Estudio del microbioma para el uso de compost agroindustriales adaptados al control biológico de enfermedades en lechuga y espinaca

• Autores: Alicia Hernández Lara
• Directores de la Tesis: Margarita Ros Muñoz (dir. tes.), José Antonio Pascual Valero (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Cartagena ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 114
• Títulos paralelos:
  • Study of the microbiome for the use of agricultural compost adapted to the biological control of diseases in lettuce and spinach
• Tribunal Calificador de la Tesis: Concepción Paredes Gil (presid.), Raúl Zornoza Belmonte (secret.), Cristina Sofía Gomes Caleja (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario por la Universidad Politécnica de Cartagena
• Materias:
  • Ciencias de la vida
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Repositorio Digital de la UPCT
• Resumen
  • español

    Resumen de la tesis:

    En el área Mediterránea, tanto el cultivo de lechuga como de espinaca baby-leaf representan un cultivo economicamente importante. Este tipo de cultivo hortícola puede verse comprometido por diversos patógenos de planta como Fusarium oxysporum, Alternaria spp., Stemphylium botryosum, Pythium ultimum o Pythium irregulare entre otros, lo que provoca desarrollos inadecuados de los cultivos, con las consiguientes pérdidas económicas.

    La gestión inadecuada de los residuos en general y la de los residuos agrícolas y agroindustriales genera problemas medioambientales y económicos. El reciclaje de estos residuos orgánicos mediante compostaje da lugar a un material orgánico estabilizado denominado compost es una herramienta útil dentro de una economía circular y sostenible, donde los composts pueden contribuir a mejorar la calidad de los cultivos debido a sus caracteristicas agronómicas y a su valor añadido como compost supresivos frente a diferentes patógenos, los cuales pueden ser utilizado como sustrato de cultivo o como enmienda orgánica en suelo en procesos de desinfección como la solarización.

    La microbiota juega un papel muy importante en los suelos y composts, así como en los procesos que llevan a su formación, entre los que está la actividad supresiva frentes a diferentes patógenos que pueden presentar. Un conocimiento más exhaustivo de esta microbiota ayudará a realizar una agricultura más sostenible. El estudio de la microbiota de un modo generalizado actualmente puede ser abordada mediante secuenciación, la cual nos permite determinar el tipo de microorganismos existentes en un medio determinado e incluso realizar una extrapolacion a nivel funcional, estudiando genes relacionados con los ciclos del C y N en bacterias y con los diferentes gremios dentro de los hongos.

    Por ello, el objetivo general de esta tesis es reciclar residuos agroindustriales mediante compostaje, intentando que estos tengan cierta capacidad supresiva frente a Pythium irregulare (P. irregulare) en lechuga de hoja pequeña, utilizando el compost como medio de cultivo; así como en el control de diferentes patógenos transmitidos por el suelo en espinaca de hoja pequeña, usando el compost como enmienda orgánica en el suelo durante un proceso de solarización. El objetivo es mejorar la fertilidad del suelo, manteniendo un entorno seguro al reducir la aplicación de pesticidas y fertilizantes químicos.

    Para alcanzar este objetivo, el primer trabajo evaluó la mejor combinación de materiales iniciales (residuo de tomate, residuo de puerro, orujo de almazara y restos de poda de vid) que se incorporaron en diferentes mezclas al inicio del compostaje, y la incorporación de diferentes aditivos (residuos de café, tomillo, lavanda y jara) al inicio de la fase de maduración para obtener compost supresores como sustratos de cultivo de lechuga de hoja pequeña frente al patógeno P. irregulare. De acuerdo con los resultados físico-químicos y químicos obtenidos de los compost producidos, se pudo concluir que se obtuvieron composts adecuados para su uso como sustrato de cultivo. Las plantas de lechuga cultivadas en compost mostraron valores de peso fresco significativamente mayor que las cultivadas en turba, siendo los compost con café los que mostraron un mayor rendimiento. Además, el rendimiento de las lechugas cultivadas bajo la presencia del patógeno P. irregulare y el índice de supresión frenta a P. irregulare fueron mayores en los sustratos de compost que en la turba. Los composts con residuo tomate (34-46%), residuo puerro (0-16%) como materia prima y con lavanda como aditivo mostraron unos índices de supresión más alto.

    El segundo trabajo, evaluó las diferencias entre las comunidades microbianas en las mezclas de las diferentes materias primas durante las fases de compostaje (fase inicial, termófila, bioxidativa y de maduración) que pueden influir en la actividad supresora contra P. irregulare en un cultivo de lechuga de hoja pequeña. La comunidad bacteriana cambió según la fase del compostaje y según las mezclas realizadas de materia prima; sin embargo, la comunidad fúngica no se vio afectada por las mezclas realizadas de materia prima, pero se vio afectada por las diferentes fases del compostaje. Los compost ensayados mostraron una gran abundancia de Bacterioidetes, Proteobacterias y Actinobacterias que se encuentran relacionados con la supresión de patógenos del suelo. Las pilas con materia prima que combinan materiales iniciales como residuo de poda de viñedos, residuos de tomate y restos de puerro favorecieron la presencia de géneros microbianos asociados con la actividad supresiva del compost final, incluyendo Aspergillus, Penicillium, Truepera and Luteimonas.

    Por último, el tercer trabajo evaluó los cambios en la estructura bacteriana y fúngica y la funcionalidad de los genes relacionados con el ciclo del C y del N relacionados con la enmienda del compost en el suelo durante el proceso de higienización de suelo mediante solarización. Los resultados mostraron como el compost incrementó la fertilidad y la actividad microbiana del suelo con respecto al suelo sin compost. Durante el proceso de solarización y después de la cosecha de espinaca, tanto los hongos y las bacterias relacionadas con el ciclo del C y N fueron más abundantes en el suelo enmendado con compost al igual que algunos géneros involucrados en la defensa y crecimiento de las plantas tales como Pseudomonas, Sphingomonas, Bacillus, Thermomyces, Streptomyces y/o Nitrospira.

    Por tanto, se puede concluir que el empleo de compost con composiciones determinadas puede proporcionar un valor añadido a los sustratos de cultivo y al suelo incorporando o estimulando comunidades microbianas capaces de inducir supresividad frente a determinados patógenos como los estudiados en esta tesis.

    http://repositorio.bib.upct.es/dspace/

  • English

    This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. In the Mediterranean area, both lettuce and spinach baby-leaf are economically important crops. This type of horticultural crop can be compromised by various plant pathogens such as Fusarium oxysporum, Alternaria spp., Stemphylium botryosum, Pythium ultimum or Pythium irregulare among others, which causes inadequate crop development, with consequent economic losses. The inadequate management of waste in general and the agricultural and agro-industrial waste generates environmental and economic problems. The recycling of these organic wastes into compost is a useful tool within a circular and sustainable economy, where composts can contribute to improve the quality of crops due to their agronomic characteristics and their added value as compost that is suppressive against different pathogens, which can be used as a crop substrate or as an organic amendment in soil in disinfection processes such as solarization. Microbiota plays an important role in different processes during composting and in soil, including suppressive activity against different pathogens. A more exhaustive knowledge of this microbiota will help to make agriculture more sustainable. This microbiota is currently being studied by sequencing, which allows us to determine the type of microorganisms and to extrapolate their functionality, studying genes related to the C and N cycles in bacteria and to the different guilds within fungi. Therefore, the general objective of this thesis is to recycle agro-industrial wastes in order to obtain suppressive composts against Pythium irregulare (P. irregulare) in baby-leaf lettuce, using compost as a growing media; as well as in the control of different soil-borne pathogens in baby-leaf spinach, using compost as an organic amendment in soil during a solarization process. The objective is to improve soil fertility, maintaining a safe environment by reducing the application of pesticides and chemical fertilisers. To achieve this objective, the first paper evaluated the best combination of starting feedstocks (tomato waste, leek waste, olive mill cake and vineyard pruning wastes) incorporated in different mixtures at the beginning of composting, and the incorporation of different additives (coffee, thyme, lavender and rockrose wastes) at the beginning of the maturation phase to obtain suppressive composts as substrates for growing baby-leaf lettuce against the pathogen P. irregulare. According to the physico-chemical and chemical results obtained from the composts produced, it could be concluded that suitable composts for use as growing media were obtained. Lettuce plants grown in compost showed significantly higher fresh weight values than those grown in peat, with the compost with coffee showing the highest yield. In addition, the yield of lettuce plants grown in the presence of the pathogen P. irregulare and the suppression index against P. irregulare were higher on compost substrates than on peat. Composts with tomato waste (34-46%), leek waste (0-16%) as raw material and lavender as additive showed higher suppression index. The second paper evaluated the differences between microbial communities in mixtures of different starting feedstocks during the composting phases (initial, thermophilic, bio-oxidative and maturation phase) that may influence the suppressive activity against P. irregulare in a crop of baby-leaf lettuce. The bacterial community changed according to the composting phase and according to the starting feedstock mixtures; however, the fungal community was not affected by the starting feedstock mixtures, but was affected by the different composting phases. The composts obtained showed a high abundance of Bacterioidetes, Proteobacteria and Actinobacteria, which are related to the suppression of soil pathogens. The raw material piles combining starting feedstock such as vineyard pruning residues, tomato residues and leek waste favoured the presence of microbial genera associated with the suppressive activity of the final compost, including Aspergillus, Penicillium, Truepera and Luteimonas. Finally, the third paper evaluated the changes in bacterial and fungal structure and functionality of C and N cycling genes related to compost as an amendment in soil during the solarization process. The results showed how compost increased soil fertility and soil microbial activity compared to soil without compost. During the solarization process and after spinach harvest, both fungi and bacteria, related to C and N cycle were more abundant in the compost amended soil as well as some genera involved in plant defence and growth such as Pseudomonas, Sphingomonas, Bacillus, Thermomyces, Streptomyces and/or Nitrospira. Therefore, it can be concluded that the use of compost with specific raw materials can provide added value to the growing media and soil by incorporating or stimulating microbial communities capable of inducing suppressiveness against certain pathogens such as those studied in this thesis.