BIOSTIMULANTS AT A CROSSROADS: TOOLS AND TECHNIQUES FOR THE EVALUATION OF EMERGING PRODUCTS

Plant biostimulants (PBs) could represent a sustainable measure to foster the resilience of cropping systems under water-limited conditions. In this framework, there is an urgent need to investigate biostimulant action. This work seeks to explore different combinations of analytical techniques based on biostimulant effects on plants: dynamic in time, they elicit shared plant responses such as stress priming, better shoot and root growth, and improved stress tolerance. This was achieved by a combination of greenhouse and open field trials, featuring the following high-throughput techniques: continuous gas exchange acquisition, metabolomics and UAV imaging. Moreover, this thesis objective was to identify a viable statistical tool to properly analyse the generated high-throughput data: generalised additive modelling (GAM) was selected to achieve this. This resulted in insights on the fitness of continuous gas exchange acquisition and snapshot metabolomic profiling for detecting biostimulants effects in a crop at advanced phenological stages; innovative statistical analyses strategies (GAM) to evaluate dynamic biostimulant effects and the potential of PROSAIL retrieved biophysical parameters to model these effects. While PBs were demonstrated to be valuable tools in counteracting the effects of water stress through continuous gas exchange measurement and metabolomics in greenhouse conditions, it was not possible to transfer such findings to the open field via UAV imaging. Overall, this study serves as a stepping stone to explore biostimulant evaluation techniques.

I biostimolanti vegetali (PB) possono rappresentare una misura sostenibile per promuovere la resilienza dei sistemi di coltivazione in condizioni di scarsità idrica. Per questo motivo è urgente verificarne le potenzialità in maniera rigorosa.Il presente lavoro esplora diverse combinazioni di tecniche analitiche basate sugli effetti dei biostimolanti sulle piante: dinamiche nel tempo, suscitano risposte vegetali condivise come il priming della risposta agli stress, migliore crescita di parti aerea e radicale e una migliore tolleranza allo stress. L'investigazione è stata svolta mediante una combinazione di prove in serra e in campo aperto, con le seguenti tecniche high-throughput: acquisizione continua di scambi gassosi, metabolomica e imaging UAV. Inoltre, l'obiettivo di questa tesi è identificare uno strumento statistico pratico per analizzare correttamente i dati high-throughput generati: in questo senso è stato selezionato il generalised additive modeling (GAM). Ciò ha prodotto risultati sull'idoneità dell'acquisizione continua di scambi gassosi e profilazione metabolomica snapshot alla rilevazione degli effetti dei biostimolanti; strategie innovative di analisi statistica (GAM) per valutare gli effetti dinamici dei biostimolanti e il potenziale dei parametri biofisici recuperati da PROSAIL per modellizzare questi effetti. Sebbene i PB si siano dimostrati strumenti preziosi per contrastare gli effetti dello stress idrico attraverso la misurazione continua degli scambi gassosi e la metabolomica in condizioni protette, non è stato possibile trasferire tali risultati in campo aperto tramite l'imaging UAV. Nel complesso, questo studio funge da trampolino di lancio per esplorare le tecniche di valutazione dei biostimolanti.