Aggiustamento osmotico in foglie e radici di olivo (Olea Europaea L

OSMOREGOLAZIONE IN FOGLIE DI OLIVO SOTTOPOSTO A
CARENZA IDRICA 1
Bartolomeo Dichio, Vitale Nuzzo, Cristos Xiloyannis
Università degli Studi della Basilicata, Dipartimento di Produzione Vegetale, Via N. Sauro 85,
85100 Potenza, Tel. 0971/202164, Fax 0971/202269, E-Mail [email protected]
Riassunto - L’obiettivo del presente lavoro è stato quello di valutare la capacità di
osmoregolazione delle foglie di olivo durante un periodo di carenza idrica.
Le prove sono state condotte in Basilicata (N 40° 24’, E 16° 48’). su piante
autoradicate di olivo (Olea europaea L. cv Coratina) di due anni di età allevate in
contenitori da 18 litri. Per i rilievi sono stati utilizzati quattro gruppi di piante che
presentavano all’alba potenziali idrici fogliari di: -0,45 MPa (controllo), -1,65, -3,25, -5,35
MPa. Dall’analisi dei risultati è emerso che l’aggiustamento osmotico totale (passivo e
attivo) variava in relazione al livello di stress raggiungendo il valore di 2,42 MPa all’alba e
di 3,82 MPa alle ore 17 nella tesi più stressata. Tale meccanismo ha permesso alle foglie di
raggiungere potenziali idrici totali di circa –7,0 MPa senza subire danni irreversibili, ed
inoltre, ha contribuito a stabilire un elevato gradiente di potenziali tra foglie-radici-suolo.
Abstract - The objective of the present work was to evaluate the osmoregulation capacity
of leaves of young olive trees leaves during a period of water stress.
The trials were carried out in Basilicata (N 40° 24', E 16° 48') on two years old
own rooted olive plants (Olea Europaea L. cv Coratina), grown in 18 liters pots. During
the experimental trials, four groups of plants have been settled, with the following predawn
leaf water potential values: -0.45 MPa (control), -1.65, -3.25, -5.35 MPa.The results
pointed out that the total osmotic adjustment has risen, depending upon water stress levels;
in the plot characterized by the highest level of stress (-5.35 MPa) it ranged between 2.42
MPa at predawn and 3.82 MPa at 5 pm. This mechanism permits to the leaves to reach
values of water potentials of about –7.0 MPa, and contribute to establish a high potential
gradient between leaves, roots and soil.
INTRODUZIONE
La capacità di osmoregolazione permette alle piante di sopportare temporanei o
prolungati periodi di carenza idrica (Hsiao et al., 1976). Una elevata concentrazione di
soluti contribuisce all’abbassamento del potenziale osmotico dei tessuti, al mantenimento
del potenziale di turgore e migliora la tolleranza dei tessuti ai bassi valori di potenziale
idrico (Tyree e Jarvis, 1982). L’abbassamento del potenziale osmotico, dovuto all’accumulo
netto dei soluti, è definito come aggiustamento osmotico attivo; la sua corretta
determinazione può essere fatta solo attraverso la misura del potenziale osmotico corretto a
Atti Convegno Nazionale “L’agrometeorologia per
il monitoraggio dei consumi idrici”. Sassari, 3-4 novembre,1999: 113:122.
piena idratazione, oppure misurando il potenziale osmotico a turgore nullo, eliminando
l’effetto della disidratazione (Girma e Krieg, 1992).
Quando nei tessuti cellulari si verifica una perdita netta di acqua simplastica si ha
una riduzione del volume cellulare e una maggiore concentrazione dei soluti, questo
processo è definito aggiustamento osmotico passivo (Lakso, 1985).
La capacità di aggiustamento osmotico attraverso l’accumulo netto di soluti è
stato riscontrato in diverse piante arboree (Jones et al., 1985; Tyree e Jarvis, 1982; Rieger,
1995; Lakso et al., 1984; Larcher et al., 1981). Per le piante che vivono in ambienti aridi, il
mantenimento del turgore cellulare attraverso l’aggiustamento osmotico passivo, è
considerato un meccanismo vantaggioso rispetto alla sintesi di nuovi soluti (Evans et al.,
1992). Poche sono le informazioni disponibili sulla capacità di osmoregolazione dell’olivo,
in condizioni di carenza idrica. Il principale obiettivo di questo lavoro è stato quello di
determinare l’aggiustamento osmotico totale in piante di olivo sottoposte a diversi livelli di
carenza idrica e definire il relativo contributo dell’aggiustamento osmotico attivo e passivo.
MATERIALI E METODI
Materiale vegetale
Le prove sperimentali sono state condotte presso l’Azienda Agricola Sperimentale
Dimostrativa Regionale “Pantanello” di Metaponto (N 40° 24’, E 16° 48’).
Sono state utilizzate piante autoradicate di olivo (Olea europaea L. cv Coratina)
trapiantate alla fine della seconda stagione vegetativa in vasi da 18 l. Il terriccio dei vasi è
stato preparato miscelando tre parti di terra fine e una parte di torba. La terra fine era così
composta: 73,2% di sabbia, 13,3 % limo e 13,5% di argilla.
Subito dopo il trapianto i contenitori sono stati isolati con fogli di alluminio per
evitare l’azione diretta dei raggi del sole, ed il terreno, inoltre, è stato coperto da fogli
impermeabili per evitare la perdita di acqua dal suolo per effetto della evaporazione.
Dal trapianto fino all’inizio della prova il contenuto idrico del suolo di ogni pianta
è stato mantenuto costante intorno all’85% della capacità idrica di campo, ripristinando a
fine giornata l’acqua traspirata dalla pianta. La quantità di acqua traspirata è stata
determinata come differenza tra il peso del vaso al mattino e quello alla sera.
All’inizio della prova sono stati costituiti 4 blocchi di 10 piante ciascuno. Il
contenuto idrico del blocco controllo è stato mantenuto all’85% della capacità idrica di
campo. Negli altri blocchi lo stress idrico è stato imposto restituendo solo una parte
dell’acqua traspirata giornalmente. Le misure sono state eseguite su un gruppo di 4-5 piante
per ogni blocco che all’alba presentavano potenziali idrici fogliari omogenei. In particolare,
i quattro blocchi avevano all’alba i seguenti potenziali idrici fogliari: -0,45 MPa
(controllo),- 1,65 MPa, -3,25 MPa e -5,35 MPa.
La concimazione è stata effettuata dalla ripresa vegetativa fino al riposo
vegetativo, intervenendo ogni 25-30 gg con 3-4 g di concime complesso a lenta cessione di
azoto (Nitrophoska Gold,-BASF-.15N-9P-15K + 2Ca + 17,5 Mg )
Stato idrico
Lo stato idrico della pianta è stato determinato attraverso la misura contemporanea
del contenuto idrico e del potenziale idrico fogliare.
Le misure sono state eseguite su 4-5 foglie mature e ben espanse prelevate, nella
zona mediana del germoglio da ogni pianta del blocco, all’alba ed alle seguenti ore del
giorno: 6, 11, 14, 17.
Un sub-campione di queste foglie è stato utilizzato per la determinazione del
contenuto idrico fogliare (V). In particolare, è stato misurato il peso fresco (PF), e dopo
essiccazione a 80 °C in stufa ventilata, il peso secco (PS). Il contenuto idrico è stato
espresso come percentuale sul peso fresco secondo la relazione: V = 100*(PF-PS)/PF.
Per la misura del potenziale idrico totale (ψW), ogni foglia è stata inclusa in un
sacchetto in polietilene, velocemente inserita in una camera a pressione tipo Scholander
(PMS Instrument co.). Subito dopo la lettura ogni foglia è stata conservata nello stesso
sacchetto e congelata a –80°C. Le foglie così conservate sono state utilizzate per la
determinazione del potenziale osmotico (ψπ) tramite misura di osmolarità del succo
cellulare effettuata con osmometro (Vescor mod. 2000). Allo scopo ogni foglia è stata
scongelata lasciandola, all’interno del sacchetto, per 15’ a temperatura ambiente. Il succo
cellulare e’ stato estratto pressurizzando i tessuti fogliari in apposite siringhe e per ogni
determinazione sono stati utilizzati 100 µl.
Il potenziale osmotico è stato calcolato sulla base della relazione di Van’t Hoff
come descritta da Nobel (1983) considerando una temperature di ambiente di 20° C:
ψπ (MPa) = 0,02437 (m3 MPa mol -1) * osmolarità (mol m-3 )
(1)
Il potenziale di turgore e’ stato ottenuto con l’equazione:
ψP = ψW - ψπ
(2)
In alcuni casi il calcolo ha dato dei valori di potenziale di turgore negativi di 2-3
bar che sono stati considerati come turgore nullo (Ackerson e Krieg, 1977)
Il potenziale osmotico a piena idratazione è stato calcolato attraverso la seguente
formula (Morgan, 1984): ψπ100 V100 = ψπ V; dove ψπ100 e V100 sono il potenziale osmotico e
il contenuto idrico a piena idratazione (contenuti idrici delle foglie di controllo dopo il
riequilibro idrico notturno) e ψπ e V sono il potenziale osmotico e il contenuto idrico dei
campioni nelle condizioni naturali (nei trattamenti e nelle ore della giornata); quindi
ψπ100 = ψπ V/V100
(3)
Per ogni punto si è ottenuto quindi il potenziale osmotico tal quale (ψπ ) ed a
piena idratazione (ψπ100).
Aggiustamento osmotico
L’aggiustamento osmotico totale (∆ψπ) e la componente attiva (∆ψπ100 ) nei
diversi livelli di stress idrico sono state calcolate rispettivamente come differenza tra i
valori di ψπ e ψπ100 delle piante di controllo all’alba e quelli delle tesi nelle diverse ore della
giornata come riportato da Girma e Krieg (1992), quindi :
∆ψπ = (ψπ)alba - (ψπ)giorno
(4)
∆ψπ100 = (ψπ100) alba - (ψπ100) giorno
(5)
Per determinare il contributo della perdita dell’acqua simplastica alla diminuzione
del potenziale osmotico (aggiustamento osmotico passivo) ψπP è stata usata la formula
seguente:
∆ψπP =∆ψπ - ∆ψπ100
(6)
Per ogni livello di stress idrico, le variazioni di aggiustamento osmotico totale,
attivo e passivo durante il giorno, sono state calcolate per differenza tra i valori di questi
parametri all’alba e i valori che presentavano nelle diverse ore del giorno.
RISULTATI E DISCUSSIONE
La capacita dell’olivo di cedere acqua dai propri tessuti al flusso traspirativo, sia in
condizioni idriche ottimali sia in condizione di carenza idrica, determina un abbassamento
dei potenziali idrici fogliari maggiore che nelle altre specie arboree (Tombesi et al., 1986;
Xiloyannis et al., 1988; Xiloyannis et al., 1993; Jorba et al., 1985) . Inoltre tale
meccanismo permette di continuare i processi fotosintetici anche durante periodi di forte
carenza idrica (Xiloyannis et al., 1993)
Dall’analisi dei nostri dati si evince che valori di ψW nelle piante ben irrigate ed in
tutte le tesi di carenza idrica diminuivano durante il giorno e solo nelle piante di controllo si
osserva un recupero nelle ore del pomeriggio (fig. 1a).
I valori di ψπ diminuivano, all’aumentare dello stress idrico. I valori all’alba
variavano da circa –3,0 MPa per le piante di controllo a valori di circa -5,4 MPa per piante
maggiormente stressate (fig. 1b). Nelle piante stressate le variazioni giornaliere del ψπ
presentavano lo stesso andamento delψW, mentre in quelle di controllo si registrava solo una
leggera variazione. Valori più modesti del potenziale osmotico a pieno turgore, rispetto ai
nostri valori rivelati all’alba, sono stati riscontrati in piante di Olea oleaster allevate in
ambiente meridionale (-2,0 MPa nel mese maggio fino a valori di –2,45 MPa nel mese di
settembre) (Lo Gullo e Salleo, 1988). Gli stessi autori conclusero che le variazioni dei
valori di potenziale osmotico nell’olivo erano maggiori di quelle riscontrate in Ceratonia
siliqua e Laurus nobilis .
I valori di ψP misurati all’alba oscillavano da circa 2,5 MPa nelle piante di
controllo fino ad valori di zero turgore per le piante maggiormente stressate (fig. 1c). In
generale, il ψP raggiungeva valori pari a zero nei livelli di stress più elevati, in
corrispondenza di valori di potenziali idrici di circa –3,5 MPa. Il punto di perdita di turgore
a valori di ψW di circa –3,5 è stato trovato da altri autori in piante di olivo (Lo Gullo e
Salleo, 1988; Rieger, 1995). D’altronde altri studiosi, hanno riscontrato attività
traspirativa e fotosintetica in piante di olivo che presentavano ψW decisamente più bassi del
punto di perdita di turgore cellulare, e fino a valori di –6,0 –7,0 MPa ( Tombesi et al., 1986;
Xiloyannis et al., 1993; Angelopoulos et al., 1996). Questo risultato è probabilmente
spiegato dalla difficile determinazione dei valori di ψP dovuto probabilmente agli errori
intrinseci del metodo di misura e di calcolo adoperato. Il metodo utilizzato per la misura
del ψπ, infatti, determina un valore medio di tutte le cellule del tessuto analizzato, dando
una valida indicazione dello stato generale della foglia. Altre metodiche di analisi a livello
cellulare permetterebbero di conoscere le componenti del potenziale idrico totale delle
cellule adiacenti agli stomi che sono quelle direttamente implicate nel movimento
stomatico. Diversi autori hanno suggerito che le cellule di guardia hanno dei meccanismi di
osmoregolazione più efficienti rispetto alla media delle altre cellule.
In piante di olivo il processo di aggiustamento osmotico inteso come risposta
fisiologica della pianta alla carenza idrica, riveste un ruolo rilevante nel mantenimento del
turgore e del biochimismo cellulare. I valori di ∆ψπ, rilevati all’alba aumentavano
all’aumentare dei ψW. Nella tesi più stressata (-5,35 MPa) variavano da 2,42 MPa all’alba
fino a valori di 3,82 MPa alle ore 17:00 (fig. 2a). I valori di ∆ψπ100 aumentavano nei livelli
di stress idrico e nella tesi maggiormente stressata erano pari a 1,04 all’alba e 1,59 MPa
alle ore 17:00 corrispondenti a circa il 42% dell’aggiustamento osmotico totale (fig. 2b).
Valori molto simili di aggiustamento osmotico attivo sono stati riscontrati da Rieger
(1995). Questi in una prova di confronto tra diverse specie ha messo in evidenza che dopo
un periodo 33 giorni di carenza idrica le differenze tra ψπ100 il potenziale osmotico a pieno
turgore tra piante stressate e quelle di controllo erano 1,4 e 0,34 MPa rispettivamente per
l’olivo ed il citrumelo, mentre non ha riscontrato aggiustamento osmotico nelle foglie di
pesco e pistacchio. Lo stesso autore ha riscontrato che in olivo, una riduzione della
conducibilità idraulica delle radici (Lp ) pari a 2,5 g m-1 h-1 MPa-1 causava una riduzione
lineare della pressione di turgore. Tale riduzione veniva compensata dall’aumento di
pressione osmotica in seguito al processo di aggiustamento osmotico. L’effetto
compensativo si esauriva in corrispondenza di ψW di –3,2 MPa, equivalente al punto di
perdita di turgore. Larcher et al., (1981) su piante di Olea europaea cv. Leccino hanno
trovato dei valori di aggiustamento osmotico attivo pari a –0,4 e –0,55 MPa rispettivamente
alla fine del secondo ( livello di stress –6,0 MPa) e terzo (livello di stress –6,6 MPa) ciclo
di stress idrico; valori in termini assoluti mediamente più bassi rispetto a quelli riportati
altri autori.
La capacità di cedere acqua dalle riserve idriche al flusso traspirativo, è un
meccanismo che contribuisce alla concentrazione dei soluti cellulari e quindi alla
diminuzione del potenziale osmotico. Il contributo dell’aggiustamento osmotico passivo, in
olivo, è considerevole ed aumenta all’aumentare dei potenziali idrici fogliari in tutte le tesi
(fig. 2c). I valori di ψπP per la tesi maggiormente stressata variavano da 1,38 MPa all’alba
fino a valori di 2,23 MPa alle ore 17:00, corrispondenti a circa il 58% dell’aggiustamento
osmotico totale (fig. 2c). L’aggiustamento osmotico passivo anche per l’olivo contribuisce
in modo determinante all’aggiustamento osmotico totale, e dal punto di vista di bilancio
energetico viene considerato un meccanismo vantaggioso rispetto alla sintesi di nuovi soluti
(Evans et al., 1992).
L’aggiustamento osmotico (attivo e passivo) nelle foglie di olivo rappresenta uno
dei meccanismi più importanti per la resistenza alla carenza idrica, in modo particolare se
associato ad aggiustamento osmotico da parte dell’apparato radicale. Tale meccanismo
permette alla pianta di instaurare un elevato gradiente di potenziali tra foglie, radici e
terreno e di utilizzare le risorse idriche del suolo fino a valori di -2,5 MPa (Xiloyannis et al.,
1993)
Lavoro svolto nell’ambito del Programma Operativo Multiregionale Progetto
“OTRIS”.
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Atti del convegno Tecniche , Norme e Qualità in Olivicoltura , Potenza, Dicembre, 1993,
123-136.
0
ΨW (MPa)
(a)
-2
-4
-6
(b)
Ψπ (MPa)
-3
-4
-5
-6
-7
(c)
3
ΨP (MPa)
2
1
0
4
6
8
10
12
14
16
ora solare
Figura. 1 Variazioni giornaliere del potenziale idrico fogliare
(a), del potenziale osmotico (b) e del potenziale di turgore (c)
nei diversi livelli di stress (■ -0,45 MPa; O -1,65 MPa; ▲ 3,25 MPa; ✻ -5,35 MPa).
18
4
∆ Ψπ (MPa)
(a)
3
2
1
0
∆ Ψπ 100 (MPa)
(b)
1,5
1,0
0,5
0,0
(c) 2,5
∆ ΨπP (MPa)
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
4
6
8
10
12
14
16
18
ora solare
Figura 2. Variazioni giornaliere dell’aggiustamento osmotico
totale (a), dell’aggiustamento osmotico attivo (b) e
dell’aggiustamento osmotico passivo (c) nei diversi livelli di
stress (■ -0,45 MPa; O -1,65 MPa; ▲ -3,25 MPa; ✻ -5,35 MPa).