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Sviluppo delle tecniche atte al miglioramento della crescita della pianta e delle produzioni agrarie, basate sui progressi della fisiologia vegetale

Nell'ambito di questa linea di ricerca vengono sviluppate ricerche che si possono riassumere in due tematiche principali: efficienza dell'uso dei nutrienti, ottimizzazione dei processi di sviluppo e di crescita delle piante.

In particolare vengono svolte ricerche riguardanti:

1) le associazioni micorriziche.

In questi ultimi trent'anni la ricerca scientifica ha approfondito e compreso molti aspetti di come la simbiosi micorrizica migliori le relazioni idriche e nutrizionali della pianta ospite. Oggi sappiamo che le micorrize aumentano l'assimilazione del fosforo in particolare e di quella di altri elementi nutritivi grazie ad un "network" di ife che colonizza e sfrutta il suolo in maniera più conveniente e che interconnette piante diverse trasferendo elementi nutritivi ed acqua ed equalizzando in questo modo le risorse nutritive del sistema. Le ife di ridotte dimensioni oltre che sfruttare meglio il suolo possono superare le zone di esaurimento che si vengono a creare in prossimità della superficie radicale arrivando anche a notevole distanza. Per questo le micorrize possono ben prestarsi in un sistema agricolo sostenibile aumentando la produzione delle piante e permettendo la riduzione dell'apporto di concimi. Le micorrize più diffuse in natura ma anche le più interessanti per un'applicazione in agricoltura sono senza ombra di dubbio le micorrize vescicolo-arbuscolari (VAM) in quanto possono infettare la maggior parte delle piante di interesse agronomico comprese molte da frutto e da legno. Le conoscenze sono oggi tali da poter prevedere un utilizzo massivo delle VAM. Lo scoglio da superare rimane comunque quello della produzione di inoculo quando si voglia utilizzare inoculo indigeno o funghi provenienti da un particolare ambiente. Al momento le tecniche più evolute ma anche le più costose prevedono la produzione di inoculo mediante sistemi aereoponici, idroponici su "film nutritivo" e su radici di carota trasformate con Agrobacterium rhizogenes ("hairy roots"). Tuttavia gli utilizzatori di queste tecniche, oltremodo costose, hanno puntato in genere alla produzione di inoculo partendo in genere da singola spora e limitando la biodiversità e forse anche l'efficienza. La moltiplicazione su sabbia di fiume o su substrati artificiali quali vermiculite o argilla espansa mediante piante-trappola è sicuramente un'alternativa meno costosa che può permettere comunque di raggiungere lo scopo desiderato.

Nel nostro laboratorio è stata effettuata l'identificazione, l'isolamento e la moltiplicazione di endofiti della duna sabbiosa appartenenti all'ordine Glomales con i quali sono stati costituiti inoculi "grezzi" (spore, radici, sabbia di fiume) e valutata l'efficienza micorrizica; in particolare sono stati individuati i ceppi più efficaci nel promuovere la crescita. Sono state inoltre allestite prove per la produzione massiva di inoculi (circa 50 provenienze diverse) su sabbia in serra, utilizzando come ospite per la moltiplicazione il trifoglio. Nelle prove effettuate su piante di trifoglio, lattuga e orzo cresciute su sabbia di fiume o vermiculite in condizioni nutrizionali ridotte e in regime idrico ottimale, i funghi micorrizici hanno migliorato la crescita della pianta ospite. In trifoglio le analisi di architettura radicale hanno permesso di individuare un modello a "lisca" delle radici micorrizate. Per quanto riguarda la problematica relativa alla produzione di inoculo un discreto numero di differenti inoculi grezzi sono stati moltiplicati e con parte di essi è stata allestita la prova di produzione di inoculo contestualmente abbinata alla determinazione dell'efficienza micorrizica indotta utilizzando trifoglio bianco come pianta ospite. I nostri risultati hanno dimostrato che la moltiplicazione in contenitori può essere proficuamente utilizzata nella produzione di inoculo di funghi VA. Tra i diversi inoculi moltiplicati 32 hanno dato buoni risultati per quanto concerne la stimolazione della crescita della pianta ospite e possono quindi essere considerati come "biofertilizzanti". Questa metodologia di produzione basata sulla popolazione di spore dovrebbe permettere di poter disporre di isolati non univocamente specializzati per la produzione vegetale e che quindi potrebbero essere utilizzati anche per altri scopi. Ulteriori studi sono in corso presso il nostro laboratorio allo scopo di verificare la potenzialità dei ceppi da noi isolati per un'applicazione più ampia.

Viene inoltre valutato l'effetto delle micorrize sulle colture in presenza di metalli pesanti nel suolo. La ricerca si propone un duplice obiettivo: un approfondimento delle conoscenze dei parametri biochimici e fisiologici coinvolti nella risposta della pianta allo stress da metalli pesanti e l’individuazione dei meccanismi di traslocazione e localizzazione dei metalli nei diversi organi vegetali. Negli ultimi anni l’intensificarsi dell’uso agricolo di fertilizzanti e biomasse di recupero di diversa natura ha posto il problema del concomitante apporto dei metalli pesanti al terreno. Anche se la maggior parte delle specie vegetali può opporsi al movimento dei metalli dalle radici agli organi epigei, quantità comunque non trascurabili possono essere trasportate con conseguente tossicità per vegetali cresciuti in suoli contaminati. Le graminacee sono state riportate come piante efficaci nell’asportare metalli dal suolo. La grande frequenza di graminacee micorrizate, anche nei sistemi agricoli, suggerisce una notevole dipendenza micorrizica di questa famiglia per quanto riguarda le relazioni idriche e nutrizionali e l’asporto di metalli pesanti. Nelle nostre condizioni sperimentali il cadmio somministrato al terreno alla concentrazione di 10 e 100 ppm ha influito negativamente direttamente sul numero di spore presenti nel terreno già a trenta giorni dalla somministrazione del metallo. Questo risultato è stato evidenziato anche dal confronto con la ricchezza iniziale del suolo utilizzato per la prova. Le micorrize V.A. non possono essere mantenute in coltura pura quindi, per una valutazione della vitalità delle spore, si è proceduto alla moltiplicazione su trifoglio come pianta trappola delle spore stesse prelevate dopo 30 gg. dall’inquinamento del terreno. I risultati ottenuti dopo la coltura di orzo si differenziano da quelli ottenuti dopo moltiplicazione su trifoglio. C’è da precisare che la moltiplicazione su trifoglio è stata effettuata su sabbia mentre l’allevamento della coltura di orzo è avvenuto su terreno. E’ ipotizzabile che, in questo secondo caso, abbia avuto un ruolo fondamentale il potere tampone del terreno che ha limitato i danni alla sola concentrazione più alta utilizzata. La moltiplicazione su orzo inoltre è avvenuta in vasche di dimensioni maggiori (1 mq) rispetto al vaso della prova su trifoglio (150 ml). I risultati ottenuti sono in accordo con i dati presenti in letteratura che indicano la necessità, negli studi delle interazioni metalli pesanti, piante e micorrize, della valutazione contemporanea dell'effetto diretto che i metalli pesanti hanno sulle micorrize e sulla pianta, nel senso di quanto questi organismi siano più o meno tolleranti prima ancora e comunque accompagnate dalla valutazione del trasferimento dei metalli inquinanti nei vegetali.

2) l'ottimizzazione della soluzione nutritiva in gerbera.

Questa ricerca viene svolta nell'ambito del programma finalizzato del Mi.P.A.F. "Prodotti e Tecnologie innovative su piante ornamentali con particolare riguardo alle aree del meridione Sottoprogetto - Innovazione di processo" e riguarda l'ottimizzazione della soluzione nutritiva in diverse varietà di gerbera allevate in vaso su substrato in un sistema chiuso con ricircolo della soluzione nutritiva e in condizioni controllate. La adozione dei sistemi chiusi nei quali la soluzione nutritiva è recuperata dal sistema presenta, rispetto agli impianti tradizionali, la differenza fondamentale rappresentata dalla possibilità di ridurre l'inquinamento ambientale senza dissipazione di fertilizzanti e antiparassitari nel terreno. Gli aspetti più urgenti da affrontare per ottimizzare la gestione di un impianto è la scelta del substrato più idoneo e la razionalizzazione della soluzione nutritiva. Bisogna comunque tenere conto delle condizioni ambientali, infatti gli assorbimenti e gli asporti da parte delle colture sono strettamente correlate con esse ed è ormai auspicabile che le conoscenze relative alla nutrizione si ottengano in funzione delle caratteristiche climatiche italiane. La soluzione nutritiva è la parte più delicata di tutto il sistema in quanto deve provvedere a soddisfare le esigenze nutritive della pianta sia per quanto riguarda i macro che i micro elementi, durante le diverse fasi del ciclo biologico. Nelle nostre condizioni operative, viene confermato il ruolo protettivo della torba nei confronti dell’apparato radicale. L’influenza sull’assorbimento degli elementi nutritivi è stato limitato (+20%) rispetto all’effetto sulla produzione (+86%). Poiché la prova è stata condotta utilizzando gli stessi volumi di adacquamento e le stesse concentrazioni della soluzione nutritiva per i due substrati, le differenze in percentuale tra l’effetto sull’assorbimento e sulla produzione, denotano una maggiore efficienza nell’uso dei nutrienti da parte delle piante allevate su agriperlite/torba rispetto alla sola agriperlite. Come noto la torba ha una alta capacità di ritenzione idrica, mentre l’agriperlite trattiene il 25-30% in volume. Non sono stati evidenziati inoltre fenomeni di fitotossicità né squilibri nutrizionali. La presenza della torba nel substrato di allevamento, pur ad una percentuale inferiore rispetto a quella normalmente utilizzata nella pratica comune (30% rispetto al 50% ed oltre), ha mantenuto comunque gli stessi livelli produttivi. La presenza della torba migliora le condizioni fisiologiche delle piante rendendole più resistenti ad eventuali condizioni sfavorevoli che comunque si possono instaurare durante il ciclo biologico. Questo è in accordo anche con uno studio riguardante l’attività fotosintetica studiata in funzione della diversa frequenza di irrigazione, svolto su piante di gerbera allevate su agriperlite e agriperlite/torba. In questo caso la fotosintesi, attività fisiologica fondamentale nel determinare la crescita delle piante non viene influenzata dal diverso apporto di acqua solo nelle foglie delle piante allevate su agriperlite/torba. Nelle piante allevate sulla sola agriperlite la carenza di acqua determina una riduzione dell’attività fotosintetica e della produzione dei fiori. In conclusione inoltre, la possibilità di utilizzare una percentuale di torba inferiore nella formulazione di substrati per l’allevamento di piante di gerbera in condizioni di senza suolo, rappresenta un giusto compromesso, data la necessità di riduzione dell’uso di questo materiale, in quanto fonte non rinnovabile.

3) la germinazione dei semi.

Nell'ambito di questa tematica vengono condotte ricerche riguardanti l’effetto del trattamento con diverse concentrazioni di una miscela costituita da amminoacidi sulla germinazione dei semi in diverse condizioni di stress indotto. Dall’insieme delle prove condotte dal 1996 ad oggi è emerso che è possibile ottenere un miglioramento della germinazione in alcune condizioni limitanti mediante la somministrazione di opportune miscele di amminoacidi. I risultati ottenuti sono correlati con cambiamenti metabolici che coinvolgono alcune sostanze di crescita da noi prese in considerazione come le poliammine e l’etilene.

4) la biosintesi dell'etilene nella rizosfera di barbabietola.

Nell'ambito del progetto finalizzato del Mi.P.A.F. PANDA viene condotta inoltre una ricerca riguardante la modulazione della biosintesi dell’etilene nella rizosfera di barbabietola, sullo sviluppo radicale, sulla produzione e qualità del saccarosio mediante la modulazione della produzione di etilene nell'ambiente circostante la radice con l'uso di precursori. La ricerca prevede la somministrazione in campo di diversi precursori dell'etilene, osservazioni in situ dello sviluppo della radice, analisi di fertilità chimica, biologica del terreno e analisi dell'etilene mediante prelievi di terreno in campo nella zona circostante le radici durante il periodo vegetativo. Al termine del ciclo produttivo si procede all'analisi quali-quantitativa delle radici (grado polarimetrico, zuccheri riduttori, elementi melassigeni). Contemporaneamente agli studi in campo vengono effettuati studi di laboratorio volti a valutare la produzione, l'accumulo e la persistenza nel tempo dell'etilene in funzione delle sostanze applicate, delle caratteristiche chimico-fisiche e microbiologiche del suolo.

5) l'identificazione degli acidi grassi di membrana come indicatori della tolleranza al freddo in piante di olivo.

Ogni specie vegetale presenta un intervallo termico in cui massimizza la crescita, al di fuori del quale, i diversi processi fisiologici vengono sospesi o rallentati. I limiti termici entro cui una pianta può sopravvivere sono, però, molto più ampi di quelli che le consentono il normale sviluppo ontogenetico e dipendono dallo stadio di sviluppo, dal tipo di organo, dalla rapidità con cui la temperatura minima viene raggiunta e dalla durata dell'esposizione. Le piante forestali ma anche i fruttiferi appartengono a specie dotate di meccanismi che consentono di sopravvivere anche a temperature inferiori a 0°C, ciò è consentito dalla presenza del fenomeno della sopraffusione (l'acqua pura senza fattori nucleanti può raffreddarsi fino a -38°C senza formazione di ghiaccio). Però ciò si verifica quando le piante entrano nello stadio di dormienza e quindi sono in grado di superare tale evento; purtroppo l'olivo non appartiene esattamente a questo gruppo di piante in quanto, pur possedendo i meccanismi di difesa dal freddo, non presenta un vero stadio di dormienza ma più semplicemente uno stadio di riposo dal quale esce, più o meno rapidamente, con l'aumentare delle temperature (deacclimatazione). E' noto che la resistenza alle basse temperature acquisita attraverso la acclimatazione comporta diverse modificazioni fisiologiche e biochimiche. Un ruolo molto importante in tale processo viene svolto dalle membrane cellulari che subiscono variazioni chimico-fisiche e strutturali. L' Olivo è una pianta sempreverde di origine mediterranea e può essere considerata tra le piante legnose, la più coltivata sia per la sua adattabilità alle differenti condizioni ambientali che per il valore nutritivo dei suoi frutti. Scopo della nostra ricerca è quello di potere individuare una relazione tra diverso grado di tolleranza al freddo e variazioni in acidi grassi delle membrane al fine di potere individuare dei marker per la selezione più rapida delle varie cultivar presenti in natura.

Pubblicazioni

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