Prof Gentile_ presentazione seminari Maggio

PROGETTO COFINANZIATO DALL’UNIONE EUROPEA PROGRAMMA ENPI CT ITALIATUNISIA 2007/2013
Alessandra Gentile
Dipartimento di Scienze delle
Produzioni Agrarie e Alimentari
Università degli Studi di Catania
Gli ambiti di innovazione l
b d
Operare sull’esistente il bisogno di innovazione dei comparti consolidati
il bisogno di innovazione dei comparti consolidati
Cogliere le sfide future
Cogliere
le sfide future
l’agricoltura del domani, le sfide dell’alimentazione
dell
alimentazione, della sostenibilità e della della sostenibilità e della
multifunzionalità
Riflessi sulla didattica
Le grandi sfide del 21°
21° secolo
(Globalizzazione,riscaldamento,carenza idrica)
1. Globalizzazione
- ha portato enormi benefici e grandi disparità, specialmente nelle
economie più povere
- incertezza del mercato del lavoro
Le potenzialità di R&S nei paesi emergenti sono enormi anche grazie ai costi di
produzione più bassi e alle possibilità di accesso ai mercati rispetto alle economie
più avanzate
2. Riscaldamento del pianeta
Cambiamenti climatici
Necessarie appropriate risposte da R&S
• Innovazione colturale, nuovi regimi colturali, nuovi genotipi
• 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
alla
globalizzazione ed alla prossima
istituzione
d l
del
mercato
euromediterraneo
AMBIENTE:
RIDUZIONE INPUT
p evoluzione
delle aspettative dei
consumatori sempre più attenti ai
prodotti
d
salubri,
l b
ottenuti con
metodi
e
tecniche
ecocompatibili
compatibili.
PRODUTTORE:
COSTI
p prevedibile normativa più rigorosa
in
tema
ambientale
d
di
salvaguardia
l
d
CONSUMATORE:
QUALITA’
Agricoltura intensiva e agricoltura sostenibile
Possono essere riconciliate?
1. agronomici
2. chimici
3. fisiologici
4. genetici
5. biotecnologici
Sostenibilità
AM
MBIENTE
E
Agricoltura intensiva
• Salvaguardia degli agroecosistemi e delle
energie non rinnovabili
• Mantenimento della biodiversità e delle
risorse genetiche
• Fertilità del suolo
• Utilizzo di risorse energetiche
g
rinnovabili
• Agricoltore/consumatore salute e qualità della
vita
Può essere raggiunto un compromesso tra loro?
Flusso costante di ricerche,
ricerche innovazione & sperimentazione
Esigenze di innovazione
La concorrenza internazionale e l’evoluzione della filiera
agroalimentare scaricano tensioni rilevanti sulle imprese
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
(2007-2012)
2012)
Obiettivi :
·
a) miglioramento genetico e biotecnologie per creare le piante
del futuro ((più tolleranza agli
g stress, efficienza energetica)
g
)
·
b) alta qualità dei frutti; valore nutrizionale e terapeutico
(nutraceutics)
Research agenda and main focus
1) Salute pubblica & sicurezza alimentare (consumer customized)
2) Sviluppo di agrotecnologie per la sostenibilità; promuovere la
biodiversità, migliorare il paesaggio rurale
3) Sviluppo di prodotti farmaceutici,
farmaceutici piante per produzione di energia,
energia
utilizzo di colture per biofabbriche
4) Competitività, scelte e governo dei consumatori, promozione
coinvolgimento delle risorse umane.
T i dell’innovazione
Temi
d ll’i
i
Biodiversità e risorse genetiche (conoscenza ed
utilizzo)
Miglioramento genetico e biotecnologie
Gestione e difesa
Qualità
Post--raccolta e nuovi utilizzi
Post
Germoplasma, Risorse genetiche, Miglioramento
genetico
Ruolo strategico
diversificazione (alimenti e
prodotti nuovi no-food)
Diminuzione naturale delle risorse
Tutela ed utilizzo della Biodiversità
RUOLO DELLE VARIETA’ LOCALI NEL
MIGLIORAMENTO GENETICO
Geni per qualità
Varietà locali
Geni per resistenza
Cultivar
Specie selvatiche
Geni per produttività e resistenza
Gallo
57-1E-1
Meli
Sant’Alfio
Ippolito
Messina a f.r.
Rosso
Dal muso
Scirè
Biotecnologie e genomica per la
resistenza a malattie, la qualità
della frutta e la sicurezza
alimentare e ambientale
BIOTECNOLOGIE 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
piante
p
cDNA-AFLP
DNA AFLP
Subtractive
Libreries
Array
RNA
A messen
ngers
Differential
Display
RFLP
RAPD
AFLP
SSR
Transcription
factors
SDS-PAGE
2D-PAGE
Isozymes
SCAR
CAPS
SSCP
RGA e AFLP
AFLP-RGA
RGA
HA
S-SAP
SNP
Crystallography
Mass
Spectrometry
TRANSCRIPTOMICA
PROTEOMICA
Fenotipo
GENOMICA
Fingerprinting nei fruttiferi
1234 1234 1234
•Integra il controllo del fenotipo con l’analisi
molecolare del genotipo
•Strumento assai utile per la protezione dei diritti
del costitutore di nuove cultivar,
cultivar per risolvere casi
di sinonimia-omonimia & per addurre prove
genetiche nel mercato delle nuove cultivar
•(Venturi et al. Italus Hortus 2002)
AFLP
accessioni
di
susino: 1- Settembre
Rosa, 2- Autumn Giant,
3- Empress, 4- Grossa di
Felisio
Grossa di Felisio, Empress
Settembre Rosa, Autumn Giant
Obiettivi della ricerca genomica per i prossimi 1010-20 anni
(European Academies of Science,
Science Advisory Council Report)
Report)
Molecular breeding
g
¾ conoscenza molecolare approfondita di fenomeni
fisiologici
¾ riduzione del livello di sostanze tossiche e
antinutrizionali
¾ miglioramento del contenuto in micronutrienti, quali
tocoferoli, acido folico, aminoacidi essenziali,
componentiti nutraceutici
t
ti i
¾ miglioramento della produttività
Genomi sequenziati
Arabidopsis thaliana - 1999
Oryza sativa - 2000
Zea mays - 2002
Medicago truncatula - in process
Lotus japonicus - in process
Piante arboree
Populus thrichocarpa 2006
Vitis vinifera - 2007
Malus x domestica 2012
persica – 2013
Prunus p
Citrus 2012…
GESTIONE IMPIANTO
Genotipo
Forme di allevamento
Gestione della chioma
Irrigazione
N i i
Nutrizione
Gestione del suolo
Difesa
Premesse:
COME
DEFINIRE
LA
QUALITA’
L’evoluzione
L
evoluzione del concetto di qualità …….
• Uniformità
n f rm à
• Sapore
• Assenza di difetti
f
• Freschezza
• ……
• Sicurezza alimentare
• Valore nutrizionale
• Attività antiossidante
• “Dieta
“Di t d
deii colori”
l i”
• Impatto ambientale
• …..
QUALITA’ TRADIZIONALE
MISURATA
Parametri Tradizionali
e Metodiche Invasive
R.S.R, durezza, colore, acidità, rimangono
essenziali nella scelta dell’epoca di raccolta
e nelle valutazioni commerciali
Parametri sensoriali
Naso elettronico
• (emula le informazioni del naso umano)
Parametri Tradizionali
e metodiche non distruttive
NIRs
• (solidi solubili, acidità, consistenza, colore e clorofilla)
Risonanza Magnetica
• (Tessitura e struttura, alterazioni fisiologiche e fisiopatie)
Impatto
• (consistenza, struttura)
Fluorescenza
• (clorofilla, crittogame)
Studi epidemiologici evidenziano gli effetti protettivi
di prodotti
d tti vegetali
t li contro
t alcuni
l
i cancrii
Prodotti
Target
Effetto protettivo
Frutta e
ortaggi
Stomaco, Fegato,
Colon
Probabile
Probabile
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
Low energy
Fib
Fibres
Minerals
Sugars
g
Organic
acids
terpenes
Questioni chiave
• Biodisponibilità
Bi di
ibilità
• Stabilità?
• Meccanismo d’azione ?
• Risposta individuale ?
Cambiamenti nei micronutrienti
Genotipo/tecniche colturali
assunzione
assorbimento
contenuto
biodisponibile
Trasformazione / Cottura
cara
atteristtiche ind
dividualii
Contenuto nella pianta
Nuove 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’ortoflorovivaismo
• kit
ki di
diagnostici
i i
• chemicals
• ……………………………………………………
micropropagazione
Innovazioni… in attesa
citrange Troyer
rolABC / “Tarocco
nucellare”
Limone / gene
d ll’ d hiti
dell’endochitinasi
i
controllo
transgenico
controllo transgenico
Inquadramento del problema
Salinità dei suoli nel mondo
Area totale
Suoli salini Suoli sodici
Mha
Mha
%
Mha
%
Africa
1.899
39
2,0
34
1,8
A i Pacifico
Asia,
P ifi e Australi
A t li
3 107
3.107
195
63
6,3
249
80
8,0
Europa
2.011
7
0,3
73
3,6
America 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
12.781
397
3,1
434
3,4
Totale
Fonte: FAO Land and Plant Nutrition Management Service
se un’acqua di irrigazione contiene
1 g/L di sale, irrigando una coltura
con 4000 m3/ha
/h l’apporto
l’
t annuo
sarà di circa 4 t/ha
‰all’aumentare della salinità le piante estraggono acqua dal suolo con
meno facilità
‰una elevata salinità del terreno o di un substrato di coltivazione può
provocare uno sbilanciamento tra nutrienti
‰generalmente i fruttiferi sono molto sensibili alla salinità
‰ la tolleranza alla salinità è variabile
con la pianta, il suolo, le condizioni
ambientali ed in base alle relative
interazioni
‰ la maggior parte delle aree saline
del mondo sono tali a causa della
loro collocazione in zone semi
aride 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
produzioni
d i i extrastagionali
t
t i
li che
h consentirebbero
ti bb
l’affrancamento dai mercati esteri
Elementi caratterizzanti il lampone
¾molta manodopera (raccolta)
¾frutti piccoli
piccoli, delicati e deperibili,
deperibili con raccolta scalare
¾appezzamenti piccoli
¾coltivabili in campo
p e fuori suolo
¾poca meccanizzazione
¾importanza della scelta della cultivar
I punti di forza
¾adattabilità della coltivazione in terreni marginali
¾possibilità di incentivare economie locali di qualità
¾gradimento del consumatore per un frutto associato ad
un’idea di alto valore nutritivo e salutistico
I punti
ti critici
iti i
¾scarsa continuità dell
dell’offerta
offerta sul mercato
¾messa a punto tecniche di coltivazione conservazione,
prevenzione da p
p
patogeni
g
¾necessità di soluzioni tecniche sperimentali per ampliare
il calendario di maturazione
¾
¾necessità
ità di supporto
t tecnico
t
i
soprattutto
tt tt nelle
ll aree
svantaggiate
Resa in raccolta ((Kg/ora)
g
)
Fragola
~ 12
Lampone 2-4 a seconda della cv (6-7 Vaiolet)
Mora
5
Mirtillo
2-3
3, 5 a seconda della pezzatura
Ribes
8 - 10 a seconda della cv
Fragolina
12-1
1,2
1,5 a seconda
d d
dell sesto
Produttività (1000 mq)
Fragola
4.400 Kg
Lampone
1.000 - 1.500 Kg
Mora
2.000 - 2.500 Kg
Mirtillo
2.000 Kg
g
Ribes
1 500 Kg
1.500
Fragolina
500 Kg
Il crescente interesse ha spinto i maggiori commercianti a
ricercare il p
prodotto p
per un p
periodo di tempo
p q
quanto p
più lungo
g
possibile durante l’anno
Le notizie sulla
risposta della specie
alle condizioni
climatiche della Sicilia
sud-orientale, alla
colti a ione ffuori
coltivazione
ori ssuolo
olo
ed all’acqua di
irrigazione salina sono
molto frammentarie
La conducibilità elettrica dell'acqua di irrigazione è un parametro che
può discriminare la riuscita della coltivazione del lampone.
L’acqua disponibile per l’irrigazione nel territorio ibleo può presentare
livelli 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 p
produzione riportati
p
in letteratura (Kotuby-Amacher
(
y
et al.,, 2000
- 10% con livelli di 1400 µS/cm
- 25% con 2100 µS/cm,
- 50% con 3200 µS/cm).
µS/cm)
vengono riportate perdite del 10% di produzione anche a livelli di 900
µS/cm (Ayres and Westcot,
Westcot 1985 - secondo Lantzke,
Lantzke 2004)
¾verificare l’adattabilità del lampone alla coltivazione in ambiente protetto
nell’area pedoclimatica del territorio ibleo
¾favorire la diffusione di tecniche colturali innovative quali il “fuori suolo”
¾ “programmare” le produzioni mediante piantagioni scalari
¾ampliare i calendari di commercializzazione
¾verificare gli aspetti produttivi delle cultivar a confronto
¾verificare la risposta vegetativa e fisiologica del lampone irrigato con acque
aventi differenti livelli di salinità ed individuazione della soglia massima di
tolleranza
¾monitorare gli effetti delle condizioni colturali sulla fisiologia delle piante e
sulla differenziazione a fiore delle gemme
¾evidenziare gli effetti della salinità dell
dell’acqua
acqua sui parametri quali
quali-quantitativi
quantitativi
e di shelf-life della produzione
Impianti
p
realizzati presso
p
il “Centro
Ricerca Ibleo”
Piano delle attività
Cultivar: Erika
Amira
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)
¾ Portata irrigatori: 2 litri/ora (un irrigatore per pianta)
¾ Turni: 7/giorno
¾ Tempo di adacquata: 1,5
I
Per ogni tesi è stata somministrata la stessa soluzione
nutritiva
t iti sia
i in
i macroelementi
l
ti che
h in
i microelementi:
i
l
ti
Sono stati somministrati gli stessi interventi irrigui sia come
numero che
h come quantitativi
tit ti i di acqua per singola
i
l pianta
i t
Rilievi vegeto-produttivi
I rilievi sull’attività vegetativa e riproduttiva sono iniziati all’inizio del mese di
dicembre
¾monitoraggio delle principali fasi fenologiche
¾accrescimento dei g
germogli
g p
principali
p e dei p
polloni
¾fotosintesi
¾traspirazione
¾scambi gassosi
¾contenuto in clorofilla foglie (SPAD)
¾
¾analisi
li i quantitativa
tit ti della
d ll produzione
d i
¾analisi qualitativa dei frutti
¾texture dei frutti
Risultati preliminari
Ri
Risposta
t fenologica
f
l i
¾Amira ha mostrato una emissione
anticipata delle infiorescenze (prima
metà di novembre) ma esclusivamente
sull’asse principale
¾Erika, ha fatto registrare emissione di
infiorescenze anche dai germogli laterali
¾Erika ha evidenziato una più intensa
attività pollonifera dal substrato di
coltivazione
¾le tesi irrigate con acqua salina hanno
avuto un accrescimento inferiore ma le
differenze non sono state significative
a
Accrescimento vegetativo di Erika irrigata con
acqua osmotizzata (a) e con acqua salina (b)
b
Risposta fisiologica
FOTOSINTESI μmol/m2s
15
10
650
1350
5
0
Amira
Erika
le tesi irrigate con acqua non salina hanno mostrato sempre valori superiori
rispetto a quelle irrigate con acque saline. Tra le due varietà Amira sembra
rispondere meglio.
n.b. i dati riportati fanno riferimento ad un unico rilievo eseguito all’inizio dell’attività riproduttiva. I dati
complessivi sono in fase di elaborazione.
CONDUTTANZA STOMATICA TRASPIRAZIONE 650
1350
5
0
Amira
mol/m
m2s
10
1,0
1
0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
650
1350
Erika
Amira
SPAD SPAD
mmol//m2s
15
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Erika
EC
Amira
Erika
650
10,7
6,5
1350
82
8,2
53
5,3
650
2,7
1,7
1350
2,1
1,4
650
0,3
0,1
1350
0,1
0,1
650
44,6
41,7
1350
42,1
40,4
Photosyntetic rate
Transpiration rate
650
1350
Stomatal conductance of H2O
Stomatal conductance of H2O
SPAD
Amira
Erika
k
Tabella
T
b ll riepilogativa
i il
ti
d ll risposta
della
i
t
fisiologica delle diverse tesi
Risposta produttiva
Produzione/pianta
400
350
300
250
200
150
100
50
0
g
1350
650
Erika
Amira
La raccolta è iniziata nell’ultima decade di dicembre. Tra le due cultivar
Erika è stata più produttiva in entrambi i trattamenti.
trattamenti Le tesi irrigate con
acqua osmotizzata hanno mostrato una maggiore produttività ma il calo
produttivo delle tesi irrigate con acque saline può rientrare in una soglia
di tolleranza
n.b. il dato produttivo non è definitivo
Analisi qualitativa della produzione
Peso
Altezza Larghezz
medio
(mm)
a (mm)
(g)
A/L
S.S.T.
Acidità
titoabile
g/100 mL
S.S.T./acidità
titolabile
E ik (1350 µS/cm)
Erika
S/ )
6
25 6
25,6
21 3
21,3
12
1,2
84
8,4
11
1,1
79
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
¾i rilievi fisiologici vengono realizzati con cadenza
mensile
¾la raccolta effettuata a maturazione
proseguirà
i à fino
fi ad
d esaurimento
i
completo
l
di
consumo
¾le analisi qualitative vengono effettuate con cadenza
quindicinale
¾mensilmente viene congelato un campione di frutti per il
monitoraggio dell’accumulo di antocianine
Alla fine del mese di gennaio
sono stati messi a dimora astoni
autoradicati e frigoconservati
per l’ottenimento
l ottenimento della
produzione primaverile-estiva
Considerazioni conclusive
¾ l’irrigazione con acqua salina non ha pregiudicato il
regolare accrescimento delle piante
¾ i livelli produttivi generali ed in particolare quelli
delle tesi irrigate con acque saline sembrano essere
soddisfacenti
¾ l’analisi qualitativa della produzione, seppur
parziale, appare in linea con gli standard della coltura
¾ la coltivazione del lampone con la tecnica del fuori
suolo può essere considerata una valida alternativa
alle
ll colture
lt
ortive
ti praticate
ti t nell territorio
t it i ibleo
ibl
Comune di Ragusa
URAP Manouba
Union Régionale de l’Agriculture
et de la Pêche de Mano
Manouba
ba
Unione Provinciale Agricoltori
Ragusa
Progetto co-finanziato dall'Unione Europea - Fondo ENPI
Svi Med
Svi.Med.
onlus
CRDA Manouba
Commissariat Régional au
Développement Agricole de
Manouba