L’inquinamento dell’aria: dall’ambiente alla

salute

Inquinanti atmosferici e piante: quali relazioni

G. Frenguelli

Dipartimento Biologia applicata,

Università di Perugia

freng@unipg.it

Terni, 14 dicembre 2012

ARPA Umbria

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Principali inquinanti che hanno un

impatto negativo sulle piante

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Principali sintomi visibili

Collasso dei tessuti fogliari con sviluppo di

parti necrotizzate;

ingiallimento o altri cambi di colore;

alterazioni nella crescita o prematura

caduta delle foglie.

A volte questi sintomi possono essere

confusi con danni provocati da funghi,

virus, batteri, insetti o deficienze

nutrizionali.

Generalmente le piante non muoiono, se

non dopo gravi danni ricorrenti.

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Conseguenze sullo sviluppo

Rallentamento o blocco della crescita,

Diradamento nella chioma,

Ritardo nella maturazione,

Aborti o premature cadute dei fiori e frutti,

Diminuzione dei processi fecondativi con

danni ai pollini e/o agli ovuli

Riduzione della qualità dei prodotti.

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SO2 e NOx

Questi inquinanti entrano

nella foglia attraverso gli

stomi quindi agiscono

prevalentemente di giorno.

All’interno si dissolvono

nell’acqua apoplastica e

formano ioni solfito o

bisolfito e nitrito e nitrato,

rispettivamente

La maggioranza delle

foglie riesce a

“disintossicarsi” dalla

SO2, se le concentrazioni

non sono troppo elevate,

ossidandola a solfato

Danni da SO2 con necrosi marginali

e intercostali in foglie di zucca

Piogge acide su

foglia di acero

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Ingresso di SO2 nella foglia e sua

disintossicazione

Danni se la disontossicazione non è sufficiente:

degenerazione delle membrane dei plastidi,

e del plasmalemma,

inibizione di molti enzimi (Rubisco),

scompenso del metabolismo. 6 G.F. 12

Fluoruri

Assorbiti dalle foglie sono generalmente accumulati sui margini e all’apice

Si manifesta clorosi e/o danno alle cere superficiali

Nelle piante più sensibili (es. gladiolo, erba medica, mais) sono sufficienti 20-150 ppm per avere danni

Le più tolleranti arrivano a 4000 ppm senza mostrare alterazioni (frassino, cotone, crisantemo, ecc.)

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PAN (perossiacetil-nitrato)

Collassa le cellule

nelle foglie

soprattutto di

quelle giovani.

Limite tollerato:

sotto 0.02 µL/L,

oltre 0.1 µL/L danni

alla maggioranza

delle piante Foglia di fagiolo con danni da PAN

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Particolato

Depositato sulla superficie fogliare può

inibire la normale respirazione e fotosintesi,

andando a ostruire le aperture stomatiche e

limitando l’assorbimento di luce.

Polveri di cemento determinano anche

clorosi e morte dei tessuti fogliari

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Ossidanti: ozono

L’ozono è il principale inquinante gassoso

ossidante fotochimico;

Alcune piante sono molto sensibili, come

tabacco, pomodoro, vite, fagioli, lattuga,

spinaci

mentre altre sono resistenti come il pero e

l’albicocco.

I sintomi caratteristicamente si osservano

sulla superficie superiore delle foglie e

appaiono come macchie, colorazione

bronzea e clorosi. 10 G.F. 12

Danni da ozono su foglie di fagiolo,

patata, cocomero

= ridotta assimilazione del

Carbonio!

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Conseguenze

Determina un arresto nello sviluppo

vegetativo di tutta la pianta,

deprime il processo di fioritura,

rallenta o blocca la formazione delle

gemme.

Sono le piante giovani le più sensibili, le

più vecchie sono relativamente più

resistenti.

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Formazione di ozono, inquinante

fotochimico

L’ozono entra attraverso gli stomi e si decompone rapidamente originando vari radicali liberi altamente tossici

in quanto sono forti ossidanti e attaccano gli acidi grassi insaturi, gruppi sulfidrilici e

ossidano gruppi nelle catene laterali degli aminoacidi proteici.

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ROS: specie reattive dell’ossigeno

I processi aerobi della respirazione e fotosintesi nelle

piante, nonché l’attività di ossidasi, portano alla

formazione di ROS nei mitocondri, cloroplasti e

perossisomi;

Una quantità di antiossidanti e meccanismi di

demolizione controbilanciano la loro presenza e quella

di ossidanti esogeni a livello intra- ed inter-cellulare

ed impediscono il possibile arresto dello sviluppo,

ritardo della fioritura e formazione di gemme.

Inoltre, i tessuti morti sono facilmente infettati da

funghi

°O2- (radicale superossido) H2O2 (perossido d’idrogeno) HO° (radicale idrossile)

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Stress ossidativo

Le specie ossidanti svolgono ruoli fisiologici fondamentali,

basti pensare all’azione di difesa contro i batteri o alla

trasmissione dei segnali biochimici fra le cellule.

Solamente un loro eccesso dovuto ad uno squilibrio tra la loro

produzione o assorbimento da ossidanti esterni (ozono) e la

capacità di difesa che si realizza con antiossidanti, può

determinare una condizione di stress ossidativo

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Le difese dalle ROS nelle piante sono fornite

dalle proprietà antiossidanti di alcune molecole.

Le piante, per proteggere le cellule e i vari organuli, hanno

evoluto un complesso sistema antiossidante enzimatico che

comprende superossido dismutasi (SOD), catalasi (CAT),

ascorbato perossidasi (APX), perossidasi (POD) , glutatione

reduttasi (GR) ed altri.

Gli inquinanti maggiormente presenti nelle città potrebbero

determinare l’inibizione di alcuni di questi enzimi antiossidanti

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NAD(P)H ossidasi

Nelle cellule vegetali, come radici o polline,

l’enzima NAD(P)H ossidasi catalizza una

reazione in cui si forma lo ione superossido .O2

-

NADPH + H+ + 2 O2 ---> NADP+ + 2H+ + 2.O2-

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Stress ossidativo

(danni a DNA, proteine,

perossidazione lipidi)

Tolleranza verso

successivi stress

Trascrizione

geni specifici

ROS

Morte cellulare

programmata

Produzione

proteine di

difesa

Produzione “normale”

in fotosintesi e respirazione

(controllate da antiossidanti)

Produzione “+ alta”

in stress abiotici

(T°, inquinanti, ferite, ecc)

Produzione “+ alta”

in stress biotici

(patogeni) NADPH

ossidasi

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Stress ossidativo

delle vie aeree

Infiammazione

allergica

Inquinanti

atmosferici

O3, NOx

allergeni

ROS nelle

cellule delle

vie aeree

NADPH

ossidasi

Stress !!

ROS

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Air pollutants influence the NAD(P)H oxidases

activity in cypress pollen (Tedeschini E., Ederli L., Timorato V., Pasqualini S. , Frenguelli G. 5th ESA,

Krakow, 2012)

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ROS e NADH/ NADPH ossidasi

Stazione H2O2

nmol/mg pf

-O2.

μmol/g pf

NADH ossidasi

μmol/g pf

NADPH ossidasi μmol/g

pf

Area rurale 79.731 + 4.26 2.274 + 0.033 2.771 + 0.069 2.948 + 0.076

Area urbana 102.28 + 5.99 2.344 + 0.049 2.976 + 0.039 3.073 + 0.043

I pollini di cipresso prelevati da piante che crescono in

area urbana liberano più ROS e NAD(P)H ossidasi

rispetto a pollini da piante che vivono in aree rurali.

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Degradazione delle ROS

Una maggiore concentrazione di H2O2 rilasciata dai

pollini dell’area urbana non sembra attribuibile ad un

diverso processo di produzione delle ROS nel

granulo pollinico che dovrebbe essere soprattutto a

carico proprio delle NAD(P)H ossidasi.

Un’ipotesi alternativa potrebbe essere che ci siano

differenze tra i due siti per quello che riguarda

invece la capacità di degradare le specie attive

dell’ossigeno.

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Cosa fare?

L’inquinamento dell’aria, è forse uno dei

possibili parametri, in grado di influenzare la

crescita di molte piante, sia forestali sia

alimentari,

interventi mirati all’abbattimento o

contenimento dei livelli di inquinamento

atmosferico

potrebbero arrecare un significativo

contributo alla diminuzione di perdite di

produttività e di danni all’habitat.

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Il “Verde” può comunque aiutare a

risolvere il problema inquinamento

Uso intelligente delle piante per il “verde” con la

scelta di specie più resistenti:

ogni pianta assorbe ed elimina dall’atmosfera una

serie di sostanze nocive, tra esse il particolato

PM10 e PM 2.5,

ma anche gli inquinanti gassosi per accumulo e

disattivazione e per ossidazione metabolica.

Questa capacità dipende dal sistema enzimatico ed

è quindi specifico per ogni specie.

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Le migliori piante per l’abbattimento di O3,

NOx, SO2 senza subire danni evidenti

Robinia pseudoacacia

Platanus occidentalis

Pinus nigra, P. sylvestris

Tilia cordata

Ulmus spp.

Acer campestris, A. platanoides

Molte erbacee (a volte più efficienti degli

alberi)

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