Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/9595
Title: Pre and postharvest innovative strategies to enhance cherry quality
Authors: Correia, Sofia Mendes Moreira
Advisor: Gonçalves, Berta
Silva, Ana Paula Calvão Moreira Da
Schouten, Rob
Keywords: Prunus avium L.
Calcium
Growth regulators
Cherry tree physiological performance
Issue Date: 8-Nov-2019
Abstract: In the context of modern fruit growing, the cherry tree (Prunus avium L.) has a high economic importance, so the concern is to produce high quality fruits. Cherries are attractive fruits, due to their colour, flavour, nutritional value and potential health benefits. However, cherry tree is susceptible to damage caused by low winter temperatures, spring frosts and cracking of fruit during ripening. Moreover, the increasing frequency of intense preharvest rainfall resulting from climate change will aggravate the effects of cherry cracking. Cherries are also highly perishable, with a relatively short shelf-life, which makes it difficult to export these small fruits to distant markets. In this sense, the main objective of this Doctoral Thesis is to contribute to enhancing the quality and production of sweet cherries by different approaches, focusing on an evaluation of the suitability of preharvest foliar spray treatments and also of the application of compounds postharvest, to extend the shelf-life. Moreover, we aim to achieve further insight into preharvest spray treatments as part of orchard management practices, by understanding the physiological and biochemical response of the plant, and also to mitigate the impact environmentally stressful conditions, to reduce the severity of cherry cracking. In that regard, the experiment consisted of repeated sprayings of calcium (Ca, 0.5 %), gibberellic acid (GA3, 10 ppm), abscisic acid (ABA, 10 μM), salicylic acid (SA, 1 mM), glycine betaine (GB, 0.1 %), biostimulant Ascophyllum nodosum (AN, 0.05 %) and water as control, without addition of Ca in 2015, whereas in 2016 Ca was added. The studies in this work focused on six-years old sweet cherry trees of two economically important cherry cultivars, Skeena and Sweetheart, during the 2015 and 2016 seasons in an orchard located in Northern Portugal. The impact of foliar spray treatments on sweet cherry quality, cracking incidence and plant behaviour, was assessed. The effect of postharvest application of chitosan (CH, 1 %), Aloe vera (AV, 0.33 %) and calcium (CaCl2, 1 %) on quality attributes, bioactive compounds and antioxidant systems of cherries, was also studied. Fruits at the commercial maturity stage were dipped into these solutions, stored at 4 °C for 14 days, and then kept at 20 °C for three days to assess shelf-life. To achieve this goal, several activities were undertaken involving field trials and phytochemical, physiological, biochemical and molecular biology approaches. A positive effect of spray treatments on ‘Skeena’ cherry yield and physiological and biochemical response was shown, displaying a boost of relative water content and reduced cell membrane damage. Furthermore, AN and ABA increased soluble sugars content and yield, while GA3 increased net CO2 assimilation rate, and when associated to Ca also improved soluble sugars content and yield. GB in combination with Ca increased net CO2 assimilation rate, chlorophyll content and yield. When studying the impact of spray treatments on cherry quality attributes as health promoting compounds (phenolics, anthocyanins, carotenoids, ascorbic acid), the highest variability was noticed in the seasonal differences. Higher solar radiation combined with higher temperatures and less precipitation in 2015 compared to 2016, likely contributed to this shift in health promoting contents. Additionally, GA3 and SA increased fruit weight and firmness, while GB with Ca increased fruit weight, appearance and colour development. Soluble sugars content was not affected by spray treatments, while AN and SA with Ca increased total organic acid levels. GA3, ABA, SA and GB sprays increased anthocyanin content, and GA3 and GB also induced lower carotenoid and lower ascorbic acid content. AN appears to induce an effect opposite to GB, increasing carotenoid and ascorbic acid but lowering phenolic content. The impact of spray treatments conjugated with Ca on the incidence of ‘Sweetheart’ cherry cracking, was also assessed. All spray treatments reduced cracking incidence compared to the control, with the least cracking observed for ABA and GB treated fruits including less cheek cracks. ABA and GB sprays showed higher wax content and higher cuticle and epidermal thickness compared to control, including increased expression of wax synthase (ABA) and expansin 1 (GB). At the fruit ripening stage, larger cell size of the epidermis, hypodermis and parenchyma cells lowers cracking incidence, pointing at the importance of flexibility and elasticity of the epidermis. Finally, the application of postharvest compounds as a tool for the extension of the shelf-life of cherries, was shown to be an effective way of delaying the cherry fruits’ postharvest ripening and senescence processes by increasing of the antioxidant systems activity. In conclusion, the work conducted contributed to increased knowledge of the use of promising pre- and postharvest compounds to improve the quality and increase bioactive compounds of the cherries. GA3 and GB sprays seem to be more beneficial for the physiological performance of the trees and to increase cherry quality attributes, thus could be a new strategy in the fruit production system. Foliar application of ABA and GB in association with Ca are therefore likely promising cherry cracking mitigation strategies. CH, AV and CaCl2 can also be an effective tool for maintaining cherry quality during storage with higher concentration of bioactive compounds and antioxidant activity.
No contexto da fruticultura moderna, a cerejeira (Prunus avium L.) tem uma elevada importância económica, havendo, por isso, a preocupação de produzir frutos de grande qualidade que satisfaçam as necessidades dos consumidores. As cerejas são frutos atraentes devido ao seu sabor, cor, valor nutricional e potenciais efeitos benéficos para a saúde. No entanto, a cerejeira é suscetível a danos causados pelas baixas temperaturas de inverno, geadas da primavera e ao rachamento dos frutos durante o amadurecimento. Além disso, o aumento da frequência de chuvas intensas antes da colheita, resultante das alterações climáticas, agravará os efeitos do rachamento na cereja. As cerejas são também altamente perecíveis, com um tempo de armazenamento relativamente curto, o que dificulta a exportação para mercados distantes. Nesse sentido, o principal objetivo desta Tese foi contribuir para o aumento da qualidade da cereja ao longo da cadeia de produção, recorrendo a diferentes abordagens, com foco na avaliação da adequabilidade dos tratamentos em précolheita e também na aplicação de compostos em pós-colheita para o aumento do tempo de prateleira. Para tal, será necessário compreender o efeito dos tratamentos foliares no comportamento fisiológico e bioquímico da cerejeira, e também o impacto na mitigação de condições ambientais adversas, como na redução da incidência do rachamento da cereja. Neste sentido, o ensaio experimental consistiu em repetidas pulverizações de cálcio (Ca, 0,5%), ácido giberélico (GA3, 10 ppm), ácido abscísico (ABA, 10 μM), ácido salicílico (SA, 1 mM), glicina betaína (GB, 0,1%), bioestimulante Ascophyllum nodosum (AN, 0,05%) e água como controlo, sem adição de Ca em 2015, enquanto em 2016 o Ca foi adicionado. Neste trabalho, os ensaios realizaram-se em cerejeiras com seis anos de idade, de duas cultivares economicamente relevantes, Skeena e Sweetheart, durante os anos de 2015 e 2016, num pomar localizado no Norte de Portugal. O impacto dos tratamentos foliares na qualidade da cereja, na incidência do rachamento e no comportamento das árvores foi avaliado. Além disso, o efeito da aplicação em pós-colheita de quitosana (CH, 1%), Aloe vera (AV, 0,33%) e cálcio (CaCl2, 1%) nos atributos de qualidade, compostos bioativos e sistemas antioxidantes das cerejas, foram estudados. Os frutos à data de colheita foram mergulhados, armazenados a 4 °C durante 14 dias e depois mantidos a 20 °C durante três dias para avaliar o tempo de vida útil. Para atingir estes objetivos desenvolveram-se estudos integrados que envolveram ensaios de campo e abordagens fitoquímicas, fisiológicas, bioquímicas e de biologia molecular. Um efeito positivo dos tratamentos foliares na produção de cerejas ‘Skeena’ e na resposta fisiológica e bioquímica da cerejeira foi demonstrado, com um aumento da produção, do conteúdo relativo de água e redução dos danos nas membranas celulares. Além disso, AN e ABA aumentaram a concentração de açúcares solúveis e produção, enquanto o GA3 aumentou a capacidade fotossintética e, em combinação com Ca, também melhorou o teor de açúcares solúveis e produção. GB em combinação com Ca aumentou a capacidade fotossintética e o teor de clorofila. Relativamente ao impacto dos tratamentos foliares na qualidade da cereja a maior variabilidade foi observada entre anos. Radiação solar elevada combinada com temperaturas mais altas e menos precipitação em 2015, em comparação com 2016, provavelmente contribuiu para essa variação na concentração dos compostos bioactivos. GA3 e SA aumentaram o peso e a firmeza dos frutos, enquanto GB com Ca conjugado aumentou o peso dos frutos, a aparência e o desenvolvimento de cor. AN e SA com Ca aumentaram a concentração de ácidos orgânicos totais nas cerejas. GA3, ABA, SA e GB induziram maior teor em antocianinas, enquanto que GA3 e GB também induziram menor teor em carotenoides e ácido ascórbico. AN, um dos novos compostos avaliado, parece induzir um efeito oposto ao GB, aumentando o teor em carotenoides e ácido ascórbico, mas diminuindo o teor em compostos fenólicos. O efeito dos tratamentos conjugados com Ca na incidência do rachamento da cereja ‘Sweetheart’ também foi avaliado. Os tratamentos foliares reduziram a incidência ao rachamento em comparação com o controlo, com menor incidência nos frutos tratados com ABA e GB, incluindo menor rachamento do tipo lateral. ABA e GB aumentaram o teor de ceras solúveis e espessura da cutícula e das células da epiderme dos frutos em comparação com os frutos controlo, incluindo maior expressão de wax synthase (ABA) e expansin 1 (GB). Durante a fase de amadurecimento, frutos com células da epiderme, hipoderme e parênquima de maior dimensão apresentam uma menor a incidência ao rachamento, indicando a importância da flexibilidade e elasticidade da epiderme. Por fim, a aplicação de compostos em pós-colheita como ferramenta para a extensão do tempo de vida útil das cerejas, revelou-se eficaz a retardar o processo de amadurecimento e senescência da cereja, com o aumento da atividade dos sistemas antioxidantes. Em conclusão, o trabalho desenvolvido no âmbito desta tese contribuiu para um aumento do conhecimento no uso de compostos em pré- e pós-colheita promissores para melhoria da qualidade e aumento de compostos bioactivos das cerejas. Os tratamentos foliares, GA3 e GB, parecem ser mais os benéficos para o desempenho fisiológico das cerejeiras e aumentar os atributos de qualidade das cerejas à colheita, podendo ser uma nova estratégia no sistema de produção desta cultura. A aplicação foliar de ABA e GB em associação com Ca é, provavelmente, uma estratégia promissora de mitigação ao rachamento. CH, AV e CaCl2 também podem ser uma ferramenta eficaz para manter a qualidade da cereja durante o armazenamento, com maior concentração de compostos bioativos e atividade antioxidante.
Description: Doctoral Degree in Agricultural Production Chains - From Fork to Farm
URI: http://hdl.handle.net/10348/9595
Document Type: Doctoral Thesis
Appears in Collections:DAGRO - Teses de Doutoramento
TD - Teses de Doutoramento

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