Original article

Effect of oligochitosan on development of Colletotrichum musae in vitro and in situ and its role in protection of banana fruits

Effet de l’oligochitosane sur le développement de Colletotrichum musae in vitro et in situ et son rôle pour la protection des bananes

Efecto del oligoquitosano en el desarrollo de Colletotrichum musae in vitro e in situ y su papel para la protección de las bananas

¹ Inst. Fruit Tree Res., Guangdong Acad. Agric. Sci., Guangzhou, P.R. China
²  Coll. Hortic., S. China Agric. Univ., Guangzhou, P.R. China
zqzhang@scau.edu.cn

Correspondence and reprints

Received: 14 July 2011
Accepted: 25 September 2011

Abstract

Introduction. Concerns about the potentially harmful effects of fungicides on human health and the environment encourage the search for alternative treatments for perishable fruit postharvest disease control. To this end, the potential use of oligochitosan as a natural antifungal compound to control postharvest anthracnose caused by Colletotrichum musae was investigated in banana fruits from the Cavendish group (genome AAA). Materials and methods. The influence of oligochitosan on the growth of C. musae was determined in vitro by micrographic analysis, while its in situ antifungal activity was monitored in banana fruits that were artificially injury-inoculated with C. musae; the activities of several defense-related enzymes were measured. Results and discussion. Oligochitosan at (4 and 8) g·L^–1 markedly inhibited radial mycelial growth of C. musae in vitro. The scanning electron micrograph of C. musae treated with oligochitosan at inhibitory concentrations showed distortion and thinning of the hyphal wall and reduction in fungus colony diameter. Dipping banana fruits in oligochitosan solution at (5 to 20) g·L^–1 significantly reduced the diameter of the anthracnose lesion, and 20 g oligochitosan·L^–1 almost reached the same inhibitory effect as 0.5 g·L^–1 of Sportak^®, a synthetic fungicide. Activities of defense-related enzymes such as phenylalanine ammonia-lyase (PAL), β-1, 3-glucanase (GLU) and chitinase (CHT), but not polyphenol oxidase (PPO), increased in banana fruits treated with 0.5 g oligochitosan·L^–1. Conclusion. The inhibitory effect of oligochitosan on anthracnose development is due to the combination of a direct antifungal effect on the pathogen and an indirect effect, whereby the activities of defense-related enzymes in the banana fruit were enhanced. To control anthracnose in harvested bananas, treatment with oligochitosan above 20 g·L^–1 may substitute the use of synthetic fungicide.

Résumé

Introduction. Les préoccupations causées par les effets nocifs potentiels des fongicides sur la santé humaine et l'environnement encouragent la recherche de traitements alternatifs pour le contrôle de maladies après-récoltes des fruits périssables. À cette fin, l'utilisation potentielle d’oligochitosane en tant que composé antifongique naturel contre l'anthracnose après-récolte causée par Colletotrichum musae a été étudiée pour des bananes du groupe Cavendish (génome AAA). Matériel et méthodes. L'influence de l’oligochitosane sur la croissance de C. musae a été déterminée in vitro par analyse micrographique, tandis que son activité antifongique in situ a été suivie sur des bananes qui ont été artificiellement inoculées par blessures avec C. musae ; les activités de plusieurs enzymes de défense ont été mesurées. Résultats et discussion. L’oligochitosane à (4 et 8) g·L^–1 a nettement inhibé la croissance mycélienne radiale de C. musaein vitro. La micrographie électronique de C. musae traité avec de l’oligochitosane à des concentrations inhibitrices a montré une distorsion et un amincissement de la paroi des hyphes et la réduction de diamètre des colonies du champignon. Le trempage des bananes dans une solution d’oligochitosane (de 5 à 20) g·L^–1 a significativement réduit le diamètre de la lésion de l’anthracnose, et un trempage à 20 g oligochitosane·L^–1 a presque donné le même effet inhibiteur que 0.5 g·L^–1 de Sportak^®, fongicide de synthèse. Les activités des enzymes liés à la défense telles que la phénylalanine ammonia-lyase, la β-1, 3-glucanase et la chitinase ont augmenté dans les bananes traitées avec 0.5 g oligochitosane·L^–1, mais pas celle de la polyphénol oxydase. Conclusion. L'effet inhibiteur de l’oligochitosane sur le développement de l’anthracnose est dû à la combinaison d'effets antifongiques directs et indirects sur le pathogène, de sorte que les activités des enzymes de défense de la banane ont été améliorées. Pour contrôler l'anthracnose dans les bananes récoltées, leur traitement par une concentration d’oligochitosane supérieure à 20 g·L^–1 pourrait remplacer l'utilisation de fongicides de synthèse.

Resumen

Introducción. Las preocupaciones que provocan los potenciales efectos nocivos de los fungicidas en la salud humana y en el medioambiente fomentan que se investigue en tratamientos alternativos para el control de enfermedades posteriores a la cosecha de los frutos perecederos. Con este fin, se estudió para las bananas del grupo Cavendish (genoma AAA) el uso potencial de oligoquitosano, como compuesto antifúngico natural contra la antracnosis posterior a la cosecha, causada por Colletotrichum musae. Material y métodos. Se determinó in vitro, por análisis micrográfico, la influencia del oligoquitosano en el crecimiento de C. musae, mientras se hizo el seguimiento in situ de su actividad antifúngica en bananas inoculadas artificialmente por heridas con C. musae. Se midieron las actividades de varias enzimas de defensa. Resultados y discusión. El oligoquitosano de (4 y 8) g·L^–1 inhibió considerablemente el crecimiento micelial radial de C. musae in vitro. La micrografía electrónica de C. musae tratado con oligoquitosano en concentraciones inhibidoras mostró una distorsión y un adelgazamiento de la pared de las hifas y la reducción de diámetro de las colonias del hongo. La inmersión de las bananas en una solución de oligoquitosano (de 5 a 20) g·L^–1 redujo significativamente el diámetro de la lesión de la antrácnosis, y una inmersión con 20 g oligoquitosano·L^–1 ofreció casi el mismo efecto inhibidor que 0.5 g·L^–1 de Sportak^®, fongicida de síntesis. Las actividades de las enzimas relacionadas con la defensa, tales como la fenilanalina amonio-liasa, la β-1, 3-glucanasa y la quitinasa aumentaron en las bananas tratadas con 0.5 g oligoquitosano·L ^–1, mientras que la de la polifenol oxidasa no lo hizo. Conclusión. El efecto inhibidor del oligoquitosano en el desarrollo de la antrácnosis es debido a la combinación de efectos antifúngicos directos e indirectos en el patógeno, de modo que las actividades de las enzimas de defensa de la banana se han mejorado. Para controlar la antrácnosis en las bananas cosechadas, el uso de fungicidas de síntesis podría ser reemplazado por un tratamiento con una concentración de oligoquitosano superior a 20 g·L^–1.