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Publication
Seaweed extracts to control postharvest phytopathogenic fungi in Rocha pear
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Authors
Abstract(s)
The development of agriculture is one of the most important tools to alleviate poverty and feed the growing human population. However, in the last decades, there has been an unprecedented increase of phytopathogenic fungal infections on preharvest and postharvest, in orchards and fruits. These infections, enhanced by climate changes, cause losses between 20 to 25% of fruit industry total outcome and their management is typically achieved using chemical pesticides, known to be a risk for the environment and human health. Given the challenges that the agri-food industry has to endure, specifically, during the processes of fruit long-term storage, and the renown compounds that natural resources possess, the exploitation of the biotechnological potential of marine organisms is an opportunity to reduce this problem.
Seaweeds have long demonstrated relevant antimicrobial properties against a wide variety of microorganisms, and thus, the present work aimed to find more sustainable, eco-friendly and safer solutions against postharvest fungal infections caused by Alternaria alternata, Botrytis cinerea and Fusarium oxysporum in Rocha pear, while adding value to seaweeds from the Portuguese coast. For that, different extracts (n-hexane, ethyl acetate, aqueous, ethanolic and hydroethanolic) from four different seaweeds, Asparagopsis armata, Codium sp., Fucus vesiculosus, and Sargassum muticum, were produced and tested against the three fungal pathogens.
Regarding the in vitro assays, A. armata showed the most promising results, specifically for the ethyl acetate extract that inhibited the mycelial growth against B. cinerea (72.61%) and F. oxysporum (40.68%), and also, their spore germination. Furthermore, the ethanolic extract showed inhibition against the spore germination of the two fungi mentioned before and the hydroethanolic extract demonstrated a great inhibition in the mycelial growth of B. cinerea (70.61%). Also, it is worth to be mentioned the inhibitory activity of the aqueous extract from F. vesiculosus against the mycelial growth of B. cinerea (66.06%). Concerning the fruit assays using Rocha pear, the activity of the aqueous extract from S. muticum against the infection of B. cinerea should be highlighted, reaching a total of 50% of decay inhibition. The results revealed that not always the best hits obtained in vitro are necessarily the ones that will show the best results in vivo, and thus, the selection of conditions for further analyses should consider as much aspects as possible.
The present work gave the first steps to fully understand the potential of the seaweeds in study for agriculture industry in the search for sustainable and safer solutions against postharvest diseases caused by phytopathogenic fungi.
O desenvolvimento da agricultura é uma das ferramentas mais importantes para aliviar a pobreza e alimentar a crescente população humana. No entanto, nas últimas décadas, tem havido um aumento sem precedentes de infeções fúngicas fitopatogénicas na pré-colheita e pós-colheita, em pomares e frutas. Estas infeções, agravadas pelas alterações climáticas, causam perdas entre 20 e 25% do no rendimento da indústria frutícola, cuja gestão é tipicamente conseguida utilizando pesticidas químicos que representam um grande riscopara o ambiente e para a saúde humana. Dados os desafios que a indústria agro-alimentar tem de enfrentar, especificamente, durante os processos de longa conservação da fruta, e os compostos que os recursos naturais possuem, explorar o ambiente marinho e os seus bioactivos, é uma oportunidade para reduzir este problema. As algas marinhas têm demonstrado ter propriedades antimicrobianas relevantes contra uma grande variedade de microrganismos, e assim, o presente trabalho tem como objetivo encontrar soluções mais sustentáveis, ecológicas e seguras contra infeções fúngicas da pós-colheita causadas por Alternaria alternata, Botrytis cinerea e Fusarium oxysporum na pera Rocha, ao mesmo tempo que acrescenta valor às algas marinhas da costa portuguesa. Para isso, diferentes extratos (n-hexano, acetato de etilo, aquoso, etanol e hidroetanólico) de quatro algas marinhas, Asparagopsis armata, Codium sp., Fucus vesiculosus, e Sargassum muticum, foram produzidos e testados contra os três fungos patógenos. Relativamente aos ensaios in vitro, A. armata mostrou os resultados mais promissores, especificamente para o extrato de acetato de etilo que inibiu o crescimento de micélio contra B. cinerea (72.61%) e F. oxysporum (40.68%) e também, a germinação dos seus esporos. Além disso, o extracto etanólico mostrou inibição contra a germinação dos esporos dos dois fungos mencionados anteriormente e o extrato hidroetanólico demonstrou uma grande inibição no crescimento micelial de B. cinerea (70.61%). Também merece ser destacada a atividade inibitória do extrato aquoso de F. vesiculosus contra o crescimento micelial de B. cinerea (66.06%). No que respeita aos ensaios de fruta utilizando pera Rocha, deve ser realçada a atividade do extrato aquoso de S. muticum contra a infeção de B. cinerea, atingindo uma inibição do 50% do halo de degradação. Os resultados revelaram que nem sempre os melhores resultados obtidos in vitro são necessariamente os que irão mostrar os melhores resultados in vivo, pelo que a seleção das condições para análises posteriores deve considerar o máximo de aspetos possíveis. O presente trabalho deu os primeiros passos para compreender na totalidade o potencial das algas marinhas em estudo para a indústria agrícola na procura de soluções sustentáveis e mais seguras contra infeções na pós-colheita causadas por fungos fitopatogénicos.
O desenvolvimento da agricultura é uma das ferramentas mais importantes para aliviar a pobreza e alimentar a crescente população humana. No entanto, nas últimas décadas, tem havido um aumento sem precedentes de infeções fúngicas fitopatogénicas na pré-colheita e pós-colheita, em pomares e frutas. Estas infeções, agravadas pelas alterações climáticas, causam perdas entre 20 e 25% do no rendimento da indústria frutícola, cuja gestão é tipicamente conseguida utilizando pesticidas químicos que representam um grande riscopara o ambiente e para a saúde humana. Dados os desafios que a indústria agro-alimentar tem de enfrentar, especificamente, durante os processos de longa conservação da fruta, e os compostos que os recursos naturais possuem, explorar o ambiente marinho e os seus bioactivos, é uma oportunidade para reduzir este problema. As algas marinhas têm demonstrado ter propriedades antimicrobianas relevantes contra uma grande variedade de microrganismos, e assim, o presente trabalho tem como objetivo encontrar soluções mais sustentáveis, ecológicas e seguras contra infeções fúngicas da pós-colheita causadas por Alternaria alternata, Botrytis cinerea e Fusarium oxysporum na pera Rocha, ao mesmo tempo que acrescenta valor às algas marinhas da costa portuguesa. Para isso, diferentes extratos (n-hexano, acetato de etilo, aquoso, etanol e hidroetanólico) de quatro algas marinhas, Asparagopsis armata, Codium sp., Fucus vesiculosus, e Sargassum muticum, foram produzidos e testados contra os três fungos patógenos. Relativamente aos ensaios in vitro, A. armata mostrou os resultados mais promissores, especificamente para o extrato de acetato de etilo que inibiu o crescimento de micélio contra B. cinerea (72.61%) e F. oxysporum (40.68%) e também, a germinação dos seus esporos. Além disso, o extracto etanólico mostrou inibição contra a germinação dos esporos dos dois fungos mencionados anteriormente e o extrato hidroetanólico demonstrou uma grande inibição no crescimento micelial de B. cinerea (70.61%). Também merece ser destacada a atividade inibitória do extrato aquoso de F. vesiculosus contra o crescimento micelial de B. cinerea (66.06%). No que respeita aos ensaios de fruta utilizando pera Rocha, deve ser realçada a atividade do extrato aquoso de S. muticum contra a infeção de B. cinerea, atingindo uma inibição do 50% do halo de degradação. Os resultados revelaram que nem sempre os melhores resultados obtidos in vitro são necessariamente os que irão mostrar os melhores resultados in vivo, pelo que a seleção das condições para análises posteriores deve considerar o máximo de aspetos possíveis. O presente trabalho deu os primeiros passos para compreender na totalidade o potencial das algas marinhas em estudo para a indústria agrícola na procura de soluções sustentáveis e mais seguras contra infeções na pós-colheita causadas por fungos fitopatogénicos.
Description
This project was funded by COSMOS: Valorização biotecnológica da alga invasora Asparagopsis armata da Costa de Peniche (MAR-04.03.01-FEAMP-0370) through GAL PESCA OESTE and MAR2020 in the framework of PORTUGAL2020 and the European Maritime and Fisheries Fund. This project was also funded by Fundação para a Ciência e a
Tecnologia (FCT) through project MARINE INVADERS—The impact and mechanisms of success of the invasive seaweed Asparagopsis armata on coastal environments (POCI-01-0145-FEDER- 031144) and ORCHESTRA—add-value to ORCHards through thE full valoriSaTion of macRoalgAe (POCI-01-0247-FEDER-070155) cofounded by FEDER—Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional da União Europeia, Portugal2020, through
COMPETE 2020—Programa Operacional Competitividade e Internacionalização and through FCT.
Keywords
Fruit preservation Marine resources Post-harvest fungal phytopathogens Seaweeds antifungals Sustainable solutions