Exploring Innovative Biocontrol Strategies for Enhancing Integrated Approaches to Sustainable Grapevine Protection and Resilience

Grapevine cultivation represents a cornerstone of the Mediterranean agri-food sector, combining cultural heritage, economic relevance, and extensive land use. However, climate change and fungal and oomycete pathogens, particularly Plasmopara viticola, are increasingly threatening yields and grape quality. Conventional management, largely based on intensive pesticide use, has ensured productivity but caused severe environmental and health concerns. Within this framework, Integrated Pest Management (IPM) requires innovative biosolutions that can complement or reduce the reliance on synthetic fungicides. This doctoral research explored three complementary strategies aimed at strengthening grapevine resilience through nature-based solutions. First, a meta-analysis was performed to evaluate the efficacy of essential oils (EOs) against grapevine pathogens. This quantitative synthesis provided a benchmark for subsequent experimental studies, revealing promising but heterogeneous outcomes and identifying critical research gaps. Building on these insights, semi-field experiments tested carvacrol and orange oil, showing their protective effect against P. viticola. In parallel, metabolomic analyses revealed that these EOs not only act through direct antifungal activity but also reprogram grapevine metabolism, suggesting an additional role in priming host defences. To extend the perspective from exogenous EOs application to natural volatile emission, consociation experiments with sage plants were conducted. These studies highlighted how volatile organic compounds (VOCs) can modify grapevine leaf metabolism and contribute to reducing disease severity, thus supporting the concept of intercropping as a sustainable agronomic practice. Finally, the research shifted from plant-derived biosolutions to microbial-based approaches, investigating the long-term application of mycorrhiza-based biostimulants. Over three years, these symbionts were shown to enhance photosynthetic performance, leaf metabolic profiles, and grape quality, further strengthening grapevine resilience to both biotic and abiotic stress. Taken together, the findings demonstrate that EOs, VOCs, and mycorrhizal symbioses represent complementary biosolutions acting at different ecological levels—direct pathogen suppression, metabolic reprogramming, and soil–plant symbiosis. Their integration within IPM strategies could substantially contribute to reducing pesticide dependency while maintaining vineyard productivity and quality. However, large-scale and multi-season field trials are still required to consolidate efficacy and enable practical adoption by growers.

La coltivazione della vite rappresenta una pietra miliare del settore agroalimentare mediterraneo, combinando patrimonio culturale, rilevanza economica ed esteso utilizzo del suolo. Tuttavia, i cambiamenti climatici e i patogeni fungini e oomiceti, in particolare Plasmopara viticola, minacciano sempre più le rese e la qualità dell’uva. La gestione convenzionale, basata principalmente su un uso intensivo di pesticidi, ha garantito la produttività ma ha sollevato gravi preoccupazioni ambientali e sanitarie. In questo contesto, la Difesa Integrata (IPM – Integrated Pest Management) richiede biosoluzioni innovative in grado di integrare o ridurre la dipendenza da fungicidi di sintesi. Questa ricerca di dottorato ha esplorato tre strategie complementari volte a rafforzare la resilienza della vite attraverso soluzioni di origine naturale. In primo luogo, è stata condotta una meta-analisi per valutare l’efficacia degli oli essenziali (EOs) contro i patogeni della vite. Questa sintesi quantitativa ha fornito un punto di riferimento per studi sperimentali successivi, rivelando risultati promettenti ma eterogenei e identificando importanti lacune nella ricerca. A partire da questi dati, esperimenti in condizioni semi-controllate hanno testato carvacrolo e olio d’arancia, evidenziandone l’effetto protettivo contro P. viticola. Parallelamente, analisi metabolomiche hanno rivelato che questi EOs non agiscono solo tramite attività antifungina diretta, ma anche riprogrammando il metabolismo della vite, suggerendo un ruolo aggiuntivo nell’attivazione delle difese della pianta. Per estendere la prospettiva dall’applicazione esogena degli EOs all’emissione naturale di composti volatili, sono stati condotti esperimenti di consociazione con piante di salvia. Questi studi hanno evidenziato come i composti organici volatili (VOCs) possano modificare il metabolismo fogliare della vite e contribuire alla riduzione della severità delle malattie, sostenendo così il concetto di consociazione come pratica agronomica sostenibile. Infine, la ricerca si è spostata dalle biosoluzioni di origine vegetale a quelle di tipo microbico, indagando l’applicazione a lungo termine di biostimolanti a base di micorrize. Nell’arco di tre anni, questi simbionti hanno dimostrato di migliorare la performance fotosintetica, i profili metabolici fogliari e la qualità dell’uva, rafforzando ulteriormente la resilienza della vite sia agli stress biotici che abiotici. Nel complesso, i risultati dimostrano che EOs, VOCs e simbiosi micorriziche rappresentano biosoluzioni complementari che agiscono a diversi livelli ecologici—soppressione diretta dei patogeni, riprogrammazione metabolica e simbiosi suolo–pianta. La loro integrazione nelle strategie di difesa integrata potrebbe contribuire in modo significativo alla riduzione della dipendenza dai pesticidi, mantenendo al contempo produttività e qualità del vigneto. Tuttavia, sono ancora necessari studi in campo su larga scala e condotti su più stagioni per consolidarne l’efficacia e permetterne l’adozione pratica da parte dei viticoltori.