Βιοδιεγέρτες και βιοφυτοπροστατευτικά προϊόντα στην καλλιέργεια της αμπέλου: in vitro και in planta αξιολόγηση τους με εφαρμογή μεταβολομικής

Abstract

Η άμπελος αποτελεί μία από τις σημαντικότερες καλλιέργειες παγκοσμίως, με ιδιαίτερη οικονομική και αγροδιατροφική αξία. Ωστόσο, η παραγωγή και η ποιότητα των σταφυλιών απειλούνται από πλήθος φυτοπαθογόνων οργανισμών, μεταξύ των οποίων ιδιαίτερη σημασία έχει ο μύκητας Botrytis cinerea, το παθογόνο αίτιο της τεφράς σήψης. Η ανάγκη μείωσης της εξάρτησης από τα χημικά φυτοπροστατευτικά προϊόντα, σε συνδυασμό με τις σύγχρονες απαιτήσεις για βιώσιμη γεωργική παραγωγή, έχει στρέψει το ενδιαφέρον στην αξιοποίηση βιοδιεγερτών και βιοφυτοπροστατευτικών προϊόντων. Στο πλαίσιο αυτό, σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας ήταν η αξιολόγηση επιλεγμένων βακτηριακών στελεχών ως παραγόντων βιολογικής καταπολέμησης έναντι του B. cinerea, καθώς και η διερεύνηση της επίδρασης εμπορικών βιοδιεγερτών στον μεταβολισμό φυτών αραβοσίτου και αμπέλου, με εφαρμογή μεταβολομικής ανάλυσης. Αρχικά, αξιολογήθηκε in vitro η ανταγωνιστική δράση βακτηριακών στελεχών των γενών Bacillus, Pseudomonas και Paenibacillus, καθώς και στελέχους που απομονώθηκε από το εμπορικό σκεύασμα Serenade, έναντι διαφορετικών απομονώσεων του B. cinerea. Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο της διπλής καλλιέργειας σε τρυβλία με θρεπτικό υπόστρωμα PDA και η παρεμπόδιση της μυκηλιακής ανάπτυξης εκτιμήθηκε ποσοτικά με χρήση του λογισμικού ImageJ. Τα στελέχη PLS 623 (Pseudomonas sp.) και PLS 591 (Bacillus sp.) παρουσίασαν τη μεγαλύτερη και πιο σταθερή ανασταλτική δράση στο σύνολο των απομονώσεων του μύκητα. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν in planta δοκιμές σε καρπούς τομάτας και ράγες σταφυλιού, όπου επιβεβαιώθηκε η παθογόνος ικανότητα των στελεχών B. cinerea B05 και Ap31, καθώς και η προστατευτική δράση των επιλεγμένων βακτηριακών στελεχών. Τα PLS 623 και PLS 591 περιόρισαν σημαντικά την ανάπτυξη του παθογόνου, υποδεικνύοντας τη δυνατότητα περαιτέρω αξιοποίησής τους ως βιολογικών παραγόντων καταπολέμησης. Παράλληλα, μελετήθηκε η επίδραση τριών εμπορικών βιοδιεγερτών —χουμικών/φουλβικών οξέων, λαμιναρίνης και εκχυλίσματος Ascophyllum nodosum— στον μεταβολισμό φυτών αραβοσίτου και αμπέλου ποικιλίας Crimson Seedless. Η μεταβολομική ανάλυση πραγματοποιήθηκε με GC/EI/MS και η επεξεργασία των δεδομένων βασίστηκε σε πολυπαραγοντικές στατιστικές μεθόδους, όπως OPLS-DA και ιεραρχική ανάλυση κατά συστάδες. Στον αραβόσιτο, οι βιοδιεγέρτες προκάλεσαν διακριτή μεταβολική διαφοροποίηση σε σχέση με τον μάρτυρα, με τους VIP μεταβολίτες να σχετίζονται κυρίως με τον μεταβολισμό υδατανθράκων, αμινοξέων, οργανικών οξέων και λιπιδιακών ενώσεων. Στην άμπελο, η λαμιναρίνη συνδέθηκε κυρίως με πρώιμη μεταβολική απόκριση, ιδιαίτερα σε μεταβολίτες του κύκλου Krebs, ενώ το εκχύλισμα φυκιών παρουσίασε πιο σταθερή και παρατεταμένη επίδραση, επηρεάζοντας μεταβολίτες που σχετίζονται με τον φαινυλοπροπανοειδή μεταβολισμό, τον λιπιδιακό μεταβολισμό και την αντιοξειδωτική προστασία των μεμβρανών. Συνολικά, τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τη δυναμική αξιοποίησης βιοδιεγερτών και βιολογικών παραγόντων καταπολέμησης ως συμπληρωματικών εργαλείων σε πιο βιώσιμα συστήματα φυτοπροστασίας και αμπελοκαλλιέργειας.Abstract Grapevine is one of the most important crops worldwide, with significant economic and agri-food value. However, grape production and quality are threatened by numerous phytopathogenic organisms, among which Botrytis cinerea, the causal agent of grey mould, is of particular importance. The need to reduce dependence on chemical plant protection products, together with the current demand for sustainable agricultural production, has increased interest in the use of biostimulants and bioprotective products. In this context, the present MSc thesis aimed to evaluate selected bacterial strains as biological control agents against B. cinerea and to investigate the effects of commercial biostimulants on the metabolism of maize and grapevine plants through metabolomic analysis. Initially, the in vitro antagonistic activity of bacterial strains belonging to the genera Bacillus, Pseudomonas and Paenibacillus, as well as a strain isolated from the commercial product Serenade, was evaluated against different B. cinerea isolates. The assay was performed using the dual culture method on PDA plates, and the inhibition of mycelial growth was quantitatively assessed using ImageJ software. The strains PLS 623 (Pseudomonas sp.) and PLS 591 (Bacillus sp.) showed the highest and most consistent inhibitory activity against all fungal isolates tested. Subsequently, in planta assays were carried out on tomato fruits and grape berries, confirming the pathogenicity of the B. cinerea strains B05 and Ap31, as well as the protective effect of the selected bacterial strains. PLS 623 and PLS 591 significantly reduced pathogen development, indicating their potential for further exploitation as biological control agents. In parallel, the effects of three commercial biostimulants -humic/fulvic acids, laminarin and an Ascophyllum nodosum extract- on the metabolism of maize plants and grapevine plants of the cultivar Crimson Seedless were investigated. Metabolomic analysis was performed using GC/EI/MS, while data processing was based on multivariate statistical methods, including OPLS-DA and hierarchical cluster analysis. In maize, the biostimulants induced distinct metabolic differentiation compared with the control, with VIP metabolites mainly associated with carbohydrate, amino acid, organic acid and lipid metabolism. In grapevine, laminarin was mainly associated with an early metabolic response, particularly involving metabolites of the Krebs cycle, whereas the seaweed extract showed a more stable and prolonged effect, influencing metabolites related to phenylpropanoid metabolism, lipid metabolism and antioxidant protection of membranes. Overall, the results highlight the potential of biostimulants and biological control agents as complementary tools in more sustainable plant protection and viticulture systems.