RICERCA ITALIANA     

L’innesto in orticoltura: basi biofisiologiche, riflessi sulla coltura e sulle caratteristiche qualitative del prodotto.

Università degli Studi di Catania

Abstract

L’obiettivo generale del progetto è quello di fornire indicazioni utili per una maggiore diffusione dell’innesto nell’orticoltura italiana. Il ricorso a tale tecnica per la produzione di piante ortive è una pratica comune in alcuni paesi asiatici in rapporto alla possibilità di contrastare gli stress di natura abiotica e, più frequentemente, di ridurre le malattie causate da agenti patogeni tellurici.

In condizioni di campo, il comportamento delle piante innestate rappresenta l’effetto congiunto della tolleranza nei confronti delle specifiche condizioni di stress e della capacità del sistema radicale di influenzare la crescita degli organi epigei. Il ricorso all'innesto su piede resistente potrebbe d’altra parte porre alcune problematiche riconducibili alla parziale resistenza nei confronti dei maggiori parassiti del terreno, al rischio di insorgenza e/o aggravamento di nuove malattie o di alterazioni in precedenza considerate anche di minore importanza. Pertanto, la disponibilità di informazioni dettagliate circa la resistenza dei portinnesti disponibili sul mercato può risultare utile per scelte più mirate, anche al fine di diversificare nei successivi cicli di coltivazione il portinnesto adottato e prevenire la perdita di resistenza ad alcuni patogeni specifici.

L’effetto del portinnesto può differenziarsi in base al nesto impiegato, a seguito dell’interazione tra i due bionti determinando pertanto possibili variazioni nella crescita, nella resa e nella qualità del prodotto. I meccanismi responsabili possono essere molteplici e riconducibili principalmente alla sintesi e traslocazione delle sostanze ormonali, all’assorbimento di acqua e nutrienti ed anche all’assimilazione.

Le conoscenze delle basi molecolari e biochimiche dell’interazione nesto/portinnesto, ancora assai limitate, potrebbero consentire attraverso l'identificazione di proteine marcatori della risposta, una migliore comprensione delle interazioni funzionali tra i due bionti anche in rapporto a specifiche resistenze che i portinnesti possono esprimere.

Gli aspetti su menzionati sono stati considerati solo occasionalmente per le piante ortive, mentre sono stati approfonditi per altre colture per meglio comprendere le relazioni di causa/effetto ed individuare così le caratteristiche utili nei programmi di miglioramento genetico e nella selezione di genotipi

In considerazione dell’importanza che l’innesto sta assumendo in Italia ed allo scopo di fornire indicazioni utili per una sua ulteriore diffusione, attraverso una migliore conoscenza delle basi biofisiologiche della risposta delle piante innestate, dei riflessi sulla coltura e sulle caratteristiche qualitative del prodotto, gli obiettivi delle ricerche proposte sono da ricondurre alle seguenti attività:
- identificazione di problemi parassitari e non parassitari emergenti su solanacee e cucurbitacee innestate;
- valutazione della resistenza/tolleranza ai principali parassiti tellurici dei portinnesti maggiormente utilizzati per solanacee e cucurbitacee;
- identificazione dei caratteri morfo-anatomici e dei tratti biofisiologici ai quali è possibile ricondurre la risposta delle piante innestate;
- studio, mediante approccio proteomico, degli effetti di stress abiotici e biotici sui cambiamenti nel pattern complessivo (proteoma) di espressione proteica e sui livelli di ormoni di risposta allo stress (acido abscissico);
- valutazione, mediante la quantificazione di metaboliti marcatori (flavonoidi, acidi fenolici e carotenoidi), dei riflessi di portinnesti diversi sulle caratteristiche salutistiche del prodotto;
- incremento dell’efficienza d’uso dell’azoto, mediante la selezione di combinazioni d’innesto in grado di garantire allo stesso tempo elevati standard quali-quantitativi del prodotto.
- valutazione delle potenzialità dell’innesto in condizioni ottimali di alimentazione idrica e minerale e nelle condizioni di stress che possono verificarsi in ambienti aridi e semi aridi o in terreni salini.
- valutazione del contenuto di composti salutistici in frutti di pomodoro in relazione al portinnesto adottato e dell’efficacia di portinnesti alternativi al Solanum torvum in melanzana

Si tratta di un progetto interdisciplinare coordinato che prevede una significativa interazione tra le unità coinvolte. I risultati attesi sono, nel loro insieme, da ricondurre alla individuazione di specifici caratteri determinanti la risposta delle piante innestate e più in generale ad un ampliamento delle conoscenze sull’innesto di cucurbitacee e solanacee. Tali conoscenze, da un punto di vista applicativo, potranno rappresentare utile riferimento ai fini del corretto uso della pratica dell'innesto poiché consentiranno di effettuare una scelta del portinnesto basata sulle resistenze genetiche e sugli effetti nei confronti delle produzioni dal punto di vista sia quantitativo che qualitativo. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Cherubino Maria Leonardi Università degli Studi di CATANIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il ricorso sempre più frequente in orticoltura all’innesto per il controllo dei patogeni tellurici in conseguenza del divieto ormai assoluto di sterilizzare il terreno con bromuro di metile pone numerosi problemi circa la scelta del portinnesto. Infatti contrariamente alle piante arboree da frutto, per le colture ortive le conoscenze circa la tolleranza/resistenza in rapporto al genotipo, i meccanismi di interazione fra nesto e portinnesto e gli effetti sulle caratteristiche quanti-qualitative delle produzioni sono alquanto carenti.

In rapporto a ciò, la ricerca ha l’obiettivo di fornire indicazioni utili per una ulteriore diffusione dell’innesto, attraverso l’ampliamento delle conoscenze relative alle resistenze genetiche del portinnesto, agli aspetti morfo-fisiologici coinvolti nella risposta della pianta in condizioni di stress biotico ed abiotico ed all’influenza sulle caratteristiche qualitative del prodotto.

Il ricorso all'innesto su piede resistente potrebbe porre d'altra parte alcune problematiche in considerazione della parziale resistenza nei confronti dei maggiori parassiti del terreno, del rischio di insorgenza e/o aggravamento di nuove malattie o di alterazioni in precedenza considerate anche di minore importanza.
Gli obiettivi specifici del progetto a questo proposito riguarderanno la:
- Valutazione della resistenza/tolleranza ai principali parassiti tellurici dei portinnesti maggiormente utilizzati per solanacee e cucurbitacee;
- Identificazione di malattie emergenti e di disordini fisiologici su piante di solanaceae e cucurbitaceae;
- Identificazione di proteine radicali potenzialmente coinvolte nell’espressione di resistenza nei confronti di patogeni.

In coltura, il comportamento delle piante innestate è la risultante dell’effetto congiunto della tolleranza nei confronti dell’organismo patogeno e della capacità del sistema radicale di influenzare la crescita degli organi epigei.

L’effetto del portinnesto sulla risposta della pianta può pertanto determinare variazioni della crescita, della resa e della qualità del prodotto non solo per le caratteristiche di resistenza del portinnesto in se stesso, ma anche per i molteplici meccanismi coinvolti che possono essere ricondotti principalmente alla sintesi e traslocazione delle sostanze ormonali, all’assorbimento di acqua e nutrienti ed anche all’assimilazione. Gli aspetti su menzionati sono stati considerati solo occasionalmente per le piante ortive, mentre sono stati approfonditi in diverse colture per comprendere le relazioni di causa/effetto ed individuare così le caratteristiche utili nei programmi di miglioramento genetico e nella selezione di genotipi. Inoltre, le conoscenze delle basi molecolari e biochimiche dell’interazione nesto/portinnesto sono ancora piuttosto scarse. E’ quindi auspicabile un approfondimento delle interazioni fisiologiche tra nesto e portinnesto per un miglioramento dell’applicazione di tale tecnica; ad esempio, l’approccio proteomico e la conseguente identificazione di marcatori biochimici della resistenza agli stress abiotici consentirebbe una scelta appropriata dell’ipobionte.

Considerando quanto sopra esposto, gli ulteriori obiettivi del progetto possono essere ricondotti a:
- Individuazione dei tratti morfologici e dei processi fisiologici coinvolti nella risposta differenziale delle piante ortive innestate;
- Miglioramento dell’efficienza d’uso dei nutrienti attraverso l’adozione di portinnesti più efficienti;
- Valutazione delle potenzialità dell’innesto in condizioni ottimali di alimentazione idrica e minerale realizzate in coltivazione fuori suolo e nelle condizioni di stress tipiche dell’area Mediterranea (stress idrico e/o salino);
- Determinazione dei livelli di acido abscissico (ABA) in portinnesti di pomodoro e melone tolleranti allo stress;
- Identificazione dei fattori potenzialmente predisponenti l’insorgenza di disordini fisiologici;
- Determinazione del profilo metabolico dei micronutrienti (carotenoidi, acidi fenolici, flavanoidi) di frutti di pomodoro e melone in relazione al portinnesto.

Gli obiettivi specifici delle singole Unità di Ricerca (UR) sono i seguenti:

L’UR Leonardi nel corso di successive prove individuerà possibili fattori coinvolti nella risposta di solanaceae innestate, con particolare riferimento all'accrescimento ed alle caratteristiche radicali (pomodoro) ed all’abilità di assorbimento dei nutrienti (pomodoro e melanzana). Oltre alla selezione di portinnesti di pomodoro e melanzana per la resistenza/tolleranza alle principali malattie causate da patogeni tellurici, altri obiettivi della ricerca sono quelli di individuare portinnesti alternativi ai tradizionali valutando l’influenza sulle caratteristiche qualitative dei frutti di pomodoro.

L’UR Santamaria approfondirà la risposta fisiologica e l’efficienza d’uso dell’acqua di piante di pomodoro innestate, coltivate in condizioni normali ed in condizioni di stress idrico e salino, in modo da valutare l’adattabilità dell’innesto ad alcune condizioni tipiche dell’area Mediterranea. Inoltre obiettivo della ricerca è anche quello di quantificare gli effetti dei diversi portinnesti sulla resa e le sue componenti e sulle caratteristiche qualitative dei frutti.

L’UR Marra condurrà delle attività volte alla creazione di mappe proteomiche (2-DE gel images) di portinnesti di pomodoro resistenti ai patogeni tellurici ed all’identificazione di proteine radicali in piante di pomodoro potenzialmente coinvolte nell’espressione di resistenza ai patogeni. Inoltre parte delle attività saranno rivolte alla quantificazione del contenuto di acido abscissico (ABA) con lo scopo di testare l’adattabilità agli stress abiotici. In ultimo l’UR valuterà l’influenza del portinnesto sulle proprietà salutistiche del prodotto determinando il profilo metabolico dei micronutrienti (carotenoidi, acidi fenolici, flavonoidi).

L’UR Colla ha come obiettivo generale quello di migliorare l’efficienza d’uso dell’azoto in melone ed anguria attraverso la selezione di piante innestate che mostrino contemporaneamente elevata efficienza d’uso dell'elemento, elevati standard quanti-qualitativi del prodotto. Gli obiettivi specifici possono essere quindi ricondotti a: - selezione di portinnesti per melone ed anguria che incrementino l’efficienza d’uso dell’azoto nelle piante innestate, - valutazione dell’influenza delle combinazioni d’innesto selezionate sulla resa, sulla qualità dei frutti, sull’assorbimento dei nutrienti e sull’efficienza d’uso dell’azoto in piante di melone ed anguria coltivate in pieno campo ed in ambiente protetto.

L’UR Garibaldi identificherà malattie emergenti e disordini fisiologici su piante di solanaceae e cucurbitaceae innestate e valuterà la resistenza/tolleranza contro le principali malattie ipogeee dei portinnesti maggiormente diffusi. Inoltre l’UR calibrerà le tecniche per l’identificazione precoce della natura delle avversità osservate su piante innestate .e procederà all’identificazione delle strategie utili a minimizzare i danni eventualmente causati da avversità biotiche e abiotiche. <<<

Risultati parziali attesi

In rapporto agli obiettivi generali del progetto coordinato i risultati possono essere sintetizzati come segue:

- Approfondimento della reale reazione di resistenza e tolleranza, anche su base proteomica, ai principali parasiti tellurici delle piante innestate (solanacee e cucurbitacee);
- Identificazione delle malattie potenzialmente in grado di limitare l'uso delle piante innestate e che limitano il rendimento e/o che causano la morte delle le piante innestate;
- Identificazione dei fattori ambientali/agronomici in grado di indurre i disordini fisiologici;
- Valutazione dei metodi diagnostici già disponibili per la rilevazione rapida degli agenti causali delle malattie del terreno dannose su piante innestate;
- Realizzazione di una lista delle procedure da adottare per limitare danni causati dalle malattie e dai disordini fisiologici sulle piante innestate;
- Valutazione del potenziale produttivo di piante di pomodoro innestate coltivate in condizioni ottimali sotto il profilo dell’alimentazione idrica e minerale;
- Selezione, sulla base di un approccio bio-fisiologico, di portinnesti di pomodoro in grado di tollerare condizioni di stress tipiche dell’ambiente mediterraneo (stress salino, stress idrico, ecc.);
- Determinazione della variazione del contenuto di ABA in radici di portinnesti in pomodoro e melone risultate tolleranti allo stress idrico;
- Individuazione dei meccanismi fisiologici e dei tratti anatomici in grado di influenzare la risposta della pianta innestata;
- Individuazione di combinazioni d’innesto in anguria e melone caratterizzate da un elevata efficienza d’uso dell’azoto e da elevati standard quali-quantitativi del prodotto;
- Definizione di indici morfo-fisiologici per uno screening precoce di portinnesti per efficienza d’uso dell’azoto
Ottimizzazione della concimazione azotata;
- Identificazione di pattern proteici, su mappe bidimensionali, caratteristici portinnesti di pomodoro resistenti a specifici patogeni;
- Identificazione di proteine specifiche correlabili ai livelli di resistenza ed utilizzabili come marcatori per la selezione di portinnesti di pomodoro resistenti a patogeni ipogei;
- Quantificazione degli effetti del portinnesto sulla qualità del prodotto con particolare riferimento al contenuto di sostanze salutistiche;
- Caratterizzazione del profilo di micronutrienti di frutti di pomodoro e melone di innesti tolleranti a stress.

Da un punto di vista più generale risultati che saranno raggiunti entro la fine del progetto riguardano:
- La compilazione di linee guida da destinare a vivaisti ed agricoltori per una scelta idonea dei portinnesti e per migliorare le caratteristiche di qualità del prodotto;
- Riduzione dell’impatto ambientale determinato dei processi produttivi intensivi;
- Pubblicazioni scientifiche e divulgative;
- Tesi sperimentali (di laurea e di dottorato di ricerca); <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La persistente utilizzazione del suolo, la monocoltura e l’intensificazione dei processi di produzione tipici delle colture ad elevato reddito hanno determinato un incremento delle malattie causate da patogeni tellurici, l’accumulo di sali nella rizosfera e fenomeni di auto-tossicità. D’altro canto le restrizioni riguardo l’uso del bromuro di metile quale agente disinfestante, hanno incentivato lo sviluppo e l’implementazione di nuove tecnologie che permettano agli agricoltori di superare queste condizioni. Tra i mezzi disponibili, l’innesto rappresenta certamente un’utile alternativa.

L’innesto delle colture ortive è ampiamente diffuso nei paesi Asiatici (soprattutto Giappone e Corea) e da alcuni anni comincia ad essere impiegato come strumento di difesa anche in Italia. Nel nostro paese, durante l’ultimo decennio, la produzione di plantule innestate è aumentata del 200% ed ha interessato in modo particolare la Sicilia (Morra e Bilotto, 2005). L’importanza del settore è attestata anche dalle elevate produzioni che hanno raggiunto quasi 25 milioni di piante (principalmente anguria, pomodoro, melanzana e melone).

Tra i vantaggi dell’innesto sono da ricordare: 1) miglior controllo degli agenti patogeni presenti nel terreno ed una consistente riduzione dell’impiego di prodotti fitosanitari (Riviero et al., 2003; Bletsos, 2006); 2) aumento della produzione (Riviero et al., 2003); 3) possibilità di coltivare varietà di particolare pregio sotto il profilo organolettico che non presentano però alcune resistenze nei confronti dei patogeni tellurici (Baudino et al., 2005); 4) ampliamento delle rotazioni colturali, inserendo in successione portinnesti di specie botanicamente differenti (Morra, 1998); 5) tolleranza alla salinità ed al deficit idrico (Lee e Oda 2003; Riviero et al., 2003); 6) adattabilità alle basse temperature (Ahn et al., 1999).

In condizioni di campo, il comportamento delle piante innestate rappresenta l’effetto congiunto della tolleranza nei confronti dell’organismo patogeno e della capacità del sistema radicale di influenzare la crescita degli organi epigei (Leonardi e Romano, 2004). Diversi lavori sono disponibili sull’argomento, tuttavia esistono degli aspetti che dovrebbero essere presi in considerazione specialmente in relazione all’ampio numero di nesti e portinnesti disponibili. Inoltre, una significativa parte della letteratura è rappresentata da lavori scritti in lingua differente dall’inglese (es. coreano, giapponese), per cui una parte del know-how della letteratura scientifica non è al momento di fatto accessibile.

Sebbene un certo numero di portinnesti sia stato proposto dalle ditte sementiere come resistenti o tolleranti alle malattie indotte da patogeni tellurici e nematodi, non si dispone di sufficienti informazioni utili ai fini della loro scelta. E’ interessante osservare che i portinnesti commercializzati, considerati tolleranti nei confronti di alcune malattie, reagiscono in modo differente all’inoculazione in condizioni controllate (Trionfetti Nisini et al., 2002). Pertanto, la disponibilità di informazioni dettagliate circa la resistenza dei portinnesti presenti sul mercato può risultare utile anche per diversificare nei successivi cicli di coltivazione i portinnesti adottati e prevenire la perdita di resistenza ad alcuni patogeni specifici. A tal proposito in letteratura sono riportati alcuni riferimenti riguardanti l’incremento dei danni causati da agenti soil-borne su portinnesti resistenti (Minuto et al., 2005). L’identificazione di marcatori molecolari di resistenza agli stress biotici, determinati in particolare da agenti patogeni ipogei, permetterebbe una selezione dei portinnesti più appropriati. L’approccio basato sulla valutazione di marcatori molecolari può rappresentare uno strumento utile perché l’innesto si basa su articolati processi di legati a differenti stadi proliferativi e di differenziazione cellulare ed il successo dell’unione tra i due bionti dipende dall’espressione concertata di un complesso apparato di enzimi compatibili, proteine e metaboliti del portinnesto e del nesto. Adottando questo tipo di approccio è possibile chiarire la parziale affinità tra i due bionti e gli improvvisi avvizzimenti registrati in piante innestate (Minuto and Garibaldi, 2001; Franceschini et al., 1996).

Oltre alla tolleranza agli organismi tellurici dannosi, l’innesto erbaceo potrebbe essere adottato per contrastare gli stress abiotici che spesso si verificano in ambiente Mediterraneo (deficit idrico, stress salino, etc.). La selezione specifica di portinnesti capaci di escludere gli ioni tossici potrebbe incrementare la loro resistenza agli elevati livelli salini del suolo (Riviero et al., 2003). Al riguardo le esperienze condotte dimostrano che l’influenza del portinnesto all’esclusione degli ioni sodio e cloro è legata alla combinazione nesto/portinnesto (Estan et al., 2005; Fernandez-Garcia N. et al., 2004; Santa-Cruz et al., 2002). In ogni caso solo poche esperienze hanno evidenziato gli effetti dei portinnesti, maggiormente impiegati nel nostro paese in condizioni saline, in termini di variazioni fisiologiche, produttive e qualitative (Martorana et al.,2007).
Anche in assenza di stress, l’innesto può influenzare considerevolmente la risposta della pianta in virtù degli effetti di interazione tra i due bionti (Leonardi e Giuffrida, 2006). Infatti, il portinnesto potrebbe comportare variazioni nella crescita, nella resa e nella qualità del prodotto. I meccanismi responsabili possono essere molteplici e riconducibili principalmente alla sintesi e traslocazione delle sostanze ormonali, all’assorbimento di acqua e nutrienti ed anche all’assimilazione (Lee, 1994).
Gli aspetti su menzionati sono stati considerati solo occasionalmente per le piante ortive, mentre sono stati approfonditi in altre colture per meglio comprendere le relazioni di causa/effetto ed individuare così le caratteristiche utili nei programmi di miglioramento genetico e nella selezione di genotipi (Pantalone et al, 1999; Yetisir e Sari, 2003; Gomez et al. 2004).
L’effetto dell’apparato radicale sulla vigoria della pianta è legato alla superficie disponibile per lo scambio ionico e idrico, all’ancoraggio e alle proprietà di adesione tra radice e substrato (Gahoonia et al., 1997; Grierson et al., 2001; Michael, 2001), fattori questi che influenzano l’assorbimento idrico e minerale della pianta, e alla sintesi di ormoni endogeni che indirettamente contribuiscono all’incremento della resa ed al miglioramento della qualità. Per ciò che concerne la nutrizione della pianta, le informazioni disponibili non sono esaustive ed in ogni caso limitate alle cucurbitacee (Ruiz et al. 1997, Teruo e Hiromichi, 1994; Atsushi et al., 1994) per le quali recenti ricerche hanno mostrato un miglioramento dell’efficienza d’uso dei nutrienti nelle piante innestate (Qi et al., 2006; Rivero et al., 2004). La più elevata efficienza di assorbimento dell’azoto potrebbe essere considerata un tratto importante delle piante innestate per la positiva influenza sulle rese e per la riduzione dell’azoto non assorbito e rilasciato nell’ambiente.
L’influenza dell’innesto sulla qualità del prodotto è stata recentemente documentata (Edelstein, 2004; Khah et al., 2006; Fernandez-Garcia et al., 2004; Martorana et al 2007). In generale i risultati non sempre appaiono concordanti o si mostrino carenti nel caso in cui si parli di micronutrienti o di composti salutistici. Pertanto, per una migliore comprensione dei processi determinanti l’interazione delle piante innestate, potrebbe essere ipotizzato uno studio basato su due distinti e complementari approcci, ossia il proteomico ed il metabolico. Al riguardo recenti studi proteomici hanno fornito una visione d’insieme del pattern proteico dei differenti tessuti delle piante (Canovas et al., 2004) anche in riferimento agli stadi di sviluppo (Sheoran et al., 2005; Rocco et al., 2006). Inoltre, sono stati condotti studi comparativi sull’adattamento delle piante agli stress ambientali, come ad esempio la risposta alla salinità in riso (Yan et al., 2005) o alle basse temperature in Arabidopsis (Bae et al., 2003; Amne et al., 2006). Questo approccio potrebbe consentire di chiarire gli effetti della combinazione nesto/portinnesto e quelli degli stress biotici ed abiotici: - sul profilo proteico (proteoma), - sul livello degli ormoni prodotti in seguito allo stress (acido abscissico) nelle radici dei portinnesti, - sui marcatori delle qualità nutrizionali dei frutti come flavonoidi, terpenoidi, acidi fenolici. <<<