PROGETTO COFINANZIATO DALL’UNIONE EUROPEA PROGRAMMA ENPI CT ITALIA-TUNISIA 2007/2013

Alessandra Gentile

Dipartimento di Scienze delle Produzioni Agrarie e AlimentariUniversità degli Studi di Catania

l b dGli ambiti di innovazione 

Operare sull’esistente il bisogno di innovazione dei comparti consolidatiil bisogno di innovazione dei comparti consolidati

Cogliere le sfide futureCogliere le sfide futurel’agricoltura del domani, le sfide 

dell’alimentazione della sostenibilità e delladell alimentazione, della sostenibilità e della multifunzionalità

Riflessi sulla didattica

Le grandi sfide del 21Le grandi sfide del 21°° secolosecolo(Globalizzazione,riscaldamento,carenza idrica)(Globalizzazione,riscaldamento,carenza idrica)

1. Globalizzazione- ha portato enormi benefici e grandi disparità, specialmente nelleeconomie più povere- incertezza del mercato del lavoro

Le potenzialità di R&S nei paesi emergenti sono enormi anche grazie ai costi diproduzione più bassi e alle possibilità di accesso ai mercati rispetto alle economiepiù avanzate

2. Riscaldamento del pianetaCambiamenti climaticiCambiamenti climatici Necessarie appropriate risposte da R&S

• Innovazione colturale, nuovi regimi colturali, nuovi genotipi • innovazione nella protezione delle piante e nel monitoraggio ambientale per• innovazione nella protezione delle piante e nel monitoraggio ambientale per diagnosi precoce di nuovi patogeni e malattie• sviluppo di modelli di previsione

3. Carenza idrica

Quali i possibili scenari ?

p competizione dovuta allaglobalizzazione ed alla prossima

d lAMBIENTE:

RIDUZIONE INPUT

istituzione del mercatoeuromediterraneo

p evoluzione delle aspettative deiconsumatori sempre più attenti ai

d l bPRODUTTORE:

prodotti salubri, ottenuti conmetodi e tecniche eco-compatibili

COSTI

compatibili.

p prevedibile normativa più rigorosad l din tema di salvaguardia

ambientale CONSUMATORE: QUALITA’

Agricoltura intensiva e agricoltura sostenibileAgricoltura intensiva e agricoltura sostenibile Possono essere riconciliate?

Agricoltura intensiva Sostenibilità

1. agronomici2. chimici3. fisiologici

• Salvaguardia degli agroecosistemi e delle energie non rinnovabili• Mantenimento della biodiversità e delle E4. genetici

5. biotecnologici risorse genetiche• Fertilità del suolo• Utilizzo di risorse energetiche rinnovabiliM

BIE

NTE

g• Agricoltore/consumatore salute e qualità della vita

AM

Può essere raggiunto un compromesso tra loro?Flusso costante di ricerche innovazione & sperimentazioneFlusso costante di ricerche, innovazione & sperimentazione

Esigenze di innovazioneEsigenze di innovazione La concorrenza internazionale e l’evoluzione della filiera

agroalimentare scaricano tensioni rilevanti sulle impreseche necessitano di innovazione per:che necessitano di innovazione per:

- ridurre i costi e aumentare l’efficienza

- differenziare e segmentare l’offerta per posizionarsi in fasce di mercato a maggiore valore aggiunto (nuove, distinte, e difendibili)

EU Platform: PLANTS FOR THE FUTURE (2007 2012)Obiettivi :

EU Platform: PLANTS FOR THE FUTURE (2007-2012)

· a) miglioramento genetico e biotecnologie per creare le piantedel futuro (più tolleranza agli stress, efficienza energetica)( g g )· b) alta qualità dei frutti; valore nutrizionale e terapeutico

(nutraceutics)Research agenda and main focusResearch agenda and main focus

1) Salute pubblica & sicurezza alimentare (consumer customized)2) Sviluppo di agrotecnologie per la sostenibilità; promuovere labiodiversità, migliorare il paesaggio rurale3) Sviluppo di prodotti farmaceutici piante per produzione di energia3) Sviluppo di prodotti farmaceutici, piante per produzione di energia,utilizzo di colture per biofabbriche4) Competitività, scelte e governo dei consumatori, promozionecoinvolgimento delle risorse umane.

T i d ll’i iT i d ll’i iTemi dell’innovazioneTemi dell’innovazione

Biodiversità e risorse genetiche (conoscenza edBiodiversità e risorse genetiche (conoscenza edBiodiversità e risorse genetiche (conoscenza ed Biodiversità e risorse genetiche (conoscenza ed utilizzo)utilizzo)

Miglioramento genetico e biotecnologieMiglioramento genetico e biotecnologieMiglioramento genetico e biotecnologieMiglioramento genetico e biotecnologieGestione e difesaGestione e difesaQualitàQualitàPostPost--raccolta e nuovi utilizziraccolta e nuovi utilizzi

Germoplasma, Risorse genetiche, Miglioramento genetico

Ruolo strategico diversificazione (alimenti eprodotti nuovi no-food)

Diminuzione naturale delle risorse

Tutela ed utilizzo della Biodiversità

RUOLO DELLE VARIETA’ LOCALI NEL MIGLIORAMENTO GENETICO

Geni per resistenzaqualitàGeni per

CultivarVarietà locali Specie selvatiche

produttività e resistenzaGeni per

Gallo 57-1E-1 Meli

Sant’Alfio Ippolito Messina a f.r.

Rosso Dal muso ScirèRosso Dal muso Scirè

Biotecnologie e genomica per laBiotecnologie e genomica per la resistenza a malattie, la qualità della frutta e la sicurezza alimentare e ambientalealimentare e ambientale

BIOTECNOLOGIE PER IL MIGLIORAMENTO GENETICOBIOTECNOLOGIE PER IL MIGLIORAMENTO GENETICOBIOTECNOLOGIE PER IL MIGLIORAMENTO GENETICOBIOTECNOLOGIE PER IL MIGLIORAMENTO GENETICO

1. Marcatori Molecolari e fingerprinting

2. Genomica Funzionale (integrazione tra transcriptomica, metabolomica e proteomica)

3. Selezione precoce assistita da marcatori (MAS)

4. Sequenziamento del genoma

5. Piante modificate geneticamente

Il controllo genico dei caratteri è fondamentale nella comprensione della genetica, fisiologia e produttività delle piante

Biotech per le Biotech per le piantepiante

RFLP

pp

RAPDRFLP

AFLPRN

A SSRSCAR

CAPSSSCP

A messen

RGA AFLP RGA

Transcriptionfactors

HA

SNP

ngers SDS-PAGE2D-PAGE

DifferentialDisplay

RGA e AFLP-RGA

S-SAP

DNA AFLP Isozymes CrystallographyMass

SpectrometrySubtractive

Libreries

cDNA-AFLP

PROTEOMICA

Array

GENOMICATRANSCRIPTOMICA

Fenotipo

Fingerprinting nei fruttiferiFingerprinting nei fruttiferi1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

•Integra il controllo del fenotipo con l’analisimolecolare del genotipo

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

•Strumento assai utile per la protezione dei dirittidel costitutore di nuove cultivar per risolvere casidel costitutore di nuove cultivar, per risolvere casidi sinonimia-omonimia & per addurre provegenetiche nel mercato delle nuove cultivar

•(Venturi et al. Italus Hortus 2002)

AFLP accessioni disusino: 1- SettembreRosa, 2- Autumn Giant,3- Empress, 4- Grossa diFelisio Grossa di Felisio, Empress Settembre Rosa, Autumn Giant

Obiettivi della ricerca genomica per i prossimi 10Obiettivi della ricerca genomica per i prossimi 10--20 anni20 anni((European Academies of Science Advisory Council ReportEuropean Academies of Science Advisory Council Report))

Molecular breeding

((European Academies of Science, Advisory Council ReportEuropean Academies of Science, Advisory Council Report))

g

conoscenza molecolare approfondita di fenomeni ffisiologici

riduzione del livello di sostanze tossiche eriduzione del livello di sostanze tossiche e antinutrizionali

miglioramento del contenuto in micronutrienti, quali tocoferoli, acido folico, aminoacidi essenziali,

ti t ti icomponenti nutraceutici

miglioramento della produttivitàmiglioramento della produttività

Arabidopsis thaliana 1999

Genomi sequenziatiArabidopsis thaliana - 1999

Oryza sativa - 2000

Zea mays - 2002

Medicago truncatula - in processMedicago truncatula in process

Lotus japonicus - in process

Piante arboree Populus thrichocarpa 2006Populus thrichocarpa 2006

Vitis vinifera - 2007

Malus x domestica 2012

Prunus persica – 2013p

Citrus 2012…

GESTIONE IMPIANTO

Genotipo

Forme di allevamentoGestione della chioma

Irrigazione

N i i DifesaNutrizione DifesaGestione del suolo

Premesse: L’evoluzione del concetto di qualitàCOME DEFINIRE LA QUALITA’L evoluzione del concetto di qualità …….

• Uniformitàn f rm à• Sapore• Assenza di difetti f• Freschezza• ……

• Sicurezza alimentare• Valore nutrizionale• Attività antiossidante

“Di t d i l i”• “Dieta dei colori”• Impatto ambientale• …..

QUALITA’ TRADIZIONALEQUALITA’ TRADIZIONALEQUALITA’ TRADIZIONALEQUALITA’ TRADIZIONALEMISURATAMISURATA

Parametri Tradizionali Parametri Tradizionali e Metodiche Invasivee Metodiche Invasive

Parametri Tradizionali Parametri Tradizionali e metodiche non distruttivee metodiche non distruttive

NIRs • (solidi solubili, acidità, consistenza, colore e clorofilla)

R.S.R, durezza, colore, acidità, rimangono essenziali nella scelta dell’epoca di raccolta

e nelle valutazioni commerciali

Naso elettronico

Risonanza Magnetica• (Tessitura e struttura, alterazioni fisiologiche e fisiopatie)Parametri sensorialiParametri sensoriali

Naso elettronico• (emula le informazioni del naso umano) Impatto

• (consistenza, struttura)

FluorescenzaFluorescenza• (clorofilla, crittogame)

Studi epidemiologici evidenziano gli effetti protettivi di d tti t li t l i idi prodotti vegetali contro alcuni cancri

ProdottiProdotti TargetTarget Effetto protettivoEffetto protettivo

Frutta e ortaggi

Stomaco, Fegato, Colon

ProbabileProbabile

Cereali Seno Limitato

Vegetali Prostata Limitato

Report del World Cancer Research Fund, 2007

Rischio di malattie cardiovascolari è ridotto dall’assunzione di frutta e ortaggi, frutta secca e cereali

Frutta e ortaggi : Poche calorie e grande varietà di vitamine e di

sostanze bioattive sostanze bioattive

Low energyLow energy

Fib

Minerals Sugars

Fibres

Organic

g

Organic acids

terpenes

Questioni chiave

Bi di ibilità • Biodisponibilità

• Stabilità?

• Meccanismo d’azione ?

• Risposta individuale ?

Cambiamenti nei micronutrienti

Genotipo/tecniche colturalicaraContenuto nella pianta atterist

Contenuto nella pianta

assunzioneassunzione tiche ind

assorbimentoassorbimento

dividualicontenutobiodisponibile ibiodisponibile

Trasformazione / Cottura

Nuove forme di utilizzazioneNuove forme di utilizzazione

Nuovi prodotti da antichi frutti

Anche produzioni non alimentari

Alcuni esempi di innovazioni trasferite

• Nuove varietà• Protocolli di propagazione• biofabbriche• microrganismi per l'industria agro-alimentare• film plastici e composti a base di PHA per l’agricoltura e

l’ortoflorovivaismoki di i i• kit diagnostici

• chemicals• ……………………………………………………

micropropagazionemicropropagazione

Innovazioni… in attesa

citrange Troyer citrange Troyer rolABCrolABC / “Tarocco/ “Tarocco

Limone / gene d ll’ d hiti irolABC rolABC / “Tarocco / “Tarocco

nucellare”nucellare”dell’endochitinasi

controllo

transgenico

transgenicotransgenicocontrollocontrollo

Inquadramento del problemaSalinità dei suoli nel mondoSalinità dei suoli nel mondo

Area totale Suoli salini Suoli sodici

Mha Mha % Mha %

Africa 1.899 39 2,0 34 1,8

A i P ifi A t li 3 107 195 6 3 249 8 0Asia, Pacifico e Australi 3.107 195 6,3 249 8,0

Europa 2.011 7 0,3 73 3,6

America Latina 2.039 61 3,0 51 2,5America Latina 2.039 61 3,0 51 2,5

Vicino Oriente 1.082 92 5,1 14 0,8

Nord America 1.924 5 0,2 15 0,8

Fonte: FAO Land and Plant Nutrition Management Service

Totale 12.781 397 3,1 434 3,4

se un’acqua di irrigazione contiene1 g/L di sale, irrigando una coltura

4000 3/h l’ tcon 4000 m3/ha l’apporto annuosarà di circa 4 t/ha

all’aumentare della salinità le piante estraggono acqua dal suolo conmeno facilitàmeno facilità

una elevata salinità del terreno o di un substrato di coltivazione puòprovocare uno sbilanciamento tra nutrientiprovocare uno sbilanciamento tra nutrienti

generalmente i fruttiferi sono molto sensibili alla salinità

la tolleranza alla salinità è variabilecon la pianta, il suolo, le condizioniambientali ed in base alle relativeinterazioniinterazioni

la maggior parte delle aree salinedel mondo sono tali a causa delladel mondo sono tali a causa dellaloro collocazione in zone semiaride o aride

I piccoli frutti, ed in particolare il lampone rosso (Rubus idaeus L.), possono rappresentare una valida alternativa alle colture ortive praticate nel territorio ibleo grazie alla

loro adattabilità alla coltivazione fuori suolo per d i i t t i li h ti bbproduzioni extrastagionali che consentirebbero

l’affrancamento dai mercati esteri

Elementi caratterizzanti il lampone

molta manodopera (raccolta)frutti piccoli delicati e deperibili con raccolta scalarefrutti piccoli, delicati e deperibili, con raccolta scalareappezzamenti piccolicoltivabili in campo e fuori suoloppoca meccanizzazioneimportanza della scelta della cultivar

I punti di forza

adattabilità della coltivazione in terreni marginalipossibilità di incentivare economie locali di qualitàgradimento del consumatore per un frutto associato ad

un’idea di alto valore nutritivo e salutistico

I ti iti iI punti critici

scarsa continuità dell’offerta sul mercatoscarsa continuità dell offerta sul mercatomessa a punto tecniche di coltivazione conservazione,

prevenzione da patogenip p gnecessità di soluzioni tecniche sperimentali per ampliare

il calendario di maturazioneità di t t i tt tt llnecessità di supporto tecnico soprattutto nelle aree

svantaggiate

Resa in raccolta (Kg/ora)

Fragola

( g )

~ 12

Lampone 2-4 a seconda della cv (6-7 Vaiolet)

Mora 5Mora

Mirtillo

5

2 - 3 5 a seconda della pezzaturaMirtillo

Ribes 8 10 a seconda della cv

2 - 3, 5 a seconda della pezzatura

Ribes 8 - 10 a seconda della cv

1 2 1 d d lFragolina 1,2 - 1,5 a seconda del sesto

Produttività (1000 mq)

Fragola 4.400 Kg

Lampone 1.000 - 1.500 Kg

Mora 2.000 - 2.500 Kg

Mirtillo 2.000 Kg

Ribes

g

1 500 KgRibes

Fragolina

1.500 Kg

500 KgFragolina 500 Kg

Il crescente interesse ha spinto i maggiori commercianti aricercare il prodotto per un periodo di tempo quanto più lungop p p p q p gpossibile durante l’anno

Le notizie sullaLe notizie sulla risposta della specie alle condizioni climatiche della Sicilia sud-orientale, alla colti a ione f ori s olocoltivazione fuori suolo ed all’acqua di irrigazione salina sonoirrigazione salina sono molto frammentarie

La conducibilità elettrica dell'acqua di irrigazione è un parametro chepuò discriminare la riuscita della coltivazione del lampone.

L’acqua disponibile per l’irrigazione nel territorio ibleo può presentarelivelli di salinità medio-alti (EC 1500 µS/cm).

Il lampone è classificato tra le specie sensibili alla salinità dell’acqua al pari della fragola (Hill e Koenig, 1999) tollerando livelli soglia di EC pari a 1000

cali di produzione riportati in letteratura (Kotuby-Amacher et al., 2000p p ( y ,- 10% con livelli di 1400 µS/cm- 25% con 2100 µS/cm, - 50% con 3200 µS/cm)50% con 3200 µS/cm).

vengono riportate perdite del 10% di produzione anche a livelli di 900µS/cm (Ayres and Westcot 1985 secondo Lantzke 2004)µS/cm (Ayres and Westcot, 1985 - secondo Lantzke, 2004)

verificare l’adattabilità del lampone alla coltivazione in ambiente protettonell’area pedoclimatica del territorio ibleo

favorire la diffusione di tecniche colturali innovative quali il “fuori suolo”“programmare” le produzioni mediante piantagioni scalariampliare i calendari di commercializzazioneampliare i calendari di commercializzazioneverificare gli aspetti produttivi delle cultivar a confronto

verificare la risposta vegetativa e fisiologica del lampone irrigato con acqueaventi differenti livelli di salinità ed individuazione della soglia massima ditolleranza

monitorare gli effetti delle condizioni colturali sulla fisiologia delle piante esulla differenziazione a fiore delle gemme

evidenziare gli effetti della salinità dell’acqua sui parametri quali-quantitativievidenziare gli effetti della salinità dell acqua sui parametri quali quantitativie di shelf-life della produzione

Impianti realizzati presso il “Centro p pRicerca Ibleo”

Piano delle attività

Cultivar: ErikaAmira

Trapianti: 06 settembre 2012 (Erika)27 settembre 2012 (Amira)

Densità: 4 piante/m

Tecnica di coltivazione: fuori suolo

Substrato: torba

Fertirrigazione

acqua salina (1350 µS/cm) acqua osmotizzata (650 µS/cm)

Portata irrigatori: 2 litri/ora (un irrigatore per pianta)

Turni: 7/giorno

Tempo di adacquata: 1,5I

Per ogni tesi è stata somministrata la stessa soluzionet iti i i l ti h i i l tinutritiva sia in macroelementi che in microelementi:

Sono stati somministrati gli stessi interventi irrigui sia comeh tit ti i di i l i tnumero che come quantitativi di acqua per singola pianta

Rilievi vegeto-produttivi

I rilievi sull’attività vegetativa e riproduttiva sono iniziati all’inizio del mese didicembre

monitoraggio delle principali fasi fenologiche

accrescimento dei germogli principali e dei pollonig g p p p

fotosintesi

traspirazione

scambi gassosi

contenuto in clorofilla foglie (SPAD)

li i tit ti d ll d ianalisi quantitativa della produzione

analisi qualitativa dei frutti

texture dei frutti

Risultati preliminariRi t f l iRisposta fenologica

Amira ha mostrato una emissioneanticipata delle infiorescenze (primametà di novembre) ma esclusivamentesull’asse principale

Erika, ha fatto registrare emissione diinfiorescenze anche dai germogli laterali

Erika ha evidenziato una più intensaattività pollonifera dal substrato dicoltivazionecoltivazione

le tesi irrigate con acqua salina hannoavuto un accrescimento inferiore ma le

a bAccrescimento vegetativo di Erika irrigata con acqua osmotizzata (a) e con acqua salina (b)avuto un accrescimento inferiore ma le

differenze non sono state significative

Risposta fisiologica

15

FOTOSINTESI 

10

2 s

5

μmol/m

2

650

1350

0

le tesi irrigate con acqua non salina hanno mostrato sempre valori superiori

Amira Erika

rispetto a quelle irrigate con acque saline. Tra le due varietà Amira sembrarispondere meglio.

n.b. i dati riportati fanno riferimento ad un unico rilievo eseguito all’inizio dell’attività riproduttiva. I daticomplessivi sono in fase di elaborazione.

15

TRASPIRAZIONE 1 0

CONDUTTANZA STOMATICA 

10

15

/m2 s

6500,6

0,7

0,8

0,9

1,0

m2 s

650

5mmol/ 650

1350

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

mol/m 650

1350

0Amira Erika

0,0Amira Erika

45

50

SPAD  EC Amira Erika

650 10,7 6,5

1350 8 2 5 3Photosyntetic rate

20

25

30

35

40

45

SPAD 650

1350 8,2 5,3

650 2,7 1,7

1350 2,1 1,4

650 0,3 0,1

Transpiration rate

Stomatal conductance of H2O

0

5

10

15

20

k

13501350 0,1 0,1

650 44,6 41,7

1350 42,1 40,4SPAD

Stomatal conductance of H2O

T b ll i il ti d ll i tAmira Erika Tabella riepilogativa della rispostafisiologica delle diverse tesi

Risposta produttiva

Produzione/pianta

350400

Produzione/piantag

250300350

100150200 1350

650

050

100

La raccolta è iniziata nell’ultima decade di dicembre. Tra le due cultivarErika è stata più produttiva in entrambi i trattamenti Le tesi irrigate con

Erika Amira

Erika è stata più produttiva in entrambi i trattamenti. Le tesi irrigate conacqua osmotizzata hanno mostrato una maggiore produttività ma il caloproduttivo delle tesi irrigate con acque saline può rientrare in una sogliadi tolleranza

n.b. il dato produttivo non è definitivo

Analisi qualitativa della produzionePeso medio

(g)

Altezza (mm)

Larghezza (mm) A/L S.S.T.

Acidità titoabile

g/100 mL

S.S.T./acidità titolabile

E ik (1350 S/ ) 6 25 6 21 3 1 2 8 4 1 1 7 9Erika (1350 µS/cm) 6 25,6 21,3 1,2 8,4 1,1 7,9

Erika (650 µS/cm) 5,3 24,9 22,9 1,1 8,7 1,2 7,3

Amira (1350 µS/cm) 3,5 21 19 1,1 9,5 1,12 8,9

Amira (650 µS/cm) 5 22,4 20 1,1 7,6 1,28 5,9

Attività in corso

i rilievi fisiologici vengono realizzati con cadenzamensile

la raccolta effettuata a maturazione di consumoi à fi d i lproseguirà fino ad esaurimento completo

le analisi qualitative vengono effettuate con cadenzale analisi qualitative vengono effettuate con cadenzaquindicinale

mensilmente viene congelato un campione di frutti per ilmonitoraggio dell’accumulo di antocianine

Alla fine del mese di gennaio sono stati messi a dimora astoni autoradicati e frigoconservati per l’ottenimento dellaper l ottenimento della produzione primaverile-estiva

Considerazioni conclusive

l’irrigazione con acqua salina non ha pregiudicato ilregolare accrescimento delle pianteregolare accrescimento delle piante

i livelli produttivi generali ed in particolare quellii livelli produttivi generali ed in particolare quellidelle tesi irrigate con acque saline sembrano esseresoddisfacenti

l’analisi qualitativa della produzione, seppurparziale, appare in linea con gli standard della coltura

la coltivazione del lampone con la tecnica del fuorisuolo può essere considerata una valida alternativa

ll lt ti ti t l t it i iblalle colture ortive praticate nel territorio ibleo

URAP ManoubaUnion Régionale de l’Agriculture

et de la Pêche de Mano baUnione Provinciale Agricoltori

Ragusa Svi Med onlus

CRDA ManoubaCommissariat Régional au Développement Agricole de

Manouba

Progetto co-finanziato dall'Unione Europea - Fondo ENPI

et de la Pêche de Manouba Ragusa Svi.Med. onlus ManoubaComune di Ragusa