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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
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