RICERCA ITALIANA     

innovazioni metodologiche per la produzione vivaistica di piantine di carciofo di alta qualità

Università degli Studi della Tuscia

Abstract

Obiettivo generale del progetto è la produzione di piante di carciofo di alta qualità, con elevate proprietà organolettiche e nutraceutiche, attraverso micorrizazione di materiale propagato in vitro e in vivo.
La coltivazione del carciofo riveste in Italia un'importanza primaria, rappresentando la terza coltura per valore economico. La produzione vivaistica di carciofi di alta qualità necessita di tecniche di moltiplicazione efficaci e di una coltivazione a basso input di agrochimici. La micorrizazione di piantine micropropagate durante la fase di ambientamento o di carducci in radicazione provenienti da piante madri coltivate in fuori suolo può rappresentare una metodologia idonea ad aumentare la capacità di radicazione e sopravvivenza delle piante, a migliorarne le performances agronomiche anche con la riduzione di trattamenti anticrittogamici, a mantenere elevati standard di qualità del prodotto. E' noto infatti che attraverso la micorrizazione si possono ottenere piante di carciofo ad elevate proprietà organolettiche e nutraceutiche, essendo stato recentemente dimostrato un aumento di antiossidanti nelle piante micorrizate. Relativamente alla fertilità dei suoli, i funghi micorrizici arbuscolari (MA) sono oggi considerati veri e propri "biofertilizzanti" poichè stabiliscono simbiosi mutualistiche con la maggior parte delle piante agrarie, che mostrano non solo una maggiore crescita, dovuta al migliore assorbimento minerale operato dalle ife extraradicali, ma anche una maggiore tolleranza agli stress biotici ed abiotici. Per questo possono ridurre o eliminare il bisogno di pesticidi al terreno, e permettere di ottenere prodotti vegetali di alta qualità.
Il progetto sarà articolato in un'unica fase. Il lavoro delle UU.OO sarà altamente integrato (Figura) e così ripartito:
- L'UO1 provvederà alla messa a punto di protocolli di moltiplicazione in vitro e di coltivazione in fuori suolo di piante madri per produrre carducci di diversi tipi di carciofo Romanesco tardivo. Il materiale vegetale proveniente dal vitro e dal fuori suolo sarà micorrizato con ceppi selezionati di funghi MA (forniti dalla UO3) ed allevato in campo per la valutazione agronomica. Lo studio economico della filiera definirà il costo delle piantine di carciofo e sarà valutata la redditività per i coltivatori. La UO1 fornirà i protocolli di coltivazione in fuori suolo alla UO4 ed invierà piantine micorrizate alla UO5 per i saggi di tolleranza alla verticilliosi. I capolini saranno inviati all'UO2 per le analisi qualitative.
- L'UO4 provvederà alla produzione in vitro, micorrizazione e coltura in campo di piante di carciofo Catanese precoce. Coltiverà in fuori suolo (protocollo dalla UO1) piante madri per produrre carducci da micorrizzare e valutare agronomicamente. Alcune piante saranno fornite all'UO5 per le prove di tolleranza alla verticillosi e i capolini alla UO2 per le analisi di qualità.
- L'UO3 provvederà alla riproduzione massiva del fungo micorrizico Glomus mosseae da utilizzare come inoculo in piante di carciofo micropropagate (dalle UUOO 1 e 4). L'UO3 provvederà anche alla selezione e moltiplicazione dei funghi micorrizici infettivi ed efficienti ed al controllo della micorrizazione di piantine di carciofo allevate dalle UUOO 1 e 4.
- L'UO5 saggerà la tolleranza alla verticilliosi di carciofo micorrizato e non, allevato in serra ed in campo, delle varietà Catanese e Romanesco. L'effetto della micorrizazione sul contenimento della verticilliosi sarà confrontato con l'attività antagonista di A. album e con l'efficacia dell'Acibenzolar-S-methyl, induttore della Systemic Acquired Resistance (SAR).
- L'UO2 provvederà a determinare la quantità totale di composti polifenolici e sostanze antiossidanti in piante di carciofo Romanesco e Catanese, micorrizate e non micorrizate, prodotte in vitro ed in vivo. Verrà valutata l'influenza dell'associazione con funghi MA sull'induzione dell'attività degli enzimi antiossidanti e la concentrazione di cinaropicrina. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Francesco SACCARDO Università degli Studi della TUSCIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivo generale del progetto:
Produzione di piante di carciofo di alta qualità, con elevate proprietà organolettiche e nutraceutiche, attraverso la micorrizazione di materiale propagato in vitro e in vivo.

Obiettivi collaterali:
- Sviluppo di protocolli di moltiplicazione in vitro di carciofo Romanesco (tardivo) e Catanese (precoce) e di una tecncia di coltivazione in fuori suolo di piante madri per la produzione commerciale di carducci a basso costo;
- Individuazione di ceppi di funghi micorrizici arbuscolari infettivi ed efficienti nei confronti di piante di carciofo propagate in vivo.
- Determinazione del comportamento, in serra e in campo, dei simbionti fungini selezionati e del beneficio dell'ospite.
- Valutazione agronomica in campo delle piante di carciofo micorrizate e non, prodotte attraverso propagazione in vitro ed in vivo.
- Determinazione della tolleranza di piante di carciofo micorrizate, propagate in vitro ed in vivo, nei confronti del patogeno radicale Verticillium dahliae.
- Determinazione della quantità di composti polifenolici e di sostanze antiossidanti in piante di carciofo micorrizate e non micorrizate, prodotte attraverso propagazione in vitro ed in vivo. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il carciofo è un ortaggio a propagazione vegetativa coltivato prevalentemente nei paesi che si affacciano sul bacino del mediterraneo: Italia, Spagna, Francia, Grecia, Tunisia, Algeria, Marocco, Turchia e Israele. Tra i paesi dell' U.E. l'Italia occupa una posizione preminente. Infatti, nel 1996, con una superficie investita di circa 45.126 ettari (dati ISTAT), partecipava con il 40% alla produzione mondiale che si aggirava intorno a 1.228.000 tonnellate l'anno. In Italia il P.L.V. si è attestato nel 1995 sui 1000 miliardi con una produzione di circa 500.000 tonnellate (Fonte ISMEA). Nel 1996 15.221 tonnellate di prodotto sono state destinate all'esportazione (dati EUROSTAT).
La superficie investita in Italia a carciofo è andata diminuendo negli anni, passando dai 54.000 ettari nel 1964 ai 45.000 ettari nel 1996, e nonostante ciò esso rappresenta la seconda coltura orticola dopo il pomodoro. La distribuzione regionale vede la Puglia al primo posto con circa il 36,29% della superficie, seguita da Sicilia (28,40%), Sardegna (21,40%), Campania (5,61), Lazio (2,53) e Toscana (2%). Come si può notare le coltivazioni più importanti sono collocate al centro-sud e nelle Isole, in cui la Puglia emerge per il costante aumento delle superfici investite che rappresentano circa il 36% di tutta la superficie.
La motivazione principale di questo fenomeno va probabilmente ricercata nel fatto che al sud vengono utilizzate varietà rifiorenti che sono di facile propagazione e hanno un ciclo vegetativo che consente di coprire un vasto periodo di produzione che si estende da novembre ad aprile. Nel centro nord, al contrario, si utilizzano varietà tardive caratterizzate da brevi periodi produttivi che presentano notevoli problemi, legati soprattutto alla produzione di materiale per la propagazione; ciò ha portato progressivamente ad un minore interesse verso la coltura.
Lo sviluppo delle tecniche di propagazione in vitro ha reso possibile, almeno nel caso delle varietà primaverili, non solo di propagare materiale risanato e di moltiplicare cloni selezionati, ma anche di avere carciofaie perfettamente uniformi. Inoltre, la disponibilità di piantine micropropagate che presentano un rapido sviluppo in campo hanno consentito l'adozione di una nuova tecnica agronomica che permette di entrare in produzione già nell'anno di trapianto delle piantine micropropagate (consentendo in tal modo il rapido ammortamento delle spese di impianto della carciofaia).
La caduta di produzione che si registra per il carciofo precoce, determinata da varie situazioni di stress biotici e abiotici, ha raggiunto nel meridione punte allarmanti, comportando la perdita di materiale di propagazione di qualità. E' nato, quindi, un rinnovato interesse per tutte quelle tecniche che possano garantire la sanità del prodotto e migliorare la sua resistenza agli stress.
La contrazione delle superfici coltivate in Italia è anche da collegarsi alla preoccupante diffusione della verticilliosi causata da Verticillium dahliae Kleb. (Ciccarese et al., 2003). La malattia si manifesta con appassimenti e avvizzimenti repentini delle foglie che nel volgere di pochi giorni portano alla morte dell'intera pianta. Le piante che riescono a sopravvivere producono pochi capolini disformi o di dimensioni ridotte. V. dahliae dimora nel terreno ed è in grado di sopravvivere per diversi anni grazie alla differenziazione di strutture di resistenza (microsclerozi). La penetrazione nella pianta avviene attraverso le radici e il fungo si diffonde sistemicamente attraverso i vasi xilematici fino a raggiungere le parti apicali della pianta (Ciccarese et al., 1986).
La verticilliosi si è manifestata agli inizi degli anni 80 e nell'arco di pochi anni si è diffusa in tutte le aree di coltivazione del carciofo (Ciccarese et al., 2003) a causa soprattutto della generale suscettibilità delle cultivar di carciofo e di alcune tecniche agronomiche che favoriscono la propagazione di V. dahliae. Allo stato attuale le possibilità di controllo della verticilliosi del carciofo sono del tutto inadeguate e poco efficaci: infatti né la ricerca di cultivar di carciofo resistenti alla verticilliosi ha fornito soddisfacenti risultati (Ciccarese et al., 1989; Ciccarese et al., 1985; Cirulli et al., 1994) né i mezzi chimici di disinfezione del terreno attualmente disponibili (dazomet) forniscono risultati accettabili (Ciccarese et al., 1985), oltre ad essere impraticabili a causa del loro elevato impatto ambientale.
Nell'ottica di adottare nuovi mezzi di lotta verso V. dahliae più rispettosi dell'ambiente e della salute del consumatore, la ricerca sta concentrando le sue energie sull'individuazione di pratiche ecocompatibili che facciano ricorso a fattori naturali di controllo della malattia.
Allo scopo di ottenere piante delle varietà economicamente interessanti che siano geneticamente stabili, sane e che possano dare origine ad un prodotto di alta qualità, e, in parallelo, di ridurre gli input colturali (energetici e chimici) in accordo con lo sviluppo della agricoltura europea, è importante valutare la possibilità di utilizzazione di microorganismi che rivestono un ruolo-chiave nella conservazione della fertilità del suolo, così da permettere la gestione sostenibile degli agroecosistemi. Gli esempi più rappresentativi di microrganismi "biofertilizzanti" sono costituiti dai funghi micorrizici, che instaurano rapporti di simbiosi con le radici della gran parte delle specie vegetali formando micorrize. I funghi micorrizici arbuscolari (MA) stabiliscono simbiosi mutualistiche con la maggior parte delle piante terrestri e sono distribuiti in tutti gli ecosistemi (Smith and Read, 1997). Il fungo simbionte forma all'interno delle cellule corticali delle radici ospiti delle caratteristiche strutture ramificate chiamate "arbuscoli", che rappresentano il sito in cui avvengono gli scambi nutrizionali tra fungo e pianta.
Le piante ospiti di funghi MA mostrano non solo una maggiore crescita, dovuta al migliore assorbimento minerale operato dalle ife extraradicali, ma anche una maggiore tolleranza agli stress biotici ed abiotici, e quindi un benessere generale più elevato, rispetto alle piante prive di simbionti fungini (Smith and Read, 1997; Azcón-Aguilar e Barea, 1996; Bethlenfalvay et al., 1996). I funghi micorrizici possono infatti essere considerati come efficaci mezzi biologici di controllo delle malattie fungine delle piante in quanto incrementano la resistenza o la tolleranza delle piante verso i patogeni. Effetti positivi di contenimento delle malattie da parte dei funghi micorrizici sono stati riportati da vari autori per vari patogeni quali ad esempio Fusarium oxysporum f. sp radicis-lycopersici su pomodoro (Caron et al., 1986, Datnoff et al., 1995), Phytophthora fragariae su fragola selvatica (Mark, G. L. et al., 1996) Phytophthora nicotianae su pomodoro (Trotta et al., 1996), Phytophthora cinnamoni su Prunus avium L. micropropagato (Cordier et al., 1996) e Verticillium dahliae su pomodoro e melanzana (Karagiannidis et al., 2002). L'effetto di protezione delle piante sembra derivi dai cambiamenti dei costituenti biochimici che i funghi micorrizici determinano durante la colonizzazione delle radici. In questo senso la micorriza può essere considerata come induttore della resistenza sistemica acquisita, SAR (Systemic Acquired Resistance), poiché attiva nelle piante i meccanismi di difesa che giocano un ruolo importante nella protezione dai patogeni. Le reazioni di difesa consistono nella produzione di sostanze antifungine come ad esempio sostanze fenoliche ed in particolare flavonoidi e isoflavonoidi ed enzimi idrolitici (chitinasi e beta-1,3 glucanasi).
Le micorrize dunque possono essere integrate con altre tecniche colturali così da ridurre o eliminare l'uso di fertilizzanti e pesticidi al terreno in modo da diminuire il contenuto di eventuali residui chimici nella pianta e nell'infiorescenza, il capolino, che rappresenta il prodotto utilizzato per l'alimentazione, e permettere di ottenere prodotti di alta qualità in sistemi agricoli ambiente-compatibili (Barea et al., 1996; Azcón-Aguilar e Barea, 1997).
La conversione dei sistemi produttivi può iniziare già dalla fase di preparazione del materiale: la micropropagazione, che porta alla produzione di piantine "sane" (provengono da colture sterili) e fisiologicamente giovani (materiale genetico rinnovato), ben si adatta alla inoculazione con i funghi MA. Inoltre, quanto più precocemente si instaurerà la simbiosi nella vita della pianta, tanto più macroscopici potranno essere gli effetti che ne deriveranno.
Risultati ottenuti da prove di inoculo su carciofo micropropagato (Morone e Ruta 2003) confermano i dati presenti in letteratura, mostrando come l'inoculazione micorrizica del materiale micropropagato in ambientamento, oltre a determinare un più facile superamento dello stress dovuto al trapianto (vitro-serra), determini un più rapido accrescimento delle piantine, che presentano minori rischi di attacchi patogeni e maggiori facilitazioni nell'assorbimento dell'acqua ed elementi minerali, e raggiungono più precocemente le caratteristiche da trapianto (Geddeda et al., 1984; Ravolanirina et al., 1989; Giovannetti, 1990; Fortuna et al., 1992; Gribaudo et al., 1996; Lovato et al., 1994; Sbrana e Vitagliano, 1994; Locatelli e Lovato, 2002). E' inoltre possibile applicare la stessa tecnica al materiale di propagazione vegetativa, i carducci, che possono essere inoculati in fase di radicazione: tramite queste tecniche, si possono quindi ottenere in vivaio piantine da trapianto "sane" e maggiormente resistenti, con ridotta necessità di trattamenti anticrittogamici, derivanti da propagazione sia in vitro che in vivo.
La possibilità di utilizzazione dei funghi micorrizici arbuscolari impone però l'analisi dei parametri che influenzano l'efficacia della simbiosi, ed in particolare quelli relativi ad infettività ed efficienza dei simbionti fungini. Infatti differenti specie di endofiti possiedono sia differenti capacità di colonizzare rapidamente ed estesamente i tessuti radicali sia differenti capacità di assorbimento, traslocazione e trasferimento di nutrienti alle cellule radicali (Giovannetti & Gianinazzi-Pearson, 1994; Giovannetti, 2000; Giovannetti e Avio, 2002). Specie e ceppi che presentino caratteristiche agronomicamente interessanti quali infettività ed efficienza, devono quindi essere selezionati e riprodotti per il loro inoculo in piante di carciofo. A differenza di molti altri microrganismi del suolo e della rizosfera, i funghi micorrizici arbuscolari non possono essere moltiplicati in coltura pura. E' necessario perciò predisporre la coltivazione di "piante trappola", atte ad ospitare il micelio fungino che verrà prelevato con la radice, sacrificando la pianta ospite.
Recenti studi hanno dimostrato che il carciofo possiede spiccate proprietà antiossidanti, epatoprotettive, coleretiche e ipocolesterolemiche (Gebhardt and Fausel 1997; Brown and Rice-Evans 1998), e può inibire l'ossidazione delle lipoproteine a bassa densità, agendo da sostanza dietetica naturale in grado di ridurre o impedire l'aterogenesi, le malattie coronariche e i processi di carcinogenesi (Chen and Ho, 1997; Larson, 1998).
L'ottenimento di dati sul contenuto in polifenoli e sulle proprietà antiossidanti delle parti commestibili dei capolini, al momento della raccolta, prima della vendita, e al momento del consumo, risulta di grande importanza per poter valutare le qualità nutraceutiche del prodotto fresco.
Le proprietà antiossidanti e antiradicaliche dei singoli composti che costituiscono il complemento polifenolico degli estratti di carciofo sono assai diverse (Chen and Ho, 1997; Wang et al., 2003), e quindi diverso è il contributo delle singole molecole alle proprietà antiossidanti totali dell'estratto. Allo scopo di ottenere informazioni utili sia per una caratterizzazione varietale sia per valutare l'influenza delle condizioni di crescita e delle diverse pratiche agronomiche, occorre quindi analizzare dettagliatamente la composizione chimica degli estratti di carciofo, accertando il contributo di ogni singolo componente con attività biologica alle proprietà antiossidanti e benefiche dell'estratto.
L'inoculazione micorrizica ha dimostrato di poter ridurre i danni ossidativi causati da stress ambientale, come la carenza di acqua e l'eccesso di sali, attraverso meccanismi di difesa, enzimatici e non, che difendono la pianta dall'accumulo di specie reattive dell'ossigeno. Tra i sistemi di difesa non enzimatici l'acido ascorbico è coinvolto nella distruzione dei radicali liberi, mentre il glutatione è indispensabile per la rigenerazione dell'ascorbato. Una diminuzione della concentrazione di ascorbato viene infatti spesso associata ad una ridotta capacità di difendersi da danni ossidativi (Noctor and Foyer, 1998). Il sistema di difesa di tipo enzimatico coinvolge un'ampia gamma di enzimi quali la superossido dismutasi (SOD), la catalasi (CAT) e la perossidasi (POX), tutte con un importante ruolo nella formazione e nella degradazione dell'H2O2, mentre l'ascorbato perossidasi (APX) e la glutatione riduttasi (GR) sono entrambe coinvolte nella rigenerazione dell'ascorbato (Foyer and Halliwell, 1976; Dalton, 1995). L'effetto dell'inoculazione micorrizica sull'attività della SOD è stata osservata nelle radici di diverse specie (Palma et al., 1993; Arines et al., 1994) e in germogli di lattuga (Ruiz-Lozano et al., 1996). Recentemente è stato evidenziato un incremento, indotto da micorrize, di diversi enzimi antiossidanti (APX, GR, CAT) nei germogli di tre diversi arbusti mediterranei (Alguacil et al., 2003). Le piante di carciofo micorrizate potrebbero dunque presentare un contenuto in sostanze antiossidamti più elevato rispetto alle piante non micorrizate.
I capolini di carciofo sono spesso soggetti a fenomeni di imbrunimento non enzimatici durante la conservazione a basse temperature, pur in assenza di danni meccanici (Lattanzio et al, 1994). Tale processo, causa di consistenti perdite di qualità del prodotto, è il risultato del rilascio di ferro sotto forma di Fe+2 dai cloroplasti, indotto dall'acido clorogenico, con formazione di un complesso privo di colore. Le condizioni ossidative che intervengono in conseguenza del processo di senescenza e/o in condizioni di basse temperature, inducono l'accumulo di specie reattive dell'ossigeno, quali O2- e H2O2, e portano alla formazione di un complesso acido clorogenico/Fe+2 di colore grigio-blu e al processo di imbrunimento. Risulta pertanto interessante verificare se l'associazione micorrizica determina un aumento delle attività enzimatiche antiossidanti anche nelle brattee dei capolini del carciofo e se ciò svolge un effetto protettivo nei confronti dell'imbrunimento non enzimatico.
Concludendo, i dati della letteratura suggeriscono che l'utilizzazione di biotecnologie compatibili con l'ambiente come la propagazione in vitro e in vivo e la micorrizazione possano migliorare la filiera di produzione del carciofo per ottenere piante sane e altamente produttive con elevate proprietà organolettiche e nutraceutiche. <<<