L’utilizzo di sostanze naturali per la protezione delle colture I Bioerbicidi La lotta biologica L’uso di organismi viventi e dei loro prodotti, allo scopo di proteggere le piante dagli agenti biotici dannosi (Tremblay, 1990) La lotta biologica alle piante infestanti Batteri Funghi Virus Insetti e acari Nematodi Animali erbivori Strategie Classica o inoculativa Inondativa La lotta biologica classica o inoculativa Si realizza introducendo il patogeno in un’area limitata rispetto a quella di diffusione della pianta infestante. Se sussistono idonee condizioni ecologiche, l’epidemia si diffonderà consentendo di controllare l’infestante sull’intera superficie colonizzata. Due anni fa, circa un acro di terra della nostra azienda era infestato dallo stoppione (Cirsium arvense (L.) Scop.) ma, al momento in cui le piante erano in fioritura, una ruggine le ha attaccate e nessun seme è riuscito a maturare. Abbiamo arato la terra in autunno e, l’altro anno, abbiamo visto appena una pianta. Se questa ruggine potesse essere sparsa per lo stato, lo stoppione ne verrebbe sostanzialmente controllato (Halsted, 1894). Inoculo INFESTANTE Acacia saligna Ageratina riparia PATOGENO Uromycladium tepperianum Entyloma ageratinae APPLICAZIONI Aree naturali Pascoli, Foreste Chondrilla juncea Puccinia chondrillina Frumento, Pascoli Rubus spp. Phragmidium violaceum Acroptilon repens Subanguina picridis Aree naturali, Aree agricole Pascoli, aree naturali Ageratina adenophora Phaeoramularia eupatorii-odorati Ageratina riparia Ambrosia artemisifolia Entyloma ageratinae Albugo trapogonis Baccharis halimifolia Carduus thoermieri Clidermia hirta Puccinia evadens Puccinia carduorum Colletotrichum gloesporioides f.sp. clidemiae Maravalia cryptostegiae Cryptostegia grandiflora Mimosa pigra Passiflora tripartita Passiflora mollissima Xanthium occidentale Aree naturali, Aree urbane Aree naturali Aree naturali, campi coltivati Pascoli, Aree naturali Pascoli, aree naturali Foreste NAZIONE Sud Africa Hawaii, USA Sud Africa Australia USA Argentina Chile Australia Canada, USA, Azerbaijan Australia, Nuova Zelanda Nuova Zelanda Russia Australia USA Hawaii, USA Pascoli, Aree naturali Australia Spherulina mimosae-pigrae Septoria passiflorae Aree naturali Aree naturali Australia Hawaii, USA Puccinia xanthii Aree naturali, Aree agricole Australia Puccinia chondrillina La lotta biologica inondativa Rilascio di quantità massicce di organismi fitopatogeni in grado di generare rapidamente una malattia di gravità tale da controllare le infestanti. Gli organismi utilizzati, indigeni o esotici, sono inseriti in preparati commerciali, impiegati per rilasci massivi, che per la loro analogia con gli erbicidi chimici sono chiamati micoerbicidi, nel caso di funghi fitopatogeni, o più genericamente bioerbicidi. Formulato commerciale a base di Colletotrichum gloesporioides f.sp. aeschynomene, registrato in USA nel 1982 per la lotta selettiva contro Aeschynomene virginica, nelle colture di riso e soia. Il prodotto, commercializzato sotto forma di formulato polverulento, contiene il 15 % di spore ed è in grado di infettare foglie, piccioli, fusti, semi e plantule. Le lesioni compaiono dopo 3 giorni nel caso di applicazione in serra, e dopo 7-10 giorni se in campo (TeBeest, 1992). Registrato in USA nel 1981, è un formulato commerciale a base di Phytophthora palmivora E. J. Butler ed è utilizzato per la lotta contro la Morrenia odorata negli agrumeti. Viene venduto come sospensione liquida contenente 6x105 clamidospore ml-1, da applicare sul terreno. Causa necrosi dei fusti e la morte delle piante in 16 settimane a seconda dell’età delle stesse BioMal E’ stato il primo bioerbicida registrato e commercializzato in Canada, a partire dal 1992. E’ un bioerbicida a base di C. gloeosporioides f. sp. malvae e viene utilizzato contro Malva pupilla Sm. (Mortensen, 1996). Lubao-2 Autorizzato in Cina, è un formulato commerciale costituito da un isolato di C. gloeosporioides, impiegato per la lotta contro Cuscuta spp. nelle coltivazioni di soia. (Vurro e Bottalico, l.c.) Stumpout Utilizzato in Sud Africa su molte specie di Acacia, come Acacia pycnantha e A. mearnsi, importate dall’Australia e che hanno dato luogo ad infestazioni su vaste aree. E’ un formulato costituito dalle basidiospore del fungo Cylindrobasidium laeve (Morris et al., 1999). BioChon A base di Condrosterum purpureum, viene utilizzato per il controllo di alcune infestanti arboree (de Jong et al., 1990). Altri “bioerbicidi” in via di sviluppo (Charudattan, 2001) INFESTANTE Abutilon theophrasti Althernanthera philo roides Amaranthus spp. Avena fatua Calystegia sepium Chenopodium album Cirsium arvense Convolvulus arvensis Cuscuta spp. Cyperus rotundus Cytisus scoparius Echinochloa crus-galli Echinochloa spp. Egeria densa, E. najas Eichornia crassipes Erytroxylum coca Euphorbia etherofilla PATOGENO Colletotricum coccodes Nymbia alternatherae POSSIBILI APPLICAZIONI Varie colture Corsi d’acqua, paludi NAZIONE Canada Brasile, USA Phomopsis amarathicola Alternaria alternata Trematophoma lignicola Drechslera avenacea Stagonospora convolvoli Asccochyta caulina Phomopsis cirsii Stagonospora convolvulii Alternaria destruens Dactylaria higginsii Cercospora caricis Fusarium timidum Exseohilum fusiforme E. monoceras Colletotrichum graminicola Ortaggi USA Varie colture Varie colture Varie colture Varie colture, aree naturali Varie colture Mirtillo Varie colture Australia,Italia Europa Olanda Europa Europa USA Brasile, Israele Arboreti Varie colture Fusarium sp. Cercospora piropi Alternaria eichorniae Fusarium oxisporium f.sp. erythroxili Centrali idroelettriche Corsi d’acqua, laghi, canali d’irrigazione Piantagioni di coca Bipolaris euphorbiae Varie colture Nuova Zelanda Vietnam, Australia Canada Sud Corea Brasile USA Egitto Nazioni produttrici di coca Brasile Non definite Galimsoga ciliata G. parviflora Hakea sericea Hedychium gardnerianum Imperata cilindrica Colletotrichum gloesporioides Varie colture Russia Colletotrichum gloesporioides Ralstonia solanacearum Arboreti Foreste Sud Africa Hawaii, USA Varie colture Aree naturali, bordi strade Malaysia USA Orobanche spp. Colletotrichum caudatum Bipolaris sacchari; Drechslera gigantea Fusarium oxysporium Varie colture Pueraria lobata Rotboellia chochinchinensis Sagittaria spp. Senna obtusifolia Sesbania esaltata Myrothecium verrucaria Sporisorium aphiuri Colletotrichum gramidicola Rhynchosporium alismatis Alternaria cassie Colletotrichum truncatum Bordi strada, Aree naturali Cereali Solanum viarum Sphenoclea zeylanica Ralstonia solanaceaurum Alternaria sp. Colletotrichum gloesporioides Fusarium nygamai Fusarium oxysporium Fusarium semicetum va. majus Agrumi Riso Isolato fungino MAC 1 Gibbago trianthemae Tappeti erbosi, giardini Varie colture Sudan, Germania USA Tailandia, Regno Unito Australia Brasile Mississippi USA Florida USA Filippine, Malaisia Sudan, Germania Africa occidentale, Canada Canada India Fusarium timidum Myrotecium verrucaria Chondrosterum purpureum Drechsleara gigantea, E rohilum longirostratum, E. rostratum Sclerotinia sclerotiorum Varie colture Varie colture Piantagioni da legno Agrumi, aree naturali Nuova zelanda USA Canada, USA USA Varie colture Alternaria zinnie Colletotrichum orbicolare Varie colture Australia, nuova Zelanda, USA Australia Striga hermonthica Taraxacum officinale Trianthema portulacastrum Ulex europaeus Varie infestanti annuali Varie infestanti arboree Varie infestanti graminacee Varie infestati Xanthium spp. Riso Soia Soia e riso Varie colture LE SOSTANZE DI ORIGINE NATURALE Piante superiori Batteri Insetti Funghi Insetti Cantaridina da Lytta vesicatoria Batteri BATTERIO PRODUTTORE Coronatina Pseudomonas siringae pv. atropurpurea Rizobiotossine Rizobium japonicum Faseolotossine Pseudomonas siringae pv. Phaseolicola Tabtossina Pseudomonas siringae pv. tabaci Tegetitossina Pseudomonas siringae pv. tagetis SOSTANZA PIANTA OSPITE Lolium spp. Glicine max Diverse Nicotiana spp. Tagetis patulo L. Heliopsis spp. Attinomiceti Streptomyces viridochromogenes (bialaphos, precursore della fosfinotricina) Le fitotossine Sostanze prodotte da funghi patogeni e che risultano tossiche per le piante Specifiche (tossiche solo per la specie che ospita il fungo produttore) Aspecifiche (tossiche anche per specie diverse dall’ospite del fungo produttore) Pathogens of grass weeds producing phytotoxins Ophiobolin (Drechslera spp.) De-O-Methyldiaportin (Drechslera siccans) Eremophilans (Drechslera avenae) Pyrenophorol (Drechslera avenae) Accrescimento Saggi fogliari Scale of the phytotoxic effects Leaves 0 2 1 3 4 Plantlets 0 1 2 3 Phytotoxicity symptoms D. siccans culture filtrate Control Phytotoxic effects on the roots D. siccans culture filtrate Control Estratto Estratto + Conidi Conidi Lolium multiflorum 400.000 conidi/ml +estratto 400.000 conidi/ml Piante superiori Le piante superiori sono in grado di produrre “prodotti secondari”, cioè metaboliti non facenti parte dei processi metabolici principali coinvolti, fra l’altro, in meccanismi di difesa da funghi patogeni, insetti e nematodi, oltre ad essere utilizzati dalla pianta per competere con altri individui (competizione interspecifica). In quest’ultimo caso si parla di prodotti allelopatici, in quanto fitotossici per altre specie o persino per la specie che li produce (autotossici). Sostanze prodotte da piante superiori CLASSE CHIMICA COMPOSTO Chinoni juglone sorgoleone 1-8 cineolo florizina acido gallico caffeina psoralina xantotossina mimosina ac. amminolevulinico glutine idrolizzato arbutina ac. cinnamico durrina tiocianato Terpenoidi Flavonoidi Tannini Alcaloidi Cumarine Derivati amminoacidici non proteici Derivati amminoacidici proteici Composti fenolici Acidi aromatici Glucosidi cianogenetici Tiocianati PIANTA D’ORIGINE Juglans regia Sorghum spp. Salvia spp. Malus spp. Euphorbia spp. Coffea spp. Psoralea spp. Ammi majus Mimosa spp. Leucaena glauca Zea mais Arctostaphylos uva-ursi Parthenium argentatum Sorghum spp. Brassicaceae Glutine di mais La farina di glutine di mais è un efficace erbicida di pre-emergenza per numerose infestanti a foglia larga e gradinacee. Il vantaggio è costituito dal fatto che è una sostanza non tossica, relativamente economica e biodegradabile. Poiché contiene una notevole quantità di azoto può essere considerato ed utilizzato sia come erbicida che come fertilizzante. Benché agisca su un numero elevato di malerbe c’è una variazione di efficacia sufficiente per considerarlo in qualche maniera selettivo. È stato utilizzato con successo su tappeti erbosi e su coltura di fragola, bisognerebbe sperimentarlo su altre colture. Essendo un prodotto naturale potrebbe trovare utilizzo in agricoltura biologica (www.aiab.it) Estrazione dei metaboliti Cover-crops Pacciamatura o interramento della biomassa Oli essenziali da piante officinali Dudai et al., 1999 LE SOSTANZE NATURALI: VANTAGGI Attività sostanzialmente indipendente dalle condizioni ambientali Nuove strutture chimiche Meccanismi d’azione diversi di quelli già conosciuti Possibilità di costituire la base per la sintesi di nuove molecole ad attività erbicida Maggiore sicurezza ambientale Compatibilità ambientale delle fitotossine È opinione diffusa tra molti ricercatori che le fitotossine presentino profili ecotossicologici migliori delle molecole di sintesi. Tale caratteristica andrebbe verificata caso per caso; tuttavia, in linea generale, si tratta di sostanze già presenti in natura in quanto provenienti da normali cicli biologici e quindi anche più facilmente degradabili (Duke, 1986a). Inoltre le micotossine presentano caratteristiche chimiche che supporterebbero questa tesi. Infatti nella maggior parte dei casi non sono, come gli erbicidi di sintesi, degli idrocarburi alogenati, sostanze delle quali è ben nota la pericolosità nei confronti dell’ambiente e dell’uomo (Abbas e Duke, l.c.). Scoperta di nuovi erbicidi Herbicide resistant grass weeds in Italy www.weedscience.com Species Common Name Year Herbicide Mode of Action Avena sterilis ludoviciana Sterile oat 1992 ACCase inhibitors Echinochloa crus-galli Barnyardgrass 2000 Ureas and amides Phalaris paradoxa Hood Canarygrass 1998 ACCase inhibitors Lolium multiflorum (Multiple Resistance) Italian Ryegrass 1995 ACCase inhibitors ALS inhibitors Fitotossine aventi meccanismo d’azione diverso da quello degli erbicidi in commercio TOSSINA SITO D’AZIONE PRINCIPALE PROCESSO FISIOLOGICO INIBITO + Fusicoccina K -ATPasi Ofiobolina A AAL-tossina Calmodulina Aspartato carbamoil transferasi ATPasi microsomale CF1-ATPasi CBT-Tossina Tentossina RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO Alterazione del potenziale idrico delle membrane cellulari Distruzione tessuti cellulari Sintesi della pirimidina Gilchrist, 1983 Vari Trasferimento energetico Macri et al., 1983 Steele et al., J.A., 1976 Leung et al., 1985 Gilchrist, 1983