Determinazione della risposta spettrale dell`epidemia di

Bollettino della Comunità Scientifica in Australasia
Ambasciata d’Italia
Giugno 2004
CANBERRA
Determinazione della risposta spettrale dell’epidemia di filossera della
vite
Luigi J. Renzullo
Introduzione
La filossera (Daktalosphaira vitifoliae Fitch) è un insetto simile ad un afide che si nutre di
radici ed è considerato unanimemente come il parassita delle viti più dannoso al
mondo. Una volta che un vigneto viene attaccato dalla filossera, l’unico rimedio a
lungo termine è ripiantare le viti malate con innesti resistenti. Uno fra i metodi più
efficaci per limitare il diffondersi della filossera è lo sviluppo tempestivo di protocolli
di quarantena e norme di accesso al vigneto. A tale proposito, vi è un forte interesse
da parte dell’Australia nei metodi per una diagnosi precoce [1-3] e in particolare nelle
immagini ottenute con il telerilevamento.
Le tecnologie di telerilevamento sono state utilizzate nell’industria della viticoltura per
registrare la variabilità nello sviluppo e maturazione dei tralci all’interno del vigneto. Il
vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di controllare un’area molto più vasta del
vigneto rispetto ai metodi su campo. Inoltre, è stato dimostrato che le osservazioni
tramite telerilevamento come la fotografia ad infrarossi e le immagini multispettrali ed
iperspettrali permettono di identificare con successo i punti deboli nei tralci delle
vigne causati dalla filossera [2-4]. Tuttavia, poiché i sintomi visibili dei danni provocati
dalla filossera nelle vigne sono simili a quelli dovuti ad altri tipi di malattie, l’analisi del
terreno è necessaria al fine di isolare le aree identificate per delle verifiche.
Per una diagnosi precoce dell’epidemia di filossera è necessario determinare la risposta
chimica e spettrale della vigna all’insetto. Questo resoconto descrive come la
spettrometria di riflettanza ad alta risoluzione possa essere usata per identificare
specifiche regioni spettrali sensibili all’epidemia di filossera. La spettrometria di
riflettanza è un requisito necessario al telerilevamento aereo e spaziale e si intendono
utilizzare le scoperte del lavoro spettrometrico per lo sviluppo di future tecnologie di
telerilevamento, utili per una diagnosi precoce della filossera.
Risposta delle viti all’infestazione da filossera
Le analisi superficiali del terreno sono finalizzate alla “localizzazione” di epidemie da
filossera osservando le risposte delle viti al parassita mentre si manifestano nel
fogliame. La filossera danneggia le radici, inibendo la capacità di una vite di assorbire
acqua e sostanze nutritive dal terreno. Ciò indebolisce la vigna e la rende incline a
infezioni secondarie causate da funghi presenti nel terreno [5]. Una volta indebolita,
una vigna infestata dalla filossera, rispetto ad una vigna sana, presenterà dei tralci di
misura ridotta e le sue foglie diventeranno gialle prematuramente. L’ingiallimento delle
foglie (conosciuto come clorosi) è dovuto a concentrazioni ridotte di clorofilla, in
risposta ad un minore assorbimento di sostanze nutritive ed acqua delle radici, poiché
la vigna ridistribuisce le risorse lontano dalle foglie per limitare i danni causati dalla
filossera [6 ].
I sintomi visibili nei tralci delle vigne – almeno a 2-3 anni dall’infestazione iniziale –
sono prontamente riscontrabili nelle immagini del telerilevamento [1,3,4]. La risposta
fisiologica delle piante a qualsiasi malattia è spesso la stessa [7], e la sfida del
telerilevamento è sviluppare una strategia di mappatura per i vigneti che si basi
unicamente sulle risposte delle vigne all’infestazione da filossera. Si è notato [1, 4] che
le immagini raccolte con alcuni dei moderni sistemi di telerilevamento (a) non
distinguono i sintomi della filossera da quelli causati da altre malattie, e (b) non
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possiedono la sensibilità necessaria a rilevare piccoli cambiamenti nella fisiologia della
vigna che precedono i sintomi visibili.
I dati che più si addicono al compito di distinguere i danni provocati dalla filossera da
quelli dovuti da altri agenti sono ottenuti grazie alla spettrometria di riflettanza ad alta
risoluzione. La spettrometria di riflettanza é stata usata per qualificare la risposta
spettrale della vegetazione ad una serie di parassiti [es. 7-9]. Riportiamo di seguito
alcuni risultati preliminari delle investigazioni sulle risposte spettrali della vite alla
filossera attraverso dati ad alta risoluzione spettrale.
Spettrometria su campo
Un team di ricercatori del CSIRO Division of Land and Water, ACT, Department of
Primary Industries, Victoria, e dell’Università del New England, NSW, hanno
condotto ricerche su campo durante le coltivazioni di viti fra il 2003 ed il 2004 presso
alcuni vitigni nelle zone centrali e nord-orientali dello stato del Victoria. Un aspetto
importante di questo lavoro è l’acquisizione di misurazioni di riflettanza sul terreno ad
alta risoluzione spettrale (intervalli di campionamenti di 1-nm fra i 350-2500 nm) delle
vigne attaccate dalla filossera e di quelle “sane” (ovvero non attaccate dalla filossera).
La ragione della raccolta di questi dati proviene dalla convinzione che, combinandoli
con le misurazioni della chimica delle foglie, essi offriranno ulteriori elementi per
l’individuazione della filossera identificando specifiche regioni spettrali sensibili
all’epidemia (ulteriori dettagli sono disponibili su Renzullo et al., [1]).
Le misurazioni della riflettanza sono state effettuate a livello dei tralci e delle singole
foglie con lo spettroradiometro portatile Analytical Spectral Devices FieldSpec-FR.
Le figure 1 e 2 presentano alcuni spettri di riflettanza misurati in due delle campagne
di misura del 2004. Gli spettri corrispondenti alle vigne attaccate dalla filossera sono
evidenziati in grigio, mentre gli spettri delle vigne sane sono evidenziati in nero.
Gli effetti delle infestazioni della filossera sulle riflettanze dei tralci è illustrata nella
Fig.1. Il grafico mostra gli spettri di riflettanza dei tralci di singole vigne. A differenza
della radiazione elettromagnetica di lunghezza d’onda visibile, la radiazione del vicino
infrarosso (NIR) non possiede l’energia necessaria per provocare l’eccitazione degli
elettroni e quindi non viene assorbita dai pigmenti della foglia. La radiazione NIR
viene riflessa o trasmessa da ogni foglia nei tralci di una vigna. Il risultato combinato è
la dispersione di radiazioni NIR, il che porta ad elevati valori di riflettanza, fra i 740 e
i 900 nm. Nella densità ridotta dei tralci di una vigna infestata vi sono meno foglie che
contribuiscono alla dispersione di radiazioni NIR e conseguentemente le riflettanze
dei tralci per le lunghezze d’onda corrispondenti sono meno nelle vigne infestate che
in quelle non infestate.
Le misurazioni della riflettanza delle foglie sono state effettuate sia nelle foglie mature
delle vigne infestate che in quelle delle vigne non infestate. Nei dati presenti nella Fig.
2, le dimensioni dei campioni vanno dalle 9 alle 12 foglie. La statistica-F è stata
utilizzata per misurare il significato statistico delle differenze osservate negli spettri di
riflettanza medi dei campioni infestati e non infestati. Differenze con valori-F (valoreF; linee grigie tratteggiate) minore del valore-F critico (F-critico; linee nere a barre),
sono considerate irrilevanti nel 95% dei casi. Nessuna differenza significativa è stata
osservata fra le curve di riflettanza medie durante gli inizi della stagione della
maturazione (Novembre, Fig. 2a e b). Tuttavia, in Gennaio (Fig. 2c e d), notevoli
differenze sono state osservate nella maggior parte della gamma spettrale, e le
differenze più significative si riferiscono alle lunghezze d’onda fra i 570-642 nm e i
718-728 nm. Si noti che il picco nelle popolazioni di filossera è stato osservato nelle
radici delle vigne nel luogo campione durante il periodo Gennaio-Febbraio [10].
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Riflettanze più elevate nelle foglie fra i 550 e i 650 nm (Fig.2c e d) si sono dimostrate
tipiche della risposta di una pianta alla malattia [es. 8,11]. Col maturare di una vigna
sana, le sue foglie si scuriranno a causa di un aumento dell’assorbimento di radiazioni
visibili da parte delle maggiori concentrazioni di pigmenti della foglia (e.g. xantofilla,
carotene e clorofilla) e di un aumento dello spessore della foglia. Tuttavia, in una vigna
infestata si riscontra poca differenza fra le foglie giovani e quelle in via di maturazione,
a causa della limitata capacità della vigna di assorbire acqua e sostanze nutritive (in
altre parole la filossera impedisce alla vigna di maturare). Il cosiddetto “red edge”,
ovvero la transizione da basse ad alte riflettanze fra 700 e 740 nm, è un'altra regione
spettrale molto studiata, particolarmente in relazione alla diagnosi precoce o pre-visiva
della malattia delle piante. Ci sono piccole variazioni nella forma degli spettri di
riflettanza lungo il red edge in relazione al contenuto e/o fluorescenza della clorofilla
[9]. Ciò, tuttavia, non è stato ancora esplorato in dettaglio.
Considerazioni finali e future ricerche
I dati di alta risoluzione spettrale provenienti dalla spettrometria di riflettanza possono
mostrare regioni con lunghezza d’onda sensibili all’infestazione da filossera su una
scala più precisa rispetto a molti dei sistemi tradizionali di telerilevamento. I risultati
della spettrometria su campo descritti in questo resoconto sono compatibili con le
osservazioni fatte da molti ricercatori che operano nell’area delle malattie delle piante.
Sono tuttavia necessarie ulteriori ricerche per accertare se la risposta spettrale delle
vigne infestate dalla filossera è distinguibile da quella delle vigne affette da altri
disturbi. Inoltre, una diagnosi precoce presuppone l’identificazione di sottili differenze
negli spettri di riflettanza dovute alla chimica della foglia, che spesso sono i primi
indicatori della malattia. La spettrometria di riflettanza ad alta risoluzione spettrale,
come descritto in questo resoconto, sarà preziosa per queste investigazioni e potrebbe
portare allo sviluppo di tecniche operative altamente efficienti usando sistemi di
telerilevamento aereo e spaziale.
Futuri lavori in programma comprendono l’integrazione delle misurazioni di
riflettanza effettuate su campo con i dati chimici della foglia ottenuti attraverso la
cromatografia liquida ad alta risoluzione (HPLC). Con questo si indagherà su come
l’infestazione da filossera possa influire sulle concentrazioni di pigmenti nelle foglie e
come, a sua volta, ciò incida sulle riflettanze spettrali.
Il compito di identificare una risposta spettrale alle epidemie di filossera migliorerà
grazie all’uso di prove controllate in serra che si stanno realizzando presso il
Department of Primary Industries, a Rutherglen. Le condizioni controllate delle prove
in vaso faciliteranno il confronto degli spettri di riflettanza per i diversi disturbi
(filossera, disidratazione e mancanza di nutrimento). I risultati di queste prove saranno
presentati alla conferenza sull’industria dell’uva e del vino nel corso di quest’anno.
Bibliografia e figure da pagina 26
Dr Luigi J. Renzullo
CSIRO Land and Water
Environmental Remote Sensing Group,
Black Mountain Laboratories,
Canberra, ACT, 2601
Versione originale in inglese
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