Biostimulant applications to mitigate cold stress in tomato (Solanum lycopersicum L.)

Crops regularly face unfavorable conditions, such as low temperatures. To mitigate the negative effects of cold stress on crops, there is a growing interest in the use of biostimulants, either as alternatives or in addition to fertilizers. Tomato (Solanum lycopersicum L.) is a globally significant crop both in terms of agricultural practices and economic impacts. Adapted to temperate-warm climates, tomato requires a minimum germination temperature of 12-13°C and develop optimally within a range of 22-25°C. Consequently, it is susceptible to cold stress at various stages of growth and cultivation. The purpose of this thesis was to study the effect of a Brown Seaweed Extract (BSE)-based biostimulant in the mitigation of cold stress of tomato plants. Tomato plants (cv. Micro-Tom) were grown under controlled conditions and foliar-treated with a BSE solution. The experimental design also comprised plants subjected to cold stress and unstressed plants. Stress-related parameters (net photosynthesis, NP, and stomatal conductance, SC), and yield were measured in the four test conditions (cold/no-cold, treated/untreated), together with antioxidant compounds (flavonoids, tannins, total phenol compounds, and proline), and pigments (chlorophyll and carotenoids). Overall, BSE-treated plants under cold stress showed performances (in terms of NP, SC, and yield) similar to those of untreated, non-stressed plants. Moreover, these plants showed greater content of proline, phenolic compounds, flavonoids, tannins, and carotenoids. These metabolites act as antioxidant hormones, highlighting their role in enhancing tomato resistance to low temperatures. In conclusion, the study provides insights for developing sustainable and effective strategies to improve tomato production under cold stress conditions.

Le colture affrontano regolarmente condizioni sfavorevoli, come ad esempio le basse temperature. Per mitigare gli effetti negativi dello stress da freddo sulle colture, vi è un crescente interesse per l’uso di biostimolanti, sia come alternativa sia come aggiunta all’impiego di fertilizzanti. Il pomodoro (Solanum lycopersicum L.) è una coltura di grande importanza a livello globale, sia dal punto di vista delle pratiche agricole che degli impatti economici. Poiché si adatta ai climi temperati-caldi, il pomodoro necessita di una temperatura minima di germinazione di 12-13°C e si sviluppa in un range di 22-25°C per una produttività ottimale. Di conseguenza, è suscettibile allo stress da freddo in diverse fasi della sua crescita. Lo scopo di questa tesi è stato quello di studiare l'effetto di un biostimolante a base di estratto di alghe brune (BSE) nella mitigazione dello stress da freddo in piante di pomodoro dal punto di vista fisiologico. Piante di pomodoro (cv. Micro-Tom) sono state coltivate in condizioni controllate e trattate con BSE. Il disegno sperimentale ha anche considerato il confronto tra piante sottoposte a stress da freddo e piante non stressate misurando parametri come la fotosintesi (NP), la conduttanza stomatica (SC) e la resa, insieme al contenuto di sostanze antiossidanti (flavonoidi, tannini, composti fenolici totali e prolina) e pigmenti (clorofilla e carotenoidi). In generale, le piante trattate con BSE e allevate in condizioni di stress hanno mostrato performance (in termini di NP, SC e resa) simili a quelle delle piante non stressate e non trattate. Inoltre, queste piante hanno mostrato un maggiore contenuto di prolina, composti fenolici, flavonoidi, tannini e carotenoidi. Lo studio ha evidenziato il ruolo di questi antiossidanti nell'aumentare la resistenza alle basse temperature delle piante trattate. Infine, lo studio ha fornito informazioni per lo sviluppo di strategie sostenibili ed efficaci per migliorare la produzione di pomodori in condizioni di stress da freddo.