuvant. La myristicine ne semble jouer aucun rôle dans la résistance induite aux maladies chez les carottes. Enfin, l'examen des profils des phyto-composés relativement volatils bénéfiques pour la santé (phénylpropanoïdes, terpénoïdes, polycétides et polyacétylènes) obtenus par GC-MS montre une augmentation à des degrés divers de tous les composés en réponse aux différents stress hormétiques. Dans l'ensemble, la lumière blanche, les ultrasons avec H₂O₂, l'ozone et les UV-C se sont montrés efficaces pour augmenter les niveaux des diverses classes de composés précités. Considérant l'amélioration de la résistance aux maladies; l'augmentation des niveaux des phyto-composés, en particulier de la phytoalexine 6-méthoxymélléine; protecteurs des plantes et/ou bénéfiques pour la santé, la lumière blanche, les ultrasons avec H₂O₂, ou l'ozone pourraient être des stress hormétiques souhaitables pour le traitement des carottes entreposées. / Long-term storage of carrots (Daucus carota L.) is limited mainly by fungal diseases and decay. Utilizing the physiological potential of the produce to elevate disease resistance could be an attractive alternative to fungicide applications to control diseases in stored carrots. Abiotic stresses are oxidative in nature and often prove harmful to plants at high doses, but may induce protective/adaptive mechanisms at low doses, a biological phenomenon known as hormesis. However, little is known regarding the existence of hormesis of other abiotic stresses, other than UV-C radiation, in postharvest crops, including carrots, nor their hormetic effects in carrots, if any. The overall objective of this work was to establish the existence of hormesis phenomenon of various abiotic stresses, including UV radiations and white light (WL), heat, ultrasound (US), ozone (O₃), and ethylene (ET) in carrot roots, and investigate the potential of pre-storage treatment with hormetic doses of those stresses to enhance the disease resistance of stored carrots. Specifically, the approach consisted of determining the hormetic doses of stresses in the intensification of disease resistance in carrots stored at 4 °C; monitoring the physiological and biochemical changes in the stress-exposed carrots; and evaluating the induction or enhancement of phyto-compounds with antimicrobial and/or health-beneficial properties of the exposed carrots, and their dynamics during storage of 42 days. All the selected abiotic stresses exhibited the phenomenon of hormesis in carrots stored at 4 °C (> 95% relative humidity) with enhanced disease resistance against decay caused by Botrytis cinerea to varying degrees. The hormetic doses of the selected abiotic stresses for the induction of disease resistance in carrots were: 7.0 kJ∙m⁻² (UV-B), 30 kJ∙m⁻² (WL); 60 min (heat at 36 °C), and 30 min (US at 135 W); 6.0 h (O₃ at 5 ppm); and 6.5 h (ET at 250 ppm). Hormetic doses of US+H₂O₂, UV-B, O₃, WL, and ET were the most effective among the stresses to induce resistance (60-65% disease reduction). The second part of this research work was to evaluate changes in the physiological(respiration rate, electrolyte leakage, and weight loss) and biochemical (antioxidant capacity) characteristics of the carrots, following exposure to the afore-mentioned stresses during 6 weeks of storage. Among the stresses, US+H₂O₂ and O₃, most markedly, albeit transiently, caused changes in the physiological and biochemical characteristics of the exposed carrots. Furthermore, the D₅₀ (effective dose at 50%) doses, determined from the sigmoidal stress dose-changes in the physiological and biochemical response curves appeared to represent the hormetic doses comparable to those obtained using the disease resistance response. The third part of the work evaluated the hormetic doses of abiotic stresses for their capacity to induce/enhance the levels of four targeted phyto-compounds, either known or potential antimicrobials, and their contribution to the disease resistance against B. cinerea. Hormetic WL was most effective in the induction of the isocoumarin phytoalexin, 6-methoxymellein (6-MM), followed by UV-C, US+H₂O₂, O₃, and UV-B stresses; WL and UV-C in the enhancement of the constitutive antifungal polyacetylenes, falcarinol (FaOH) and falcarindiol (FaDOH); and WL and ET were effective in enhancing the insecticidal phenylpropene, myristicin (MYR). Overall, WL, UV radiations, followed by US+H₂O₂ and ET, were most effective in the enhancement of those four compounds. The phytoalexin, 6-MM, was the principal phyto-compound involved in the resistance, while FaOH and FaDOH played an adjuvant role, and MYR did not seem to play any role. The final portion of this work examined the profiles of relatively volatile health-beneficial phyto-compounds in carrots using GC-MS and their enhancement in response to hormetic abiotic stresses. All the phyto-compounds (phenylpropanoids, terpenoids, polyketides, and polyacetylenes) were enhanced to varying degrees by different hormetic stresses. Overall, the effective stresses for the enhancement of diverse classes of volatile health-beneficial phyto-compounds were WL, US+H₂O₂, O₃, and UV-C. From the standpoints of improved disease resistance; the enhancement of antimicrobial targeted phyto-compounds, specifically the phytoalexin, 6-MM; and that of volatile compounds that are both plant-protecting and health-beneficial, application of hormetic stresses, WL, US+H₂O₂, or O₃, could be desirable in practice, for not only controlling diseases in carrots, but also improving their health-beneficial properties.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:https://corpus.ulaval.ca:20.500.11794/74147 |
| Date | 30 August 2022 |
| Creators | Janmeja, Navina |
| Contributors | Arul, Joseph, Tweddell, Russell J. |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxii, 342 pages), application/pdf |
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