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Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)
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MASTER THESIS
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Contribution to the development of a biopesticide based on essential oils by tree-injection application in fruit orchards

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Burgeon, Clément ULiège
Promotor(s) : Fauconnier, Marie-Laure ULiège
Date of defense : 27-Aug-2019 • Permalink : http://hdl.handle.net/2268.2/7604
Details
Title : Contribution to the development of a biopesticide based on essential oils by tree-injection application in fruit orchards
Translated title : [fr] CONTRIBUTION AU DEVELOPPEMENT D’UN BIOPESTICIDE A BASE D’HUILES ESSENTIELLES POUR UN USAGE EN ENDOTHERAPIE VEGETALE DANS DES VERGERS FRUITICOLES
Author : Burgeon, Clément ULiège
Date of defense  : 27-Aug-2019
Advisor(s) : Fauconnier, Marie-Laure ULiège
Committee's member(s) : Delaplace, Pierre ULiège
Ongena, Marc ULiège
De Clerck, Caroline ULiège
Werrie, Pierre-Yves ULiège
Sindic, Marianne ULiège
Le Goff, Guillaume 
Language : English
Number of pages : 100
Keywords : [fr] biopesticide, huile essentielle, endothérapie végétale, COV, phytotoxicité
[en] Essential oil, biopesticide, trunk-injection, VOC, phytotoxicity
Discipline(s) : Physical, chemical, mathematical & earth Sciences > Chemistry
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Degree: Master en bioingénieur : chimie et bioindustries, à finalité spécialisée
Faculty: Master thesis of the Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)

Abstract

[fr] Les productions de pommes et de poires figurent parmi les plus grandes productions fruiticoles mondiales. Le psylle du poirier (Cacopsylla pyri (L.)) et le puceron cendré du pommier (Dysaphis plantaginea (Passerini)) sont deux insectes ravageurs dont la résistance aux pesticides conventionnels ne cesse de croître. Ce travail a pour objectif de mettre au point une alternative éco-responsable aux pesticides conventionnels. Cette initiative porte sur l’utilisation des huiles essentielles (HE) en considérant leurs propriétés insecticides et répulsives.
Trois émulsions d’HE ont été préparées en homogénéisant 0,5% d’huile de cannelier de Chine (Cinnamomum cassia J.Presl), de menthe verte (Mentha spicata L.) ou encore de giroflier (Syzygium aromaticum (L.) Merrill & Perry) avec 2% de Tween 80 et 20% 100mM d’EDTA. Ces émulsions ont été administrées par endothérapie végétale à des pommiers de deux ans et les mesures suivantes ont été effectuées toutes les 24h pendant 96h.
Les composés organiques volatils (COVs) émis par la plante ont été prélevés à l’aide de cartouches Tenax TA. Les feuilles ont également été échantillonnées pour étudier leurs contenus en COVs. Les COVs émis et contenus par les feuilles ont été analysés en chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (« TDU-GC-MS » et « DHS-GC-MS » respectivement). Finalement les mesures effectuées à l’aide d’un fluorimètre (Fv/Fm) et d’un analyseur de gaz infrarouge (A) ont permis d’évaluer la vitalité des arbres traités et ont fourni des informations sur la phytotoxicité des émulsions d’HE. Des analyses statistiques (ACP et ANOVA) ont permis d’examiner les profiles en COVs en lien avec les divers traitements et au cours du temps. Pour finir la vitalité des plantes a également été analysée à l’aide d’ANOVA.
Les résultats ont montré que les composés majeurs d’HE présentent différents comportements dans les feuilles. Le trans-cinnamaldehyde (HE de cannelier) s’est accumulé dans les feuilles (175 ng/gfeuilles sèches à t=96h) sans être émis sur les 96h. Le contenu en carvone (HE de menthe verte) dans les feuilles a augmenté mais l’émission de cette molécule est restée constante (approx. 0.2ng/gfeuilles sèches/h). L’eugenol (HE de giroflier) était absent aussi bien dans le profil contenu que émis. Les profiles en COVs voient la majorité de leur variation en termes de molécules terpéniques et autres molécules indicatrices de stress.
Pour finir, aucun signe évident de phytotoxicité n’était présent entre les traitements et le blanc (Fv/Fm moyen = 0.83).
Pour conclure, cette étude a developpé une émulsion stable et non-phytotoxique avec des effets insecticides et répulsifs potentiels, ainsi qu’une méthode d’endothérapie végétale par injection d’émulsions d’HE.

[en] Apple and pear productions are amongst the biggest fruit businesses worldwide. The pear psylla (Cacopsylla pyri (L.)) and the rosy apple aphid (Dysaphis plantaginea (Passerini)) are two common pests whose resistance to conventional pesticides is continuously increasing. In this research a focus was put on developing ecofriendly alternatives to these pesticides based on essential oils (EOs) for their insecticidal and repulsive properties.
Three EO emulsions were prepared by homogenizing 0.5% of either cinnamon oil (Cinnamomum cassia J.Presl), spearmint oil (Mentha spicata L.) or clove oil (Syzygium aromaticum (L.) Merrill & Perry) with 2% Tween 80 and 20% 100mM EDTA. These were injected in the trunk of two-years old apple trees and the following measurements were performed every 24h over a 96h timespan.
Volatile organic compounds (VOCs) emitted by the leaves were trapped on Tenax TA cartridges. Leaves were also sampled to study the leaf-VOC content. Leaf-emitted and contained VOCs were analyzed by chromatographic techniques coupled to a mass spectrometer (TDU-GC-MS and DHS-GC-MS respectively). Finally, measurements performed with a fluorimeter (Fv/Fm) and infra-red gas analyzer (A) allowed to assess the fitness of the injected plant and in turn understand the phytotoxic effects of the emulsified EOs. PCA and ANOVA also helped to examine the volatiles profiles related to various treatments and over time. Finally plant fitness was also analyzed through an ANOVA.
Results show that EO major components have different behaviors in the leaves. Trans-cinnamaldehyde (from cinnamon oil) accumulated in the leaves (175 ng/gdried leaves at t=96h) without being emitted over the 96h. Leaf carvone (from spearmint oil) content increased but released VOCs at a constant rate (approx. 0.2ng/gdried-leaves/h). Eugenol (from clove oil) was absent in both contents and emisions. The overall volatile profiles see most of their variation occurring in terms of terpenic molecules and other stress released molecules.
Finally, no clear phytotoxic effects have been noticed between treatments and blank modalities (average Fv/Fm = 0.83).
To conclude, this study developed a stable, non-phytotoxic emulsions with potential insecticidal and repulsive effects alongside an injection methodology. This study was pioneer in its domain as no trunk-injected EO-based biopesticides have yet been tested.


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Author

  • Burgeon, Clément ULiège Université de Liège > Gembloux Agro-Bio Tech

Promotor(s)

Committee's member(s)

  • Delaplace, Pierre ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Ingénierie des productions végétales et valorisation
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  • Ongena, Marc ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Microbial, food and biobased technologies
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  • De Clerck, Caroline ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Gestion durable des bio-agresseurs
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  • Werrie, Pierre-Yves ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Chimie des agro-biosystèmes
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  • Sindic, Marianne ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Chimie des agro-biosystèmes
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  • Le Goff, Guillaume UCLouvain > Earth and Life Institute > Biodiversity
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