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UNIVERSITÀ DEGLI S TUDI DI NAPOLI FEDERICO II POLO DELLE S CIENZE E DELLE TECNOLOGIE DIPARTIMENTO DI BIOLOGIA VEGETALE PROGRAMMAZIONE DELLA RICERCA E RICHIESTA DI FINANZIAMENTI SETTEMBRE 2001 DIRETTORE: Prof. ALDO MORETTI Prof. Ordinario GIUNTA: Carmelo RIGANO Prof. Ordinario Paolo DE LUCA Prof. Ordinario Rosa CASTALDO COBIANCHI Prof. Ordinario Raffaele GAMBARDELLA Prof. Associato Roberto NAZZARO Prof. Associato Antonino POLLIO Prof. Associato Sergio ESPOSITO Ricercatore conf.to Nicola D’AMBROSIO Ricercatore conf.to Ciro ROBERTI Segretario Amm.vo

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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II

POLO DELLE SCIENZE E DELLE TECNOLOGIE

DIPARTIMENTO DI BIOLOGIA VEGETALE

PROGRAMMAZIONE DELLA RICERCA

E

RICHIESTA DI FINANZIAMENTI

SETTEMBRE 2001

DIRETTORE: Prof. ALDO MORETTI Prof. Ordinario GIUNTA: Carmelo RIGANO Prof. Ordinario Paolo DE LUCA Prof. Ordinario Rosa CASTALDO COBIANCHI Prof. Ordinario Raffaele GAMBARDELLA Prof. Associato Roberto NAZZARO Prof. Associato Antonino POLLIO Prof. Associato Sergio ESPOSITO Ricercatore conf.to Nicola D’AMBROSIO Ricercatore conf.to Ciro ROBERTI Segretario Amm.vo

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PERSONALE DOCENTE PROFESSORI UFFICIALI QUALIFICA RIGANO Carmelo Prof. Ordinario VIRZO DE SANTO Amalia Prof. Ordinario DE LUCA Paolo Prof. Ordinario CASTALDO COBIANCHI Rosa Prof. Ordinario MORETTI Aldo Prof. Ordinario ALFANI Anna Prof. Ordinario TADDEI Roberto Prof. Associato GAMBARDELLA Raffaele Prof. Associato VONA IODICE Vincenza Prof. Associato PINTO Gabriele Prof. Associato GIORDANO Simonetta Prof. Associato SINISCALCO GIGLIANO Gesualdo Prof. Associato CAPUTO Paolo Prof. Associato POLLIO Antonino Prof. Associato BASILE Adrina Prof. Associato NAZZARO Roberto Prof. Associato

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RICERCATORI QUALIFICA D’AMBROSIO Nicola Ricercatore confermato ESPOSITO Sergio Ricercatore confermato CARFAGNA Simona Ricercatore confermato FIERRO Angelo Ricercatore confermato SPAGNUOLO Valeria Ricercatore confermato DOTTORANDI Dottorato di Ricerca in Fisiologia: MASSARO Graziella Dottorato di Ricerca in Sistematica Molecolare : CAFASSO Donata DE CASTRO Olga MUSCARIELLO Livio Dottorato di Ricerca in Biologia delle Alghe : CENNAMO Paola CINIGLIA Claudia

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Dottorato di Ricerca in Ecologia terrestre (Piante e Suolo): BALDANTONI Daniela DE MARCO Anna DE NICOLA Flavia IOVIENO Paola SIBILIO Giancarlo Dottorato di Ricerca in Analisi e Modellizazione di Sistemi Ambientali: CASCONE Carmela PERSONALE NON DOCENTE Cognome e Nome Area Funzionale Livello LIGUORI Mario SGTA III MIRANTI Concetta SGTA V SINISCALCO GIGLIANO Anna SGTA VI BELLAVITA MARIA Rosaria B VI SANTANGELO Annalisa TS VIII CANGIANO Lucia AC VII ROBERTI Ciro AC VIII

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INTRODUZIONE

Il Dipartimento di Biologia Vegetale, insieme all’Orto Botanico, costituisce una unità culturale completa per quanto attiene agli studi botanici. Al Dipartimento, infatti, afferiscono competenze culturali di tutti i gruppi disciplinari pertinenti alla biologia vegetale e all’ecologia, ed esattamente BIO/01, BIO/02, BIO/03, BIO/04, e materie del gruppo BIO/07.

Ha un corpo docenti di 21 unità fra professori di prima e di seconda fascia e ricercatori confermati. E’ sede amministrativa del Dottorato di Ricerca in Ecologia Terrestre (Piante e suolo) e partecipa ad altri quattro Dottorati di Ricerca (Fisiologia, Sistematica Molecolare, Biologia delle Alghe, Analisi e Modellizazione di Sistemi Ambientali).

Vi si tengono tutti i corsi obbligatori di biologia vegetale e molti di quelli di ecologia afferenti alle lauree in Scienze biologiche e Scienze Naturali, e alle lauree di nuovo ordinamento in Scienze Biologiche e in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e la Natura.

Come da prospetto di Facoltà sulla pianta organica dei docenti, vi si svolgono esami di profitto il cui numero ammonta ad oltre il 20% dell’area biologica, e sono portate a compimento circa il 20% delle tesi di laurea.

E’ dotato di n. 1 aula grande da 150 posti, di un’aula da 50 posti, di due aulette da esercitazione con 25 posti lavoro ognuna, di un Erbario e di una Biblioteca con le riviste specifiche del settore e ricca di volumi sia moderni sia antichi, questi ultimi di notevole interesse storico. Sono pienamente funzionanti 7 grandi laboratori modernamente attrezzati. E’ sede di congressi, dibattiti, incontri, seminari, etc. organizzati comunemente anche da docenti di altri dipartimenti.

Le ricerche che vengono svolte nel Dipartimento vertono su moderne e importanti tematiche della biologia vegetale che coprono un ampio spettro di interessi scientifici che vanno dalla fitogeografia e biosistematica, all'ecologia, all'ultrastruttura, alla fisiologia e biochimica degli organismi fotosintetici, all'algologia, alla biologia vegetale applicata. Come documentato dall'allegato elenco di lavori scientifici, i risultati ottenuti vengono in gran parte pubblicati su riviste internazionali.

Elevato è il grado di coordinamento delle ricerche effettuate nel nostro Dipartimento con quelle svolte, sulle stesse tematiche, in ambito nazionale ed internazionale. Particolarmente significativa è la frequenza con cui i ricercatori del nostro Dipartimento partecipano a congressi internazionali e compiono ricerche in collaborazione con studiosi stranieri, accogliendoli nei propri laboratori o recandosi essi stessi all'estero. Quest'attività è essenziale non solo per l'avanzamento delle conoscenze scientifiche, ma anche per l'aggiornamento dei docenti e per consentire agli studenti la realizzazione di tesi sperimentali, sempre più numerose, in laboratori che si cerca di rendere quanto più efficienti e moderni.

Con l'entrata in vigore del nuovo ordinamento didattico per i corsi di Laurea in Scienze Biologiche ed in Scienze Naturali, che prevedono l'obbligatorietà della tesi

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sperimentale di laurea e più impegnativi cicli di esercitazioni, nonchè con l’istituzione delle lauree brevi, il carico didattico e scientifico del Dipartimento è maggiore, anche in relazione al fatto che la struttura ospita alcuni turni di lezioni ed esercitazioni relative ad insegnamenti differenti da quelli propri del Dipartimento di Biologia Vegetale.

Vengono annualmente organizzate escursioni per gli studenti del primo triennio di Scienze Naturali ed in generale per tutti quelli che hanno frequentato i corsi di Botanica e di Botanica sistematica.

Va sottolineato quanto giovi allo svolgimento della didattica e della ricerca il tipo di gestione introdotta in questi ultimi anni e l'efficienza con cui nel nostro Dipartimento vengono svolte le pratiche amministrative.

Oltre che dall'Università, tramite la dotazione ordinaria, le ricerche vengono finanziate con fondi elargiti dal CNR, dal Ministero dell'Università e della Ricerca Scientifica e Tecnologica e dalla CEE.

Dobbiamo purtroppo segnalare che, accanto allo sforzo per dotare il Dipartimento di una didattica efficiente e di una ricerca moderna con apparecchiature scientifiche avanzate, vi sia l'impossibilità di mantenere in piena operatività tale attrezzatura, per l'assoluta mancanza di personale tecnico specializzato. Le conseguenti ed inevitabili spese di manutenzione, affidate a ditte esterne, non riescono ad impedire che la nostra strumentazione, valutabile in parecchie centinaia di milioni, rischi di deteriorarsi irreparabilmente, con danno per la ricerca e la didattica.

Ancora più grave permane la carenza di personale non docente che si riflette in maniera fortemente negativa su gran parte delle attività del Dipartimento; è da notare, a tal riguardo, che il Dipartimento di Biologia Vegetale è ai primissimi posti nella “classifica” indicativa della carenza di questo tipo di personale nell’ambito di tutto l’Ateneo. Particolarmente impedito, inoltre, risulta il funzionamento della biblioteca, che viene così privata del suo ruolo insostituibile di centro di aggiornamento dei docenti e degli studenti, nonché di coordinamento della didattica e della ricerca scientifica. Va, infine, lamentata la mancanza di personale tecnico per le esercitazioni di laboratorio e l'estrema ristrettezza degli spazi a disposizione che mettono a dura prova la didattica e la ricerca del Dipartimento. Anche l'Erbario del Dipartimento, affidato alle cure di un Conservatore, richiede notevoli spese per una corretta conservazione. Esso, ricco di oltre 300.000 saggi, alcuni dei quali risalenti all'inizio del 1800, è un patrimonio prezioso che riveste un'eccezionale importanza per il progresso e l'approfondimento degli studi floristici e vegetazionali del centromeridione d'Italia.

E' da auspicare che presto vengano esaminate le situazioni denunciate a tal proposito, non solo dal nostro Dipartimento, e che venga tenuto conto almeno delle esigenze più urgenti, emerse anche dalle risposte fornite nei vari questionari inviati in più riprese all'Amministrazione Centrale.

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Finanziamenti per ricerca complessivamente ottenuti dal Dipartimento negli anni 1998 1999 e 2000, quali risultano dai bilanci consuntivi, articolati come segue: Contributi e Convenzioni per attività di ricerca (Cat. 5/2) 1998 £ 222.555.027 1999 £ 60.500.955 2000 £ 300.000.000 Finanziamenti MURST 40% e MURST 60% (Cat. 10) 2000 £ 71.000.000 Finanziamenti PRIN (cat. 9 e 10) 1998 £ 227.750.000 (cat 9) 1998 £ 96.951.000 (cat 10) 1999 £ 173.400.000 (cat 9) 1999 £ 64.000.000 (cat 10) 2000 £ 153.800.000 (cat 9) Finanziamenti CNR (Cat. 11) 1998 £ 31.000.000 1999 £ 22.000.000 2000 £ 65.000.000

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RICHIESTA DI FINANZIAMENTO PER IL POTENZIAMENTO DELLA RICERCA DIPARTIMENTALE Titolo della Ricerca: INFLUENZA DEI FATTORI AMBIENTALI E NUTRITIVI SULLA DISTRIBUZIONE, CRESCITA E DIFFERENZIAMENTO DELLE PIANTE

La crescita ed il differenziamento delle piante in funzione dei parametri ambientali e l'effetto di questi sulla loro distribuzione in natura, rappresentano problemi fondamentali, nella ricerca sia pura che applicata, della biologia vegetale. Le relative tematiche vengono affrontate nel nostro Dipartimento mediante indagini condotte in laboratorio ed in natura. In particolare, tali fenomeni vengono studiati in termini di associazioni vegetali in funzione del clima, della composizione del suolo e della disponibilità di nutrienti inorganici quali azoto e fosforo e, a livello di ecosistema, con una serie di osservazioni sulla produttività in relazione alle trasformazioni microbiche (mineralizzazione, azotofissazione e denitrificazione) dell'azoto nel terreno delle faggete. Le indagini vengono rivolte anche allo studio di aspetti citologici e fisioecologici del differenziamento cellulare in alghe, briofite e piante vascolari, con particolare riferimento al ruolo del citoscheletro nella morfogenesi e alle interazioni ormonali su tali processi. A livello fisiologico continua ad essere approfondita la regolazione degli enzimi del metabolismo dell'azoto inorganico quali la nitrato riduttasi e la glutammina sintetasi. Per quanto concerne le relazioni tra organismi vengono studiate le simbiosi tra piante superiori non leguminose e batteri azoto-fissatori, e tra briofite e funghi. Infine, si conducono ricerche sull'attività allelopatica di sostanze estratte da organismi fotosintetici, per alcune delle quali si è proceduto alla purificazione, alla caratterizzazione ed allo studio delle loro attività biologiche in vitro.

In relazione alle ricerche sopra descritte risulta che gli studi che riguardano la fissazione dell'azoto, la nutrizione azotata delle piante, il biomonitoraggio dell'inquinamento atmosferico, la dinamica del processo di decomposizione della sostanza organica, la dinamica dei nutrienti nella lettiera e nel suolo interessano molti docenti del Dipartimento e che per tali studi è di grande aiuto l’acquisizione di un analizzatore di carbonio, azoto e zolfo. E’ questo un gas cromatografo che consente di determinare contemporaneamente le concentrazioni di tutti e tre i macronutrienti in campioni di terreno e in campioni freschi o secchi di materiale vegetale.

Il Dipartimento ha avuto in dotazione per anni un analizzatore di CNS, che è stato molto utilizzato ed ormai fuori uso. Ciò ha bloccato una serie di ricerche, per le quali tale apparecchiatura è indispensabile.

Caratteristiche dell’Analizzatore elementare per NCS: Vedere l’Allegato N. 1. Preventivo: Si allegano le note tecniche ed il preventivo di spesa, da cui risulta

che il prezzo complessivo delle attrezzature descritte è di L. 62.669.000 + IVA (Vedere l’Allegato N. 2).

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Principali lavori pubblicati sull'argomento

RUTIGLIANO F.A., ALFANI A., L. BELLINI, VIRZO DE SANTO A. (1998). Nutrient dynamics in decaying leaves of Fagus sylvatica L. and needles of Abies alba Mill. Biol. Fertil. Soils 27: 119-126..

DELLA GRECA M., FIORENTINO A., MONACO P., PINTO G., POLLIO A., PREVITERA L., ZARRELLI A. (1998) - Structural characterization and antialgal activity of compounds from Pistia stratiotes exudates. Allelopathy Journal 5 (1): 53-66.

DI MARTINO RIGANO V., VONA V., ESPOSITO S., CARILLO P., CARFAGNA S. and C. RIGANO (1998) - The physiological significance of light and dark NH4+ metabolism in Chlorella sorokiniana. Phytochemistry: 47: 177-181.

FIORETTO A., MUSACCHIO A., ANDOLFI G., VIRZO DE SANTO A. (1998). Decomposition dynamics of litters of various pine species in a Corsican pine forest. Soil Biology & Biochemistry .30: 721-727

BASILE A., SORBO S., GIORDANO S., LAVITOLA A., CASTALDO COBIANCHI R. 1998. Antibacterial activity in Pleurochaete squarrosa extract (Brtophyta). . International Journal of Antimicrobial Agents. 10: 169-172.

VIRZO DE SANTO A., RUTIGLIANO F.A., BERG B., FIORETTO A., FIERRO A.R., (1998). Nitrogen dynamics of decomposing needle litters in three coniferous forests of the Mediterranean area. Fresenius Envir. Bull. 7: 510-517.

VONA V., DI MARTINO RIGANO V., ESPOSITO S., CARILLO P., CARFAGNA S. and C. RIGANO (1999) – Growth, photosynthesis and respiration of Chlorella sorokiniana after N-starvation. Interaction between lighat, CO2 and NH4+ supply. Physiol. Plant. 105: 288-293. 47: 177-181.

ALFANI A., BALDANTONI D., MAISTO G., BARTOLI G., VIRZO DE SANTO A. (2000). Temporal and spatial variation in C, N, S and trace element contents in the leaves of Quercus ilex L. within the urban area of Naples. Environmental Pollution, 109: 119-129.

FIORETTO A., FUGGI A., PAPA S., VIRZO DE SANTO A. (1999). Crassulacean acid metabolism in Sedum dasyphyllum l.. Plant Biosystem, 133 (3): 239-250

BERG B., LASKOWSKI R., VIRZO DE SANTO A. (1999). Estimated nitrogen concentration in humus based on initial nitrogen concentration in foliar litter: a synthesis. XII. Long-term decomposition in a Scots pine forest. Can.J.Bot.77: 1712-1722.

BERG B., MC CLAUGHERTY C., VIRZO DE SANTO A., JOHNSON D. (2001). Humus buildup in boreal forests - effects of litter fall and its N concentration. Can J For Res 31: 988-998.

ALFANI A, MAISTO G., PRATI M.V., BALDANTONI D. (2001) Leaves of Quercus ilex L. as biomonitors of PAHs in the air of Naples (Italy). Atmospheric Environment 35/21: 3553-59

FIORETTO A., MUSACCHIO A., ANDOLFI G., PAPA S., VIRZO DE SANTO A., (2001) Nutrient dynamics in decomposing needles of three species of pine incubated in a Corsican pine forest of the Mediterranean area

RUTIGLIANO F.A., FIERRO A.R., D’ASCOLI R., VIRZO DE SANTO A., (2001). Factors influencing the stability of organic carbon pool in some Mediterranean soils. . J. of Mediterranean Ecology, 2: 113-121.

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VIRZO DE SANTO A., INESON P., SMITH K. (1999). Soil as source and sink of trace gases. In: A. Farina (ed.). Perspectives in Ecology. A glance from theVII International Congress of Ecology (INTECOL) Florence 19-25 July 1998. pp 41-48

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PROGRAMMAZIONE DELLE RICERCHE DA PARTE DI SINGOLI DOCENTI O GRUPPI DI DOCENTI

I finanziamenti relativi derivano dai Fondi UNIVERSITA’, M.U.R.S.T., C.N.R. e C.E.E.

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Programma di ricerca CITOFISIOLOGIA DELLA MORFOGENESI E DEL DIFFERENZIAMENTO

NEGLI ORGANISMI VEGETALI IN RISPOSTA A STRESS AMBIENTALI Nell’ambito di questo programma si possono individuare le seguenti linee di ricerca: 1 - Briofite come biomonitors in ecosistemi terrestri: aspetti ecologici e morfo-cito-

fisiologici

Lo studio della risposta dei vegetali, come sistemi biologici, all'inquinamento ambientale è un metodo molto conveniente per valutare la presenza, il tipo e la fonte di contaminanti. L'inquinamento da metalli pesanti è un problema che diventa di giorno in giorno più rilevante in relazione al progredire dell'industrializzazione, all'aumento del traffico automobilistico ed alla presenza di numerosissime fonti puntiformi e sparse sul territorio di inquinamento da metalli.

Le Briofite, per l'elevato rapporto superficie/volume, per la semplice organizzazione anatomica e per l'assenza di cuticola, accumulano quantitativamente i metalli pesanti Le dimensioni limitate, la semplicità della struttura anatomica, il rapido ciclo vitale, l'elevata capacità rigenerativa di queste piante, oltre alla relativa facilità di coltura in laboratorio, ne fa un interessante modello di studio dei processi morfogenetici e delle risposte attuate a livello cellulare e di organismo agli stress ambientali. Queste piante, inoltre, a differenza delle piante superiori, offrono modelli di tolleranza piuttosto che di evitamento.

Il nostro gruppo di ricerca si propone di analizzare la differente composizione floristica di crittogame (muschi e licheni) epifite in aree opportunamente scelte per valutare l'influenza delle diverse condizioni ambientali (confronto aree urbane/aree naturali). I parametri considerati riguarderanno il grado di biodiversità e per ogni specie verrà valutata l'entità di copertura, la fenologia (presenza/assenza di riproduzione vegetativa e/o sessuale) e la forma biologica. I dati acquisiti verranno correlati a vari parametri ambientali.

Sono in corso misure di bioaccumulo di metalli in briofite e licheni per stabilire la dipendenza dei fenomeni di bioaccumulo da meccanismi specie-specifici e/o da fattori morfo-fisio-ecologici (life form).

Un confronto effettuato a distanza di trenta anni (1963-1993) sulla composizione della brioflora epifita di alcuni parchi urbani napoletani ci ha consentito di mettere in evidenza notevoli modificazioni della brioflora, probabilmente indotte dalle mutate condizioni ambientali. Tra le variazioni rilevate ci sono il decremento del numero di specie, l'incremento degli acrocarpi sui pleurocarpi, la comparsa di specie tossi-tolleranti e con marcata attività rigenerativa (Castaldo Cobianchi et al. 1993).

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II nostro gruppo di ricerca intende proseguire, inoltre, gli studi sugli adattamenti morfo-fisio-ecologici correlati all’assorbimento, accumulo e conduzione dell’acqua, nonché estenderli ai meccanismi molecolari coinvolti nella tolleranza al disseccamento

2-Attivita’ antibiotica e fenomeni allelopatici nelle briofite e nelle piante

vascolari - Attività antibiotica nelle briofite e nelle piante Sono state utilizzate briofite e piante vascolari per saggiare l’attività antibiotica

contro batteri Gram+ e Gram-, scelti anche tra quelli patogeni per l’uomo. A tale proposito sono state studiate diverse piante vascolari, quali Aberia caffra, Actinidia chinensis,Feijoa sellowiana, Thevetia nerifolia, T. peruviana e Castanea sativa; inoltre, per queste ultime, è stata identificata la sostanza responsabile dell’attività antibiotica. Gli studi sull’antibiosi sono stati estesi anche alle crittogame vascolari e alle briofite, piante mai saggiate prima sotto questo aspetto; in particolare, è stato dimostrato un effetto induttivo operato dall’ambiente e da sostanze ormonali del tipo delle oligosaccarine sulla produzione di sostanze di difesa. Infine, estratti da briofite e piante vascolari sono stati saggiati su polimorfonucleati umani dal punto di vista tossicologico e immunomodulante. E’ in corso il saggio biologico sull’attività antibiotica ed immunomodulante di flavonoidi isolati da muschi ha dato interessanti risultati; in particolare la saponarina si è dimostrata la molecola con maggiore attività antibiotica.

Fenomeni allelopatici in ambienti naturali e agrari. Nei processi dinamici della vegetazione i fenomeni di tipo allelopatico hanno un

ruolo fondamentale. I risultati di un test in vitro sull’interazione tra il lichene Cladonia e i muschi Tortella flvovirens, Funaria hygrometrica, Bryum capillare e Pleurochate squarrosa mostrano che esiste competizione tra le specie che ricolonizzano uno stesso habitat. Test biologici hanno dimostrato che nelle interazioni allelopatiche intervengono l’acido usnico e un’aldeide alifatica legata a un cromoforo quali sostanze inibenti e una miscela di alditoli che complessivamente contribuiscono a modulare la popolazione lichenica e quella briofitica. II nostro gruppo intende proseguire gli studi sulle attività biologiche andando a verificare fenomeni di modulazione sia in vitro sia in campo su altre specie vegetali.

E’ stato anche intrapreso uno studio sull’attività allelopatica dei frutti di Feijoa sellowiana e di Castana sativa. I primi dati confermano l’effetto inibente sulla germinazione e sulla distensione cellulare nei test biologici in vitro su semi di ravanello. E’ in corso la purificazione dell’estratto per identificare le sostanze responsabili dell’inibizione.

3 - Effetti sulla morfogenesi e localizzazione cellulare e tissutale di metalli

pesanti (Pb, Cr, Hg, Zn, etc.). Studiando le moda1ità di assorbimento e di trasporto del piombo si sono potuti

mettere in evidenza vari meccanismi di detossificazione messi in atto dalle briofite. In F. hygrometrica il piombo si accumula preferenzialmente negli idroidi del gametofito e soprattutto a livello delle trasfer cells della placenta e si blocca prima del sacco sporigeno, preservando cosi le spore; in L. cruciata l’accumulo di Pb interessa essenzialmente il parenchima ialino e le zone più distali del tallo, riducendo gli effetti tossici in corrispondenza dell’apice meristematico. Il Pb viene concentrato e sequestrato

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essenzialmente a livello di parete. Gli effetti citologici dei metalli pesanti (Pb, Zn, Cu, Cd, Cr, Hg, etc.) sono stati

anche seguiti nella morfogenesi in vitro di epatiche come Lunularia cruciata e Metzgeria furcata e di muschi Tortula muralis, Pleurochaete squarrosa (germinazione di spore e sviluppo di protonemi e rizoidi).

I danni morfogenetici osservati sono risultati dose-dipendenti e parzialmente metallo-specifici. Provocano un rallentamento generale della crescita ed alterazioni a carico della distribuzione degli organuli in parte dovuti a danni sui microtubuli ci toplasmatici. II gruppo di ricerca intende estendere gli studi sulla localizzazione e sui danni citologici anche ad altre specie e ad altri cationi, valutando i danni su componenti citoplasmatiche specifiche come il citoscheletro. Inoltre si intende anche approfondire la conoscenza sui meccanismi di detossificazione e di recupero sui danni cellulari e continuare nello studio degli effetti dei metalli pesanti sulla frazione ripetitiva del DNA ricca in G+C associata alla regione nucleolare nel protonema di Funaria hygrometrica e di altre specie tossi-tolleranti.

A livello citologico ci proponiamo di studiare i danni indotti dai metalli pesanti forniti sperimentalmente sui processi morfogenetici (crescita e divisione cellulare, organizzazione cellulare e processi di differenziamento/sdifferenziamento). Verrà determinata la localizzazione a livello tessutale e cellulare dei metalli pesanti per evidenziarne i siti di accumulo e quindi gli eventuali meccanismi di detossificazione utilizzando la microanalisi X collegata al microscopio elettronico (SEM, TEM e STEM).

Inoltre, è stato completato uno studio sulla distribuzione in briofite tossi-tolleranti che vivono su discariche di miniere mediante X- ray SEM e TEM microanalisi e con la spettroscopia atomica sul contenuto e distribuzione di alcuni metalli pesanti (Pb, Zn) che hanno individuato modalità e localizzazioni differenti tra gametofito e sporofito per i due metalli considerati.

Per quanto riguarda gli aspetti fisiologici correlabili agli effetti dei metalli pesanti sulle piante, è stato di recente intrapreso uno studio sull’induzione della produzione di fitochelatine e metallotioneine in briofite tossi-tolleranti e in tabacco in risposta alla somministrazione sperimentale di Cd e Pb. Gli obiettivi di questa linea di ricerca mirano ad una migliore comprensione dei meccanismi biochimici alla base della capacità di sequestrare attivamente i metalli, capacità che induce la tolleranza a questi inquinanti.

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Programma di ricerca

INTERAZIONE FRA METABOLISMO DELL'AZOTO E METABOLISMO DEL CARBONIO NELLA CELLULA VEGETALE

L’azoto inorganico nella pianta viene elaborato attraverso numerosi processi

fisiologici, quali la riduzione del nitrato a nitrito, la riduzione del nitrito ad ammonio, l’assimilazione dell’ammonio come N-ammidico della glutammina, il trasferimento dell’N-ammidico al 2-chetoglutarato per formare glutammato, il trasferimento dell’azoto amminico del glutammato ai chetoacidi per formare i corrispondenti amminoacidi. Nella pianta esistono siti fisiologici, definiti siti esportatori (source), dove, attraverso le reazioni sopra riportate, vengono prodotte ed esportati amminoacidi, e siti importatori (sink) che importano tali molecole utilizzandole per la sintesi delle proteine. Il più importante sito esportatore di composti azotati nelle piante è la cellula fotosintetica: qui, infatti, il nitrito prodotto nel citoplasma dalla riduzione del nitrato, è trasportato nel cloroplasto dove a spese della ferridossina viene ridotto ad ammonio, che, sempre nel cloroplasto, viene assimilato come azoto ammidico della glutammina che, ancora nel cloroplasto, viene trasferito al 2-chetoglutarato, proveniente dal mitocondrio, per formare glutammato che in scambio col 2-chetoglutarato passerà nel citoplasma dove, mediante processi di transaminazione, fornirà il gruppo amminico per la sintesi degli altri amminoacidi. Processi analoghi avvengono nei plastidi della radice, soprattutto quando la sorgente d’azoto è l’ammonio. Questo ione, infatti, differentemente dal nitrato, viene assimilato principalmente nella radice ed esportato attraverso lo xilema come N-amidico della glutammina e dell’asparagina alle cellule della foglia, dove verrà ulteriormente utilizzato per la sintesi degli altri amminoacidi. La cellula vegetale fotosintetica può costituire la principale sorgente di amminoacidi anche perché essa ottiene dal ciclo di Calvin triosi fosfato da utilizzare come substrato per la glicolisi (sia cloroplastica che citoplasmatica) e quindi per il ciclo di Krebs e per lo shunt del pentoso fosfato, ottenendo così direttamente dal carbonio appena fissato con la fotosintesi i precursori metabolici necessari per l’organicazione dell’azoto e la sintesi degli amminoacidi. Così, se le cellule della radice sono il sito di assorbimento e parziale elaborazione dell’azoto, la cellula fotosintetica della foglia diventa il sito principale del metabolismo dell’azoto e di sintesi degli amminoacidi, coinvolgendo globalmente in ciò i processi di glicolisi, respirazione e fotosintesi. Come la cellula vegetale riesce a controllare i numerosi processi operanti nelle vie metaboliche di sintesi delle molecole organiche azotate, come essa riesce ad integrare il metabolismo dell’azoto con il metabolismo del carbonio e col metabolismo energetico è oggi un argomento fra i più studiati.

Risultati conseguiti nel nostro laboratorio: Nelle alghe unicellulari Le analisi nelle alghe unicellulari hanno dimostrato che i pool degli

amminoacidi liberi sono strettamente correlati allo stato nutrizionale della cellula. Infatti nelle cellule nutrizionalmente sufficienti ed in quelle limitate per l’N e per il P l'amminoacido dominante è il glutammato; nelle cellule limitate per il K è l'alanina.

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L’aggiunta di NH4+ a cellule N-limitate fa aumentare glutammina, aspartato, citrullina,

arginina, alanina, serina, 5-ALA e putrescina; l’aggiunta di P a cellule P-limitate fa abbassare il glutammato ed aumentare l'alanina; l’aggiunta di K a cellule K-limitate fa aumentare glutammato e citrullina, e decrescere la putrescina.

La velocità di respirazione delle cellule algali non è significativamente influenzata dalla limitazione di P, K o N, mentre l’attività fotosintetica è più bassa nelle cellule N-limitate. L’aggiunta di P stimola la respirazione ed inibisce la fotosintesi specificamente nelle cellule P-limitate, mentre l’aggiunta di K a cellule K-limitate non fa variare i valori di fotosintesi e respirazione. L’aggiunta di NH4

+ a cellule N-limitate provoca una immediata stimolazione della respirazione, mentre è senza effetto immediato sulla fotosintesi. A lungo termine, tuttavia, essa provoca un aumento dell’attività fotosintetica in maniera lineare per un periodo di circa tre ore. L'assimilazione del P è 5 volte più alta nelle cellule P-limitate.

Nelle cellule algali N-limitate l'assimilazione dell'ammonio è indipendente dalla luce, mentre nelle cellule N-sufficienti essa è strettamente dipendente da luce e CO2. Nelle cellule N-limitate La mancanza di CO2 inibisce solo dopo lungo tempo l'assimilazione dell'ammonio al buio, mentre la inibisce significativamente alla luce. L’assimilazione dell’ammonio è inibita da atrazina e DCMU nelle cellule N-sufficienti ma non è inibita nelle cellule N-limitate. La metionina solfossimmina, un inibitore della glutammina sintetasi, inibisce l’assimilazione dell’ammonio in entrambi i tipi di cellule Il dietilstilbestrolo (DES) un inibitore dell’ATPasi di membrana, inibisce l’assorbimento e l’assimilazione dell’ammonio, e quindi previene la stimolazione della respirazione, se l’ammonio nel mezzo esterno è a bassa concentrazione. Non previene l’assorbimento nè la stimolazione della respirazione se l’ammonio è ad alta concentrazione. In cellule trattate con MSX, un inibitore della glutammina sintetasi che inibisce l’assimilazione dell’ammonio ma non il suo assorbimento, la respirazione è stimolata da ammonio. Tale stimolazione è sempre prevenuta da DES. Questo ci ha permesso di stabilire un bilancio energetico del processo di utilizzazione dell’ammonio separando l’assorbimento dall’assimilazione

In orzo I tessuti di radici e germogli di piantine d’orzo cresciute in coltura idroponica

priva d’azoto presentano, dopo 10 giorni dalla semina, bassi livelli intracellulari di amminoacidi liberi. La somministrazione di ammonio provoca, sia nella radichetta sia nel germoglio, un incremento lineare delle concentrazioni di glutamina prima, e di asparagina poi, che perdura per almeno due giorni.

La velocità del consumo respiratorio di ossigeno della radichetta di piantine di orzo coltivate in colture prive d’azoto diminuisce progressivamente nel tempo. L’aggiunta di ammonio dopo 10 giorni provoca un immediato incremento della respirazione di almeno il 70%.

L’assorbimento dell’ammonio dal mezzo esterno da parte di plantule d’orzo avviene in maniera lineare e con uguale velocità sia nei periodi di buio che di luce, nelle piante N-limitate, mentre nelle piante N-sufficienti l’assimilazione dell’ammonio è stimolata da luce. E’ stato anche trovato che in radici di plantule d’orzo, dopo l’aggiunta di ammonio i livelli intracellulare di ATP diminuivano notevolmente nei primi cinque secondi, per riportarsi subito dopo a livelli superiori a quelli iniziali. Anche i livelli di glucosio 6-fosfato subivano un transitorio decremento, mentre i livelli di glucosio libero diminuivano in modo permannte.

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In orzo l'attività specifica della PEP carbossilasi aumenta dopo l’aggiunta di ammonio a piantine d’orzo N-limitate.

La glucosio-6P-deidrogenasi delle plantule d’orzo presenta un massimo di attività specifica all’inizio della germinazione, diminuisce del 50-70% dopo 4 giorni di idrocoltura priva d’azoto, e mostra un consistente aumento nella radichetta dopo l’aggiunta di ammonio. L’attività specifica dell’asparaginasi nella radichetta di plantule d’orzo è massima dopo un giorno di coltura idroponica, diminuisce progressivamente fino al 40% dopo il quinto giorno, ed aumenta nuovamente dopo aggiunta di ammonio. Le attività sono più alte nella radichetta che nel germoglio ed anche le variazioni sono meno marcate.

Questi risultati ci hanno consentito un primo approccio di studio circa l’inter-relazione esistente fra metabolismo dell’azoto e metabolismo energetico e del carbonio della cellula; di studiare il rapporto fra presenza di composti azotati a basso peso molecolare liberi e controllo dell’assorbimento di NH4

+; di individuare come uno dei possibili siti di controllo nel metabolismo dell’ammonio il suo assorbimento a livello di plasmalemma.

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Programma di ricerca

FLORA, VEGETAZIONE E CARTOGRAFIA DELL'ITALIA MERIDIONALE E DELLE PICCOLE ISOLE

a) Flora Gli studi floristici sull'Appennino campano-lucano sinora condotti presso il

laboratorio di Sistematica e Fitogeografia del Dipartimento hanno portato ad un sensibile approfondimento delle conoscenze dei popolamenti vegetali del Meridione d'Italia. Gli estesi contributi sulla Flora del massiccio dei Picentini e le monografie sulla flora del Somma-Vesuvio, della Penisola Sorrentina, dei Monti del Partenio e del Monte Cervati, sono sufficienti per bene documentare l'attività di questo settore di ricerca.

Sempre nell'ambito del programma di studi della flora dell'Appennino meridionale verrà ora continuata la campagna di ricerche rivolta in particolare all'esame delle specie di altitudine con particolare riguardo alle entità critiche e rare. I risultati positivi emersi dallo studio della flora del Somma-Vesuvio, dei Picentini, del Partenio, della Penisola Sorrentina, dell'area cilentana e, più in generale, dell'Appennino campano, ci hanno resi convinti della opportunità di approfondire ulteriormente le conoscenze floristiche al fine di ridurre le numerose lacune e le incertezze notevoli, anche dal punto di vista sistematico, che ancora permangono nelle conoscenze floristiche del Meridione d'Italia. Al momento sono in corso di stampa le ricerche, avviate negli anni precedenti, sulla Flora del Massiccio del Sirino-Papa. E’ in via di completamento l’indagine floristica dell’area cilentana, sulla quale sono già stati pubblicati due contributi relativi alla famiglia delle Orchidaceae. Tali studi riveleranno la loro utilità al fine di chiarire i problemi collegati alla corologia ed alla genesi della flora di questo settore della Penisola italiana. E’ stato avviato lo studio della flora dell’isola d’Ischia.

I dati raccolti, una volta approfonditi e rielaborati, rappresenteranno un cospicuo contributo per la redazione di un primo aggiornato elenco floristico, su base regionale, utile anche a scopo applicativo, per quanti operano nei settori della gestione del territorio.

b) Sistematica Sono stati avviati studi per chiarire i problemi sistematici e tassonomici presenti

nell’ambito delle Orchidaceae. Durante la prima fase di queste indagini, condotte su base morfologica e biomolecolare, si è affrontato il problema della relazioni filogenetiche tra il genere Orchis e i generi affini. Si è anche proceduto alla caratterizzazione morfologica e biomolecolare di alcuni ibridi intergenerici (tra i generi Aceras e Orchis) e intragenerici (tra entità appartenenti al genere Orchis). Si stanno ora affrontando i problemi sistematici e tassonomici relativi ai generi Himantoglossum, Limodorum e Serapias.

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c) Vegetazione e Cartografia L'attività del laboratorio di Fitogeografia si è andata sviluppando nel corso degli

ultimi anni in corrispondenza di aree di alto interesse naturalistico, specialmente in Campania. E ciò anche per contribuire alla soluzione dei problemi della tutela del territorio con documenti di base capaci di orientare correttamente le scelte da parte degli organi competenti. I docenti ed i ricercatori afferenti al laboratorio di Floristica e di Fitogeografia continuano ad essere impegnati, a fianco degli organi regionali e provinciali, in molte iniziative riguardanti la conservazione e la corretta gestione del territorio. E’ iniziato uno studio vegetazionale sulla Penisola sorrentina.

L'attività futura prevede, dopo la interpretazione fotogrammetrica, l'analisi sul terreno degli aggruppamenti vegetali presenti in alcune aree del territorio Cilentano in funzione della realizzazione di carte tematiche a carattere vegetazionale per alcune aree di tale territorio.

Continuerà, nel corso dei prossimi mesi, il lavoro sulla cartografia di Vivara, isola del golfo di Napoli proposta come Riserva naturale.

Sono state avviate, infine, ricerche di cartografia integrata attraverso sistemi computerizzati e di analisi di immagine.

d) Erbario Docenti e ricercatori che operano nel laboratorio di Floristica e Fitogeografia

continueranno l'opera di sistemazione dell'Erbario napoletano ricco di collezioni famose in via di catalogazione, nella prospettiva di portare avanti il lavoro di archiviazione elettronica dei dati. E’ già stata completamente catalogata la “Collezione Tenore” sia su supporto cartaceo che magnetico.; è in via di completamento l’archiviazione dei dati relativi alla “Collezione Gussone”. Nel corso dell'anno continueranno le ricerche di tipo storico e quelle sulla identificazione dei "tipi" delle specie descritte dai botanici che hanno svolto in passato la loro attività nell'Istituto e nell'Orto Botanico di Napoli.

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Programma di Ricerca

STRUTTURA E FISIOLOGIA DELLE PIANTE TERRESTRI E DELLE COMUNITA' VEGETALI IN RELAZIONE AI FATTORI AMBIENTALI

Le ricerche in oggetto riguardano studi ecofisiologici condotti in laboratorio ed

in natura e si articolano nei seguenti temi: A) Strategie adattative nelle piante superiori Il successo di una pianta in un dato ambiente dipende dalle interazioni tra i

fattori ambientali e le caratteristiche intrinseche della pianta. Nelle piante terrestri, data la stretta connessione tra traspirazione e fotosintesi, il

problema maggiore è quello di conciliare la necessità di minimizzare la perdita di acqua per traspirazione con la necessità di assimilare una quantità di carbonio sufficiente per la crescita.

Le piante degli ambienti aridi presentano meccanismi di adattamento alla siccità implicanti particolari caratteristiche strutturali e/o funzionali.

Un efficace meccanismo di adattamento alla siccità è il CAM, una variante metabolica della fotosintesi C3 che consente una elevata efficienza nell'uso dell'acqua.

Nonostante il gran numero di ricerche in corso sul CAM, le relazioni tra struttura e funzione delle piante CAM ed il rispettivo ruolo nell'adattamento delle specie al loro ambiente sono assai poco note.

A questo tipo di studio è in particolare rivolta la nostra attenzione. Mediante misure di scambi gassosi e di emissione di fluorescenza viene studiato

il metabolismo fotosintetico in Portulacaria oleracea in diverse condizioni di disponibilità di acqua, di umidità dell'aria e di intensità luminosa. Inoltre nella stessa specie sono studiati i meccanismi di ripartizione dell'energia luminosa assorbita dall'apparato fotosintetico tra utilizzazione fotochimica e dissipazione. Ricerche eseguite su C. quinquangularis hanno già messo in evidenza il ruolo fotoprotettivo dei carotenoidi nella dissipazione dell'energia luminosa.

I meccanismi di regolazione dell’efficienza fotosintetica in condizioni di elevata irradianza sono studiati anche su Quercus ilex. In foglie, sottoposte a differenti intensità luminose, l’efficienza di conversione della luce e la ripartizione dell’energia luminosa tra fotochimica e dissipazione termica vengono valutate attraverso misure di attività fotosintetica e di emissione di fluorescenza. I risultati ottenuti indicano che le foglie di Q. ilex riescono a regolare l’efficienza fotochimica fino alla densità di flusso fotonico pari a 600 µ mol m-2 s-1. A densità di flusso fotonico superiore la dissipazione dell’energia di eccitazione in eccesso non è più in grado di mantenere inalterata l’efficienza fotochimica che si riduce del 13% circa rispetto al valore iniziale.

Scopo di una ricerca per un progetto ASI è quello di condurre esperimenti a terra per verificare l’effettiva possibilità di sfruttare piante, opportunamente scelte ed opportunamente coltivate, come apparato rigenerativo per il supporto alla vita umana nella stazione spaziale.

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Un sistema ottimale di supporto per l'equipaggio di una stazione spaziale dovrebbe essere costituito da piante caratterizzate da elevati valori di fotosintesi netta, elevato valore nutrizionale, una percentuale relativamente ridotta di parti di scarto, e soprattutto da dimensioni idonee per la crescita negli spazi limitati di una stazione spaziale.

La ricerca si propone di valutare l’attività fotosintetica di specie vegetali da utilizzare per la produzione di cibo in una camera di crescita a bordo di una stazione spaziale con due obiettivi principali: 1) ottimizzare la crescita e quindi favorire la massima produzione di biomassa edibile, 2) ottimizzare gli scambi gassosi (assorbimento di CO2 e produzione di O2) nella prospettiva che il sistema possa contribuire anche alla rigenerazione dell’aria.

Nel corso della ricerca saranno studiate l’efficienza di fissazione della CO2 e l’efficienza di assorbimento e conversione dell’energia luminosa nelle specie vegetali edibili all’interno della camera di crescita, integrata con il modulo di coltivazione idroponica, alle condizioni ottimali prescelte.

Per poter valutare l’efficienza di fotosintesi saranno effettuate misure di emissione di fluorescenza simultaneamente a quelle di scambi gassosi.

L’attività precedente ha condotto alla individuazione di alcune specie vegetali C3 (Spinacia oleracea, Brassica rapa, Beta vulgaris e varietà nane di Phaseolus vulgaris e Pisum sativum) ed alcune varietà nane della specie C4 Zea mays con un rapporto ottimale tra valore nutrizionale ed attività fotosintetica.

I risultati ottenuti hanno fornito prime indicazioni sui valori ottimali di temperatura ed irradianza che nell’ambito della singola specie determinano la massima attività fotosintetica.

B) Effetti degli inquinanti atmosferici sulle piante superiori e sul suolo L'anidride solforosa, gli ossidi di azoto, i metalli in tracciae gli idrocarburi,

inquinanti tipici dell'aria, vengono assorbiti dalle piante principalmente per via stomatica, si accumulano nelle foglie e determinano notevoli danni a livello biochimico e fisiologico. Inoltre essi si depositano sulle foglie modificando la quantità e la qualità della luce assorbita e, ostruendo gli stomi, interferiscono negli scambi gassosi. D'altra parte gli inquinanti atmosferici si accumulano nel terreno dove inibiscono l'attività dei microorganismi e il normale riciclo dei nutrienti.

Presso il laboratorio di Ecologia vengono condotte ricerche per valutare l'incidenza dell'inquinamento atmosferico su piante di ambiente urbano attraverso l'analisi delle foglie al fine di determinare il contenuto di zolfo e di azoto e di elementi in traccia quali piombo, cadmio, nichel, ferro, rame, cromo, zinco, vanadio, manganese nonché il contenuto di idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Per confronto vengono analizzate foglie prelevate in aree remote, lontane da fonti inquinanti. Per Quercus ilex, specie mediterranea ampiamente diffusa in città, sono state riscontrate: 1) una significativa correlazione tra la concentrazione fogliare degli elementi in traccia ed il flusso di traffico, 2) una riduzione della decomposizione delle foglie con elevate concentrazioni di metalli, 3) un progressivo accumulo di metalli in traccia nelle foglie dei siti urbani in funzione dell’età, 4) un cospicuo accumulo di IPA, correlato all’accumulo totale degli elementi in traccia. Il confronto del contenuto degli elementi in traccia misurato in foglie prelevate nel 1989 e nel 1996 ha evidenziato un consistente decremento nell’area urbana della contaminazione da piombo, ferro e cromo, al contrario un chiaro aumento del cadmio.

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Su 4 specie di piante acquatiche del Lago D’Averno si stanno conducendo ricerche per evidenziare gli organi nei quali si ha il massimo accumulo di metalli in traccia, al fine di utilizzarli per il biomonitoraggio del lago.

Nell’ambito di un progetto PRIN, sarà studiata la dinamica dell’accumulo degli IPA nelle foglie di leccio e le relazioni tra accumulo nelle foglie ed accumulo nel terreno.

Nelle piante, sperimentalmente sottoposte all'azione degli inquinanti atmosferici, il processo fotosintetico subisce un sensibile decremento per la concomitanza di più cause: limitazione dell'assorbimento della luce, inibizione di attività enzimatiche, alterazione del trasporto degli elettroni, degradazione della clorofilla. Per la valutazione dei danni provocati dall'inquinamento atmosferico associato ad altri stress tipici dell’ambiente urbano quali aridità, limitazione di nutrienti, elevate temperature, in foglie di Quercus ilex vengono determinate le concentrazioni di pigmenti fotosintetici (clorofille e carotenoidi) e viene misurata l'attività fotosintetica. Lo studio di altri parametri fisiologici quali la conduttanza stomatica e la capacità fotosintetica (in condizioni di luce e CO2 saturanti) fornirà ulteriori informazioni sui meccanismi di riduzione della fotosintesi e sull'integrità dell'apparato fotosintetico. Misure di emissione di fluorescenza, eseguite in combinazione con quelle di fotosintesi, consentiranno di valutare la capacità fotosintetica della foglia mediante l'espressione di alcuni parametri come l'indice di vitalità. I primi risultati hanno messo in evidenza un forte decremento della fotosintesi e della traspirazione nelle foglie di leccio mature di siti urbani.

In letteratura è riportato che l'accumulo dei metalli pesanti negli strati più superficiali del suolo ne influenza negativamente l'attività biologica già a livelli di inquinamento atmosferico relativamente bassi. Nell'area urbana di Napoli è stata riscontrata una minore attività biologica nei suoli caratterizzati da una maggiore contaminazione da metalli pesanti (Pb, Cd, Zn, V, Ni, Cu). Correlazioni negative sono state generalmente osservate tra la concentrazione dei metalli pesanti e l'attività biologica del suolo.

C) Decomposizione della materia organica nel suolo Negli ecosistemi foresta i processi di decomposizione hanno due funzioni

essenziali 1) la mineralizzazione dei nutrienti e 2) la formazione della materia organica del suolo. Il mantenimento della produzione primaria dipende dalla restituzione dei nutrienti al suolo in forma utilizzabile dalle piante in modo da compensare la frazione che viene assorbita dalle radici. La decomposizione completa del detrito vegetale richiede periodi di tempo dell'ordine di centinaia o anche migliaia di anni; la frazione difficilmente decomponibile (humus) va a costituire in questo lasso di tempo la materia organica del suolo. Il bilancio tra produzione primaria e tasso di decomposizione determina la quantità di materia organica che si accumula nel suolo.

L'andamento e il tasso di decomposizione sono controllati dalle caratteristiche chimiche e fisiche della lettiera (qualità), dall'attività degli organismi decompositori e dai fattori ambientali, tra i quali le variabili macroclimatiche temperatura e precipitazioni hanno un ruolo determinante. La qualità della lettiera può essere efficacemente espressa dal contenuto in azoto e dal rapporto C/N, laddove elevate concentrazioni di azoto e bassi valori del rapporto C/N favoriscono la decomposizione. Altri nutrienti chiave sono il fosforo, lo zolfo, il manganese ed il calcio.

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Nell’ambito di un progetto internazionale è stata studiata la decomposizione lungo un transetto continentale in foreste di conifere per definire i fattori che controllano il valore limite (asintoto) di decomposizione.

Alle nostre latitudini la velocità di decomposizione della lettiera di Abies alba, Pinus pinea, P. laricio e P. sylvestris è risultata influenzata dalla disponibilità di acqua e dalla qualità della lettiera. La perdita di peso della lettiera nei primi stadi di decomposizione è risultata positivamente correlata alla concentrazione iniziale di azoto. Negli stadi tardivi del processo tuttavia l'azoto assume un ruolo negativo, determinando una diminuzione del valore limite di decomposizione.

Sulla lettiera in decomposizione è stata osservata una successione di popolazioni fungine, nonché un incremento della quantità di miceli fungini che raggiunge dopo circa 500 giorni di decomposizione valori simili a quelli rilevati nei primi 10 cm di terreno.

Parallelamente alla decomposizione, nei boschi di conifere dell’Italia meridionale sono state condotte ricerche sull'attività metabolica del terreno (respirazione basale) e sulla biomassa microbica. Il suolo dell'abetina del Taburno presenta valori maggiori di respirazione e di biomassa microbica rispetto ai suoli di una pineta del Vesuvio (P. pinea) e di una della Sila (P. laricio), ma mineralizza meno efficientemente il carbonio organico, pertanto si configura come accumulatore di carbonio. Lo studio mira anche a valutare il grado in cui i cambiamenti ambientali potranno modificare il bilancio del carbonio nel suolo (che è al tempo stesso una sorgente e una trappola per la CO2) e alterare il ciclo dell'azoto e di conseguenza la nutrizione delle piante negli ecosistemi foresta della regione mediterranea. Particolare attenzione viene perciò rivolta alla dinamica dell’azoto che per effetto delle deposizioni tende ad aumentare nel terreno delle foreste. Oltre all’effetto dell’azoto sulla decomposizione vengono condotte ricerche riguardanti le trasformazioni microbiche dell'azoto, in particolare l’azotofissazione a livello della lettiera e del terreno e la denitrificazione che porta alla liberazione di gas ad effetto serra quali il protossido di azoto.

Una serie di studi, nell’ambito di un progetto PRIN, riguardano le alterazioni del metabolismo del suolo indotte dagli incendi, un evento frequente in ambiente mediterraneo, che causa un incremento delle emissioni di gas ad effetto serra per molti mesi dopo l’incendio. Più in particolare, con uno studio diacronico su aree soggette ad incendi sperimentali di diversa intensità in una area a macchia mediterranea del litorale tirrenico (Castel Volturno, )si vuole valutare come i cambiamenti della disponibilità di azoto nel terreno influenzano,nelle fasi di recupero post-incendio, le emissioni di CO2 N2O e CH4 dal suolo.

Per un progetto CNR sulla biodiversità negli ecosistemi, sarà studiata la biodiversità funzionale delle comunità microbiche del suolo nei sistemi a macchia, a pineta e a lecceta del litorale tirrenico nella riserva di Castel Volturno e nelle pinete e nelle leccete del Vesuvio. Lo studio mira ad evidenziare relazioni tra la biodiversità della vegetazione e la biodiversità delle comunità microbiche del suolo.

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Programma di Ricerca BIOLOGIA DELLE CYCADALES L'ordine Cycadales è composto da 11 generi distribuiti lungo le fasce tropicali e

subtropicali. Per la loro antichissima storia evolutiva, le Cycadales costituiscono un utile ed interessante modello per la comprensione dell'evoluzione delle piante a seme.

E' in programma la continuazione degli studi sulla distribuzione e sistematica dei generi americani ed africani, e sulla citotassonomia e sistematica molecolare di tutti i generi.

In particolare, le ricerche hanno riguardato i seguenti argomenti. Tassonomia, filogenesi e fitogeografia di Zamia Il genere Zamia è ampiamente diffuso nelle due Americhe ed è caratterizzato da

una accentuata diversità morfologica e cariotipica. La continuazione degli studi in natura e l'esame del materiale raccolto hanno permesso di definire la sistematica, l'ecologia e le tendenze evolutive di questo genere. Si continuerà l'esplorazione del Messico e delle aree amazzoniche del Venezuela, Perù e Brasile, e descriveremo le nuove specie rinvenute nel corso di precedenti missioni botaniche in queste aree.

Sono in programma infine studi di sistematica molecolare sui nuovi taxa del genere.

Sistematica ed evoluzione del genere Encephalartos Il genere Encephalartos ha un'ampia distribuzione in Sud Africa ed Africa

Centrale. Le specie del Sud Africa hanno ricevuto una particolare attenzione, mentre sono praticamente sconosciute le specie centro africane. Nei prossimi anni saranno effettuate ulteriori spedizioni scientifiche in Africa Centrale per studiare la distribuzione e la sistematica delle specie di queste aree.

Evoluzione cariotipica e sistematica molecolare Avendo completato l'analisi cariotipica dei generi americani Ceratozamia, Dioon

e Microcycas, proseguiremo con il completamento del quarto genere americano, Zamia, e impostando lo studio dei generi africani (Encephalartos e Stangeria) ed australiani (Bowenia, Cycas, Lepidozamia e Macrozamia). Tale analisi sarà condotta utilizzando tecniche classiche di colorazione di cromosomi, parallelamente a tecniche moderne di bandeggio e di ibridazione in situ. Lo studio citotassonomico di Zamia si presenta molto interessante, poiché questo genere ha variabilità cromosomica intragenerica e intraspecifica.

Per quanto riguarda la sistematica molecolare, è stato ultimato l’esame delle sequenze degli Spaziatori Interni trascritti II del DNA ribosomale nucleare della grande maggioranza delle specie del genere Zamia. Il manoscritto relativo e’ in corso di preparazione.

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Biosintesi dei MAM glicosidi e degli aminoacidi non proteici Questo programma prevede la continuazione dello studio della biosintesi dei

MAM glicosidi (cicasina, macrozamina e neocicasine), un gruppo di composti esclusivi delle Cycadales e con effetto neurotossico e cancerogeno. Lo scopo di queste ricerche è quello di delucidare i meccanismi di formazione dei MAM glicosidi ed il loro significato biologico ed evolutivo. Questo programma prevede anche l'analisi della composizione in aminoacidi liberi non proteici in specie rappresentative degli 11 generi di Cycadales. Queste ricerche prendono l'avvio dalla scoperta, in alcune specie di Cycadales, di un nuovo aminoacido basico non proteico. Sono già disponibili numerosi dati al riguardo ottenuti mediante HPLC.

Analisi comparata della ultrastruttura dei plastidi Il programma prevede la continuazione dello studio della ultrastruttura dei

plastidi ed il loro differenziamento in specie rappresentative degli 11 generi di Cycadales. Questo studio dovrebbe chiarire l'esistenza o meno di un plastidio "tipo Cycadales" nonché fornire dati sugli habitat primigeni nei quali le Cycadales si sono evolute.

Studio dei cianobatteri simbionti delle radici coralloidi Il programma prevede lo studio della tassonomia, delle modalità di infezione e

dell'azotofissazione di cianobatteri isolati da radici coralloidi raccolte in natura. Studio dell'eredità plastidiale Facendo uso di tecniche di studio del DNA plastidiale, saranno condotte ricerche

sull'eredità plastidiale nelle Cycadales. Prove condotte su specie di Encepahalartos hanno mostrato che in questo genere l'eredità plastidiale è esclusivamente materna.

BIOLOGIA DI ORGANISMI AZOTOFISSATORI Sono in corso studi sulle associazioni simbiontiche Azolla-Anabaena, Alnus-

Frankia, Colletia-Frankia, Sesbania-Rhizobium ed altre leguminose. Sono inoltre in studio cianobatteri azotofissatori liberi. Tale studio ha lo scopo sia di chiarire i rapporti morfologici e biochimici tra i vari partner sia di verificare la capacità azotofissatrice in funzione della variazione di fattori ambientali. A quest'ultimo riguardo sarà studiato prevalentemente l'effetto di varie concentrazioni di ossigeno sull'attività nitrogenasica dei sistemi azotofissatori.

Relativamente al sistema Azolla-Anabaena, è in programma lo studio tassonomico e citologico del genere Azolla, la selezione di ceppi di Azolla da utilizzare in campo agricolo come concime verde sulla base delle capacità azotofissatrici e di adattamento ambientale, e l'esame di vari aspetti fisiologici relativi alla fissazione dell'azoto atmosferico dell'associazione simbiontica.

Sesbania rostrata è una leguminosa originaria dell'Africa nord occidentale caratterizzata dalla presenza di noduli sia radicali sia caulinari. Tale particolarità

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permette a Sesbania rostrata di fissare azoto in grandissime quantità. A tal riguardo essa viene utilizzata nell'agricoltura dell'Africa tropicale come concime verde.

Avendo dimostrato col nostro studio che Sesbania rostrata si adatta alle nostre condizioni ambientali, è in programma la verifica della sua utilizzazione nell'agricoltura delle regioni temperate.

Anche lo studio delle simbiosi di Alnus cordata e Colletia paradoxa ha finalità sia botaniche sia applicative. E' in programma lo studio dei rapporti strutturali e biochimici esistenti tra i noduli di Alnus e Colletia e l'actinomicete Frankia. Si tenterà di isolare il simbionte per ottenere ceppi da utilizzare successivamente in prove di infezione.

In natura sarà esaminata l'incidenza di nodulazione l'attività nitrogenasica in vari periodi dell'anno.

Isolamento, sistematica e azotofissazione di cianobatteri viventi liberi Al fine di un confronto con gli azotofissatori viventi in simbiosi, è in programma

l'esame di cianobatteri viventi liberi in acque dolci. A tale proposito, sono in studio ceppi di cianobatteri isolati da vari laghi dell'Italia meridionale. Su questo materiale è in corso la caratterizzazione tassonomica e lo studio dell'attività azotofissatrice in funzione di vari parametri ambientali.

COLTIVAZIONE E FITOCHIMICA DI PIANTE UTILI Questo studio continuerà su piante i cui principi attivi sono utilizzati in campo

farmaceutico. Tra queste: Papaver (utilizzato per la produzione di alcaloidi derivanti dalla morfina), Cannabis (cannabinoli), Lophophora (mescalina) ed Erythroxylum (cocaina). Molte di queste piante sono facilmente coltivabili alle nostre condizioni climatiche dove producono ugualmente i loro principi attivi.

Per quanto riguarda Papaver sono in corso prove di ibridazione con lo scopo di ottenere ibridi che presentino un più alto contenuto di questi principi attivi. Per Cannabis sarà esaminato in special modo l'effetto delle condizioni ambientali sulla produzione del tetraidrocannabinolo, mentre per Lophophora ed Erythroxylum, è in programma lo studio dell'influenza dei fattori ambientali sulla crescita delle piante e sulla produzione dei principi attivi.

BIOSISTEMATICA DELLE DIPSACACEAE E' in corso un'analisi cladistica delle Dipsacaceae (Dipsacales) basata sullo

studio di caratteri morfologici e micromorfologici, al fine di definire le relazioni filogenetiche tra i generi della famiglia.

Attualmente sono in studio i generi Cephalaria, Lomelosia e Sixalis, al fine di definire i rapporti tra i principali gruppi di specie. Nel contempo, si è intrapreso uno studio biomolecolare della famiglia, utilizzando i polimorfismi di restrizione del DNA plastidiale col fine di ottenere dati indipendenti con i quali verificare le ipotesi filogenetiche prodotte in passato.

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Programma di ricerca

A) BIOTECNOLOGIE ALGALI: UTILIZZO DI MICROALGHE COME INDICATORI ECOLOGICI DI BIOTOSSICITÀ E COME COMPONENTI ATTIVI DI SISTEMI DEGRADATIVI.

B) ECOFISIOLOGIA E CHEMIOTASSONOMIA DI ALGHE UNICELLULARI DI

AMBIENTI ESTREMAMENTE ACIDI

A) Biotecnologie algali: utilizzo di microalghe come indicatori ecologici di biotossicità e come componenti attivi di sistemi degradativi.

Le alghe occupano una posizione unica tra i produttori primari; esse costituiscono un anello importante nella catena alimentare e sono essenziali, come fonte di cibo, nell’economia degli ambienti sia marini che di acqua dolce. Nella gestione di risorse ambientali i saggi biologici che utilizzano le alghe come organismi test sono particolarmente indicativi nell’analisi di problemi sia autoecologici che sinecologici.

Uno dei problemi con maggior impatto ambientale dell’area mediterranea è senza dubbio lo smaltimento dei residui di lavorazione delle olive ed, in particolare, la fase acquosa, denominata anche acque di vegetazione (AV), che si ottiene dal processo di spremitura delle olive. La produzione di olio, nella sola Italia, ammonta a più di quattro milioni di quintali (ISTAT 1997) e l’inquinamento globale dovuto all’estrazione dell’olio è stato calcolato essere superiore ai 100.000 Kg/anno di C.O.D. (Chemical Oxigen Demand) per tonnellata di olio prodotto, ovvero 2.895 abitanti equivalente. Le AV costituiscono l’unico sottoprodotto inutilizzato di tale processo. Esse, nonostante le normative vigenti vengono spesso sparse sul terreno o scaricate nei corsi d’acqua a causa anche dell’alto costo della loro depurazione. Attualmente si utilizzano varie metodiche atte a depurare le AV. Esse si basano su trattamenti di tipo fisico, chimico o biologico. In base a prove preliminari, i risultati promettenti sembrano derivare da un utilizzo integrato di tali metodiche, in particolare fisico-chimiche integrate con quelle biologiche dove le alghe unicellulari svolgono un ruolo primario.

Scopo primario della nostra ricerca è innanzitutto valutare l’impatto ambientale dei vari componenti chimici delle AV che si vengono a produrre durante i processi depurativi delle stesse utilizzando come organismo test l’alga planctonica Selenastrum capricornutum. Tale alga è uno degli organismi raccomandati per le procedure standard di saggi biologici riguardanti i sistemi acquatici. E’ nostra intenzione, inoltre, valutare l’effetto dei vari componenti delle AV su comunità algali. Tali sistemi sono estremamente importanti per essere ignorati e, contemporaneamente, troppo complessi per essere studiati all’interno degli ecosistemi acquatici. Una valida alternativa atta ad affrontare tale problema è creare modelli biologici in laboratorio, denominati anche microcosmi, atti a riproporre, anche se parzialmente, le comunità algali presenti negli ecosistemi acquatici da studiare. Abbiamo già individuato cinque tra le più ubiquitarie e comuni alghe di acqua dolce e creato tali microcosmi in laboratorio. Su tali sistemi

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biologici artificiali sarà studiata l’azione dei principali e più tossici componenti chimici delle AV.

Un’ulteriore ramo della nostra ricerca riguarda anche la possibilità che alcune di tali alghe da noi utilizzate nella creazione dei microcosmi possano degradare alcuni dei più recalcitranti componenti delle AV. Studi preliminari ci hanno permesso di individuare almeno due ceppi algali le cui attività perossidasiche di parete determinano una biotrasformazione di tali composti. E’ nostro scopo studiare tali reazioni di biodegradazione e, se possibile, utilizzarle per integrare il trattamento di depurazione delle AV.

B) Da diversi anni questo gruppo di ricerca si interessa della microflora algale degli ambienti a basso pH ( 3.0)

Da tali ambienti, ricchi in zolfo e spesso anche di metalli pesanti, sono state isolati e resi axenici in laboratorio vari ceppi algali, attualmente mantenuti in collezione presso il nostro Dipartimento, sui quali sono stati studiati aspetti ecofisiologici, ultrastrutturali e tassonomici. Tali studi hanno portato all'identificazione di una specie acidofila di Ochromonas mai riportata per il continente europeo ed alla revisione tassonomica delle specie algali acidofile appartenenti al gruppo di Cyanidium caldarium.

Inoltre, si sta cercando di verificare la possibilità di utilizzare queste alghe acidofile o acido resistenti in metodiche biotecnologiche. In particolare è stata verificata la capacità di alcune microalghe da noi isolate di modificare la struttura chimica di composti organici somministrati nel terreni di coltura (biotrasformazioni). I primi risultati ottenuti incoraggiano a proseguire in questa direzione, considerando con particolare attenzione quei ceppi che oltre ad essere acidofili presentato anche caratteristiche di termoresistenza.

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Programma di Ricerca TELERILEVAMENTO DELLA VEGETAZIONE Oggetto della ricerca e` lo studio della vegetazione mediante i dati da satellite.

Vengono utilizzati i dati dei satelliti NOAA, Landsat e Spot. In ogni caso viene preso in considerazione l'indice NDVI calcolato sulle bande del rosso (RED) e dell'infrarosso vicino (NIR):

NDVI = (NIR-RED) / (NIR+RED) Vengono analizzate delle serie multitemporali di immagini NDVI, applicando ad

esse un algoritmo di calibrazione dei dati ed uno di massimizzazione mensile. Le 12 immagini NDVI mensili sono dunque il punto di partenza per le successive elaborazioni.

E ̀ stato individuato un modello matematico per le variazioni dell'indice NDVI

che tiene conto dei principali fattori che influenzano la fenologia della vegetazione, intesa soprattutto come variazioni della biomassa fotosinteticamente attiva. Tali fattori sono:

1) l’intensità` della radiazione solare 2) la temperatura 3) la disponibilità` idrica. I primi due fattori hanno un ciclo annuale, mentre il terzo ha un ciclo

piu`complesso che, nella maggior parte dei casi (come ad esempio nell'area Mediterranea) può` considerarsi semestrale. Il modello, nella sua forma più` semplice, e` dunque una doppia cosinusoide, di cui una con ciclo annuale ed una con ciclo semestrale, e prevede pertanto 5 parametri:

m = valore medio nell'anno Aa = ampiezza del ciclo annuale As = ampiezza del ciclo semestrale Fa = fase del ciclo annuale Fs = fase del ciclo semestrale In definitiva il modello può ̀essere riassunto nella seguente formula: NDVI(t) = m + Aa*cos(t-Fa) + As*cos(2*t-Fs) in cui t e ̀il tempo in radianti. Questo modello e` stato applicato con successo a diverse scale: - globale: con i dati NOAA-AVHRR GVI (1 pel = 25x25 km2) - regionale: con i dati NOAA-AVHRR LAC (1 pel = 1x1 km2) - regionale: con i dati Landsat-MSS (1 pel = 80x80 m2) - locale: con i dati Landsat-TM (1 pel = 30x30 m2) - locale: con i dati Spot-XS (1 pel = 20x20 m2) I risultati di queste elaborazioni possono essere riassunti in mappe tematiche,

ottenute con algoritmi di clusterizzazione unsupervised e successiva verifica della verità` a terra. Queste mappe possono essere definite "fito-fenologiche".

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Il significato di queste mappe e` universale, in quanto e` indipendente dal contesto. Questo modello pertanto si presta egregiamente agli studi di "change detection", che sono il principale oggetto della ricerca in corso.

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Programma di ricerca BIOLOGIA DELLA CELLULA VEGETALE 1 - Citoscheletro e linea cellulare sporigena delle briofite Nelle piante con alternanza di generazioni la spora gioca un ruolo fondamentale

nel ciclo vitale in quanto determina la transizione tra la generazione sporofitica diploide e quella gametofitica aploide. Il processo di sporogenesi nelle Briofite comporta una precisa sequenza di eventi, ossia instaurazione della linea sporigena ad opera di cellule che derivano direttamente dall'embrione, proliferazione di tali iniziali (sporogoni) e conseguente formazione dell'archesporio, disaggregazione di questo tessuto e individualizzazione delle cellule madri delle spore (sporociti), meiosi e formazione della tetrade, maturazione delle spore e loro liberazione dalla pianta madre. La sporogenesi, inoltre, è resa ancora più complessa dalla coordinata interazione con il tessuto nutrizionale (tappeto).

Nel muschio Timmiella barbuloides sono stati portati a termine numerosi studi sulla linea sporigena, dalla instaurazione delle iniziali sporogoniali fino alla maturazione delle spore e sviluppo del tappeto. Tra gli aspetti del tutto peculiari osservati sono da segnalare la condizione monoplastidiata delle iniziali sporogoniali e il pattern di divisione plastidiale, la marcata asimmetria del fuso quadripolare della prima divisione meiotica e l'instaurazione nei componenti della tetrade di nuovi centri di polarità cellulare associati alla formazione della complessa parete sporale. I dati ottenuti rivelano un insospettato ruolo citomorfogenetico del plastidio verosimilmente basato sulla sua capacità di funzionare come centro organizzatore di microtubuli.

Nel loro complesso questi studi, che rappresentano l'unico esempio di indagine globale della linea sporigena in una singola specie muscinale, rivelano aspetti peculiari del processo di sporogenesi nell'ordine Pottiales cui Timmiella appartiene a dimostrazione che la linea sporigena dei muschi è molto più variabile dal punto di vista citomorfogenetico di quanto sospettato.

In numerose epatiche marcanziali (Reboulia hemispherica, Preissia quadrata, Targionia hypophylla), metzgeriali (Fossombronia angulosa, Pellia endiviifolia) e jungermanniali (Lofocolea bidentata) l'attenzione è stata focalizzata sulla dinamica del citoscheletro microtubulare nel corso delle divisioni proliferative degli sporogoni. Con l'impiego di tecniche di microscopia elettronica a trasmissione e immunolocalizzazione della tubulina sono stati osservati in tutte le specie studiate aspetti del tutto insoliti per cellule vegetali, ossia presenza di centri organizzatori di microtubuli non centriolari ai poli del fuso (corpi polari) ed assenza della banda preprofasica di microtubuli. Le informazioni ottenute, che rappresentano un contributo originale sul ciclo cellulare di cellule riproduttive delle epatiche, sono state presentate a riunioni scientifiche o fanno parte di pubblicazioni sotto revisione o in corso di stampa.

Come naturale sviluppo di questa tematica le future ricerche riguarderanno principalmente l'evidenziazione mediante immunolocalizzazione della γ-tubulina. Recentissimi studi su animali, funghi e alcune piante superiori suggeriscono che questa

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particolare proteina della famiglia delle tubuline è molto verosimilmente il centro di nucleazione dei microtubuli. La dimostrazione della γ-tubulina sull'involucro del plastidio sporigeno dei muschi e nei corpi polari degli sporogoni delle epatiche costituirebbe una prova della ubiquità di questa proteina a dimostrazione di una stessa scelta evolutiva operata da tutti gli organismi eucarioti.

2 - Citoscheletro e tossicità da alluminio e metalli pesanti Metalli pesanti e alluminio determinano effetti tossici su tutti gli esseri viventi.

Sebbene numerosi studi abbiano verificato che molte vie metaboliche e/o aspetti funzionali di organi chiave (le radici nelle piante, per esempio) risultano alterati più o meno irreversibilmente, le possibili correlazioni di cationi tossici con eventi citomorfogenetici mediati dal citoscheletro non sono state indagate in sistemi vegetali.

Allo scopo di individuare un adatto modello di studio sono state eseguite, in condizioni controllate in vitro, numerose prove di crescita di protonemi muscinali, talli di epatiche e gametofiti di felci in presenza di nitrato di piombo e cloruro di alluminio a differenti concentrazioni. Poiché una netta alterazione della morfogenesi rizoidale è stata osservata nell'epatica Riccia fluitans coltivata su mezzo arricchito di alluminio, in questa specie sono state eseguite una serie di prove per ottimizzare i protocolli per evidenziare il citoscheletro tubulinico e actinico. E' stato quindi possibile dimostrare che le alterazioni morfologiche osservate durante lo sviluppo dei rizoidi dipendono da danni causati al sistema di microfilamenti di F-actina.

Le ricerche future saranno indirizzate a verificare se la capacità dell'alluminio di depolimerizzazione i microfilamenti è una caratteristica generale di questo catione. Saranno pertanto investigati tipi cellulari algali noti per il ruolo che il citoscheletro actinico svolge in eventi chiave come le correnti citoplasmatiche.

3 - Basi ultrastrutturali dei meccanismi di riproduzione vegetativa La riproduzione vegetativa è molto comune nelle piante, particolarmente nelle

archegoniate meno evolute come felci e briofite, dove in molte specie si sostituisce del tutto alla riproduzione per via sessuale. Generalmente, sia nelle felci che nelle briofite, la riproduzione vegetativa comporta la formazione e liberazione di strutture pluricellulari in grado di riprodurre la generazione gametofitica. Tuttavia nei muschi non sono infrequenti strutture riproduttive unicellulari (brood cells) formate dal protonema in condizioni di stress.

Le ricerche svolte hanno riguardato i filamenti uniseriati pluricellulari (gemme) della felce equatoriale Vittaria anguste-elongata e di alcuni muschi del genere Tortula, Aulacomium, Encalypta e le brood cells di Physcomitrella. I gametofiti di Vittaria sono stati ottenuti da spore prodotte da un esemplare raccolto nell'isola di Praslin (Seychelles) e riprodotti in vitro in condizioni axeniche. Questi studi hanno messo in evidenza una notevole diversità nella morfogenesi e nei meccanismi di liberazione e germinazione delle gemme ed hanno rivelato, per la prima volta in un muschio, la sequenza di eventi citoplasmatici che porta alla formazione delle brood cells. I dati ottenuti fanno parte di lavori in preparazione o in corso di stampa.

Le future indagini riguarderanno principalmente l'ottimizzazione dei protocolli di immunolocalizzazione del citoscheletro nelle specie sopra citate e in altri muschi che presentano riproduzione vegetativa.

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4 - Controllo ormonale della crescita cellulare unidirezionale La crescita unidirezionale è caratteristica di cellule tubulari e rappresenta un

evento citomorfogenetico di cruciale importanza per tutte le archegoniate e per alcune alghe. I tubetti pollinici delle spermatofite, i peli radicali delle tracheofite, i rizoidi delle epatiche e di alcune alghe verdi e brune, i filamenti protonemici delle archegoniate sono tutti esempi di cellule tubulari che si allungano soltanto per la loro estremità distale conica. Sebbene le funzioni di questi differenti tipi cellulari siano tutti di fondamentale importanza sono stati fatti pochi studi sull'influenza degli ormoni su questo particolare meccanismo cellulare.

Come parte del progetto CEE su Physcomitrella patens sono stati effettuate numerose prove di crescita del protonema in presenza di auxina, varie citochinine e acido abscissico. Tali esperimenti hanno dimostrato che l'auxina controlla la differenziazione della cellula apicale del cloronema in cellula apicale del caulonema, che tutte le citochinine analizzate inducono la formazione della cellula iniziale del gametoforo sulle cellule sub-terminali del caulonema, e che l'acido abscissico induce formazione di brood cells, diaspore specializzate per la riproduzione vegetativa. Questi dati, presentati al 3nd Annual Meeting of the Euromoss Project (Sorrento, 7-10 Marzo 1996), fanno parte di una pubblicazione attualmente sotto revisione.

Come naturale sviluppo di questa tematica il processo di differenziazione cloro-caulonemico del protonema muscinale, che si è rivelato un sistema particolarmente adatto per queste ricerche, sarà analizzato dal punto di vista ultrastrutturale e, inoltre, particolare attenzione sarà data all'organizzazione del citoscheletro actinico e tubulinico mediante impiego di tecniche di immunolocalizzazione sia a fluorescenza che su sezioni ultrasottili.

5 - Citoscheletro e trasporto intracellulare Recenti indagini ultrastrutturali su briofite e funghi hanno rivelato che

microtubuli endoplasmatici con disposizione assiale associati a vescicole sono tipici di vari tipi cellulari caratteristicamente polarizzati e presumibilmente coinvolti nel processo di conduzione. Su questa base è stato ipotizzato che il citoscheletro microtubulare svolga un ruolo nel trasporto unidirezionale di organelli.

Nell'ambito del progetto CEE è stato osservato che in Physcomitrella patens e in numerosi altri muschi le cellule sub-terminali dei filamenti rizoidali e caulonemici, specialmente quando sono ramificate, presentano una chiara polarità visibile al microscopio ottico come un gradiente distribuzionale di plastidi lungo cordoni citoplasmatici assiali. Il trattamento con citocalasina, nota per la sua capacità di depolimerizzare i microfilameti di F-actina, è ininfluente. Invece una netta alterazione della configurazione polarizzata si verifica dopo trattamento con orizalina, un erbicida che depolimerizza i microtubuli. L'immunolocalizzazione della tubulina mediante fluorescenza ha rivelato in queste cellule un estesissimo sistema assiale di microtubuli ed osservazioni al microscopio elettronico a trasmissione hanno dimostrato che questi sono strettamente associati con la membrana plasmatica, il nucleo, i plastidi e i mitocondri, il sistema delle endomembrane e vescicole di varia dimensione. I risultati ottenuti rivelano un sistema di polarità cellulare basato su microtubuli, finora non descritto in cellule differenziate dei filamenti muscinali, come una nuova espressione configurazionale del citoscheletro delle piante. Questi dati, presentati al 2nd Annual Meeting of the Euromoss Project (Les Diablerets, Switzerland 13-16 Gennaio 1995), fanno parte di una pubblicazione attualmente sotto revisione.

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Diversamente dagli altri tipi cellulari delle briofite e dalle ife fungine, in Physcomitrella l'associazione dei microtubuli con componenti cellulari è la più generalizzata possibile e verosimilmente suggerisce che il sistema microtubulare è coinvolto in più funzioni, inclusa la conduzione intracellulare. Pertanto, scopo delle prossime ricerche sarà la verifica sperimentale di questa ipotesi. In una prima fase, svolta in collaborazione con il Dipartimento di Biologia Ambientale dell'Università di Siena, saranno messi a punto protocolli per evidenziare le motor proteins, dineina e kinesina, negli estratti protonemici mediante immunoblot. Successivamente queste proteine, se presenti, saranno immunolocalizzate in situ, sia a fluorescenza che su sezioni ultrasottili.

6 - Allelopatia e morfogenesi algale La conquista del territorio o la difesa da agenti patogeni e da predatori sono

aspetti cruciali anche della vita delle piante. I meccanismi difensivi adottati hanno come base comune la produzione e/o il rilascio di particolari sostanze di differente natura chimica che inibiscono l'instaurarsi di specie differenti sullo stesso substrato o che sono letali o repellenti per predatori. Numerosi aspetti di questo interessante problema sono stati analizzati da un punto di vista sia chimico che biologico, tuttavia poca attenzione è stata data alle relazioni allelopatiche tra piante superiori e alghe unicellulari.

Le presenti indagini hanno lo scopo di verificare l'influenza di metaboliti secondari di una pianta superiore, Ruta graveolens, su alghe verdi unicellulari comunemente diffuse nel terreno. Come fase preliminare della ricerca sono state effettuate prove di crescita di numerose alghe in presenza dell'estratto acquoso di Ruta. Di queste Ankistrodemus braunii e Selenastrum capricornutum sono state selezionate come possibili modelli di studio. La loro crescita in presenza dell'estratto risulta essere notevolmente rallentata ed inoltre hanno differente recupero quando sono riportate nel mezzo normale.

Le ricerche future riguarderanno principalmente l'analisi ultrastrutturale delle due alghe allo scopo di evidenziare possibili alterazioni del meccanismo di divisione cellulare.

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ELENCO DELLE PUBBLICAZIONI

PUBBLICAZIONI IN EXTENSO SU RIVISTE INTERNAZIONALI ACETO S., CAPUTO P., COZZOLINO S., GAUDIO L., MORETTI A. (1999). Phylogeny and evolution of Orchis and allied genera based on ITS DNA variation: morphological gaps and molecular continuity. Molecular Phylogenetic and Evolution. Mol. Phyl. Evol. 13: 67-76. ACETO S., COZZOLINO S., GAUDIO L., NAZZARO R., DE LUCA P. (1999). Pollination flow in hybrid formation between Orchis morio and O. papilionacea (Orchidaceae) in two different habitats. Int. J. Plant. Sci., 160 (6) : 1153-1156. COZZOLINO S., PINTO G., POLLIO A., DE LUCA P. (1999). Lack of trnL intron in the thermoacidophilic redalga Galdieria sulphuraria (Galdieri) Merola. Plant Biosystems, 133 (3): 303-305. COZZOLINO S., ACETO S., CAPUTO P., GAUDIO L., NAZZARO R., 1998. Phylogenetic relationship in Orchis and some related genera: an approach using chloroplast DNA. Nordic Journal of Botany, 18(1): 79-87. COZZOLINO S., ACETO S., CAPUTO P., MENALE B. 1998. Characterization of Orchis x dietrichiana Bogenh., a natural orchid hybrid. Plant Biosystems 132(1): 71-76. ACETO S., COZZOLINO S., GAUDIO L., NAZZARO R., DE LUCA P. (1999). Pollination flow between Orchis morio and O. papilionacea in hybrid formation in different habitats. International Journal of Plant Sciences 1999. 160: 1153-1156 NAZZARO R., ACETO S., MENALE B., COZZOLINO S. (1999). Intermediate features do not always imply hybrid nature: an example from Orchidaceae. Journal Europäischer Orchideen. 31:652-662 ESPOSITO S., TETLOW I.J., BOWSHER C.G. AND EMES M.J. (1998) Ammonium metabolism stimulation of glucose-6P dehydrogenase and phosphoenolpyruvate carboxylase in young barley roots. J. Plant Physiol. 153: 61-66. ESPOSITO S., CARILLO P., CARFAGNA S. (1999). Phosphoglucomutase activity during development of wheat grains. J. Plant Physiol. 154: 24-29

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DI MARTINO RIGANO V., VONA V., CARFAGNA S., ESPOSITO S., CARILLO P. AND RIGANO C. (2000) - Effects of sulphate-starvation and re-supply on growth, NH4

+ uptake and starch metabolism in Chlorella sorokiniana. Aust. J. Plant Physiol. 27, 335-342. ESPOSITO S., CARFAGNA S., MASSARO G., VONA V., DI MARTINO RIGANO V. (2001). Glucose-6-phosphate dehydrogenase in barley roots: kinetic properties and localisation of the isoforms. Planta, 212: 627-634. ESPOSITO S., MASSARO G., VONA V., DI MARTINO RIGANO V, CARFAGNA S. (2001). Ammonium induction of a novel isoform of glucose-6P dehydrogenase in barley roots. Physiologia Plantarum, 123 (4):420-426. VONA V., DI MARTINO RIGANO V., ESPOSITO S., CARILLO P., CARFAGNA S. and RIGANO C. (1999) - Growth, photosynthesis, and respiration of Chlorella sorokiniana after N-starvation. Interactions between light, CO2 and NH4

+ supply. Physiologia Plantarum 105: 288-293. VONA V., DI MARTINO RIGANO V., ESPOSITO S., CARILLO P., CARFAGNA S. and C. RIGANO (1999) – Growth, photosynthesis and respiration of Chlorella sorokiniana after N-starvation. Interaction between lighat, CO2 and NH4+ supply. Physiol. Plant. 105: 288-293. 47: 177-181. SPAGNUOLO V., CAPUTO P., COZZOLINO S., CASTALDO R., DE LUCA P. 1999. Patterns of relationships in Trichostomoideae (Pottiaceae, Musci). Plant Syst. Evol., 216 (1-2): 69-79 ALBERTANO P., CINIGLIA C., PINTO G., POLLIO A. (2000). The taxonomic position of Cyanidium, Cyanidioschyzon and Galderia: an update. Hydrobiologia 433: 137-143. COZZOLINO S., CAMPO I., MORETTI M., POLLIO A. (1999). The use of nuclear ribosomal ITS1 DNA sequences for the identification of Chlorella strains. Archiv fur Hydrobiologie.1999 95:31-42 COZZOLINO S., CAPUTO P., DE CASTRO O., MORETTI A., PINTO G. (2000). Molecular variation in Galdieria sulphuraria (Galdieri) Merola and its bearing on taxonomy. Hydrobiologia 429 : 1-7 DELLA GRECA M., FIORENTINO A., MONACO P., PINTO G., POLLIO A., PREVITERA L., ZARRELLI A. (1998) - Structural characterization and antialgal activity of compounds from Pistia stratiotes exudates. Allelopathy Journal 5 (1): 53-66. DELLA GRECA M., FIORENTINO A., MONACO P., POLLIO A., PREVITERA L. ZARRELLI A. (2000) Dihidrophenanthrene and phenantrene mimics of natural compounds - synthesis and antialgal activity. Journal of Chemical Ecology 26(3): 587-600. DELLA GRECA M., FIORENTINO A:, MONACO P., PINTO G., PREVITERA L., ZARRELLI A. (2001). Synthesis and antialgal activity of dihydrophenantrenes and

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phenantrenes. II: mimics of naturally occurring compounds in Juncus effuses. Journal of Chemical Ecology, 27: 257-271. DELLA GRECA M., MONACO P., PINTO G., POLLIO A., PREVITERA L., TEMUSSI F. (2001). Phytotoxicity of low molecular weight phenols from olive mill waste-waters. Bullettin of Environmental Contaminanation and Toxicology, 67: 352-359. IELPO M.T.L. DE SOLE P., BASILE A., MOSCATIELLO V., LAGHI E., CASTALDO COBIANCHI R., VUOTTO M.L. 1998. Antioxidant properties of Lunularia cruciata (Bryophyta). Immunopharmacology and Immunotoxicology 20(4): 555-566. DI MARTINO RIGANO V., VONA V., ESPOSITO S., CARILLO P., CARFAGNA S. and C. RIGANO (1998) - The physiological significance of light and dark NH4+ metabolism in Chlorella sorokiniana. Phytochemistry: 47: 177-181. VONA V., DI MARTINO RIGANO V., ESPOSITO S., CARILLO P., CARFAGNA S., and RIGANO C. (1998) - The physiological significance of light and dark NH4

+

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SANTANGELO A., NAZZARO R., LA VALVA V., CAPUTO G. (1999). L’archiviazione elettronica delle collezioni dell’Herbarium Neapolitanum. Inf. Bot. Ital., 30(1-3) : 90-95. Gaudio L., Aceto S., Caputo P., Cozzolino S., Siniscalco Gigliano G., Moretti A., De Luca P. 1993-1994 (1998). Enzyme polymorphism in Encephalartos Lehmann (Zamiaceae). Delpinoa, n. s., 35-36:55-64.

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PUBBLICAZIONI SU LIBRI RIGANO C., DI MARTINO RIGANO V., VONA V., ESPOSITO S., CARILLO P. AND CARFAGNA S. (1998) Asimilacion de NH4

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RUTIGLIANO F. A., A. FIERRO, R. A. DE PASCALE, A. DE MARCO, A. VIRZO DE SANTO. 2001. Role of microorganisms on soil organic matter turnover in a Mediterranean burned area . In: Violante A., Gianfreda L., Bollag J.M., Huang P.M. (Eds.) Soil mineral-organic matter-micoorganisms interactions and ecosystem health. Elsevier, London CAPUTO. P. 1998. The usage of molecular data in phylogenetic systematics. Atti del 1° colloquio nazionale di sistematica cladistica.Pubblicato a cura del Museo di Storia Naturale di Verona. pp. 33-39. S. COZZOLINO, A. WIDMER, A. DAFNI. 2000. Pollination of subtribe Habenariinae. Genera Orchidaceaum vol II. A. WIDMER, S. COZZOLINO, A. DAFNI. 2000. Pollination of subtribe Orchidinae. Genera Orchidaceaum vol II.

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COMUNICAZIONI A CONGRESSI E NOTE BREVI ALFANI A.1998. Biomonitoraggio della qualità dell’aria a Napoli. NOx, SO2, Elementi in traccia, Idrocarburi policiclici aromatici. III Convegno Internazionale e Seminario di Aggiornamento “Matematica e Ambiente”, Napoli 19-22 Ottobre RUTIGLIANO F: A., FIERRO A. R., VIRZO DE SANTO A..1998. CO2 and N2O emission and microbial activity of mediterranean soils as influenced by fire. VII International Congress of Ecology INTECOL. Firenze 19-25 Luglio ALFANI A., D’AMBROSIO N., BALDANTONI D., RUTIGLIANO F.A., VIRZO DE SANTO A. 1998, Photochemical efficiency in leaves of Quercus ilex L. of urban area. VII International Congress of Ecology INTECOL. Firenze 19-25 Luglio VIRZO DE SANTO A., RUTIGLIANO F: A., FIERRO A. R.. 1999. Decomposition of organic matter in a Pinus pinea L. stand at M. Vesuvius (Campania, Italy). MEDPINE- Mediterranean Pine International Workshop, Israel 7-12 February. TADDEI A., TADDEI R. (1998) – Indagini fito-climatiche nella Calabria settentrionale con l’ausilio di serie multitemporali di immagini Landsat-TM. 93° Congresso della Società Botanica Italiana, Arcavacata di Rende, 149 (poster). R. TADDEI, A. TADDEI (1999) - Mappa fito-climatica dell’area dei Monti Vulsini da analisi storica di dati Landsat-TM e MSS. Atti della 3a Conferenza Nazionale ASITA, Napoli, 2: 1171-1172 (poster). ALFANI A., BALDANTONI D., MAISTO G., BARTOLI G.,1998, Dinamica di Cu, Fe, Pb in foglie di Quercus ilex L. di ambiente urbano. V Convegno Nazionale A.I.S.E.T.O.V., Castel San Pietro Terme (BO), 25-26 Settembre MAISTO G., BARTOLI G., ALFANI A., 1998, Variabilità del contenuto di Fe e Mn in foglie di Quercus ilex L. V Convegno Nazionale A.I.S.E.T.O.V., Castel San Pietro Terme (BO), 25-26 Settembre APRILE G.G., BARTOLI G., ALFANI A., 1998, Dinamica di Cu, Cd e Ni nel tallo di Physcia stellaris (L.) Nyl. V Convegno Nazionale A.I.S.E.T.O.V., Castel San Pietro Terme (BO), 25-26 Settembre MIRANDA R., IELPO MTL., MOSCATIELLO V., MONTANARO D., NAPPO C., SORBO S., RICCIARDI L., BASILE A., VUOTTO ML. 1999. Flavonoidi e sistema vascolare. Atti del I Congresso Nazionale della SISE. IELPO MTL., BASILE A., MIRANDA R., MOSCATIELLO V., NAPPO C., MONTANARO D., LAGHI E., RICCIARDI L., VUOTTO ML. 1999 Attività immunofarmacologiche dei flavonoidi. Atti del I Congresso Nazionale della SISE.

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BASILE A.,CHIANTESDE C.MONTESANO D.2001.Antibacteric and allelopatic activity of three species of Cuprwessus.Third international Congress of Etnobotany Napoli 22-30 Settembre

BASILE A., SENATORE F., MIRANDA R., DE PRISCO R., SORBO S., RIOCCIARDI L., PETRUZZELLI R., VUOTTO M.L. 2001 Biomodulant activity in

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Feijoa sellowiana (Mirtaceae) fruit. Third international Congress of Etnobotany Napoli 22-30 Settembre

VUOTTO M.L.,CASTALDO COBIANCHI R., SORBO S., FAIELLA M.R., SPAGNUOLO V., MIRANDA R., RICCIARDI L., SARNO C., BASILE A. 2001. Allelopatic , antibacterial and antioxidant activities in Pleurochaete squarrosa (Bryophyta) extracs. Third international Congress of Etnobotany Napoli 22-30 Settembre RUTIGLIANO F.A., D’ASCOLI R., DE MARCO A., VIRZO DE SANTO A., (2000) Influenza del pascolo sul suolo valutata attraverso indici microbici. X Congresso S.It.E. 14-16 settembre 2000. Pisa COZZOLIN V., BARTOLI G., ALFANI A., (2000) Dinamica di macro e microelementi in foglie di Quercus ilex L. di ambiente urbano. X Congresso S.It.E. 14-16 settembre 2000. Pisa DE MARCO, F. A. RUTIGLIANO, A. VIRZO DE SANTO. 2001. Decomposizione della lettiera di Phyllirea angustifolia L. in suoli di area mediterranea interessati da incendi sperimentali di diversa intensità. 11° Congresso SitE; Sabaudia, 12-14 settembre 2001. DE NICOLA F., ALFANI A. 2001. Monitoraggio di macronutrienti ed elementi in traccia nell’area del Parco Vesuvio. . XI Congresso S.It.E. Sabaudia, 12-14 settembre 2001 BALDANTONI D., DI TOMMASI P., BARTOLI G., ALFANI A. 2001. Dinamica di N, S, Cu, Zn, Pb e Ni in foglie e radici di Phragmites communis del Lago D’Averno. XI Congresso S.It.E. Sabaudia, 12-14 settembre 2001 MAISTO G., ALFANI A., PATON G.I., VIRZO DE SANTO A. 2001. Biological assays to evaluate the effect of Zn concentration in volcanic soils collected near Naples (Italy). International Workshop “Volcanic soils: properties, processes and land use”. Ponta Delgada (Azores), 3-7 ottobre 2001.

C. ARENA, N. D’AMBROSIO, A. VIRZO DE SANTO (2000) Ruolo della fotorespirazione nella dissipazione dell’energia luminosa in piante di Spinacea oleracea sottoposte a condizioni di elevata irradianza e basse temperature. X Congresso Nazionale S.It.E., Pisa 14-16 settembre 2000. N. D’AMBROSIO, C. ARENA, A. VIRZO DE SANTO (2001) Scambi gassosi ed efficienza di fotosintesi in specie vegetali da utilizzarsi in un sistema di supporto alla vita a bordo di una stazione spaziale. Workshop Nazionale “La scienza e la tecnologia sulla stazione spaziale internazionale”. Torino 16-18 maggio. N. D’AMBROSIO, C. ARENA, A. VIRZO DE SANTO (2001) Role of photorespiration in dissipation of absorbed photon excess in Spinacia oleracea L. plants exposed to low temperature and high irradiance. XII International Congress on Photosynthesis. Brisbane 18-24 august 2001.

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C. ARENA, N. D’AMBROSIO, A. VIRZO DE SANTO (2001) Differenti strategie di dissipazione dell’energia luminosa assorbita al variare dell’irradianza e della temperatura in piante di Zea mays esposte a diverse condizioni di crescita. XI Congresso Nazionale S.It.E., Sabaudia 12-14 settembre 2001.

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INDICE GIUNTA Pag. 2 ELENCO PERSONALE DOCENTE 3 ELENCO RICERCATORI 4 ELENCO DOTTORANDI 5 ELENCO PERSONALE NON DOCENTE 6 INTRODUZIONE 7 FONDI PER LA RICERCA 9 RICHIESTA FINANZIAMENTO RICERCA DIPARTIMENTALE 10 PROGRAMMAZIONE DELLE RICERCHE 13 ELENCO PUBBLICAZIONI 37 _________________________________