Workshop
Capracotta (IS) - 6-7 giugno 2012
Biologia degli stress in Salicaceae:
modelli di ricerca propedeutici a piantagioni
multifunzionali
Impiego di genotipi di
salicacee per interventi di
fitorimedio
Pier Mario Chiarabaglio
Nervo G., Facciotto G., Vietto L., Castro, G., Mughini G.
CRA - Unità di ricerca per le Produzioni Legnose fuori Foresta (CRA-PLF)
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Premessa
Finalità del CRA-PLF:
… Sviluppa nuovi impieghi delle colture legnose a rapido
accrescimento per la protezione delle acque di
superficie dall’inquinamento, per la rinaturalizzazione e
per la decontaminazione di aree inquinate da emissioni
industriali (fitodepurazione e fitorisanamento) …
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Archivi vegetali presso l’az. Mezzi
P. nigra 718
Salix spp. 590
altro 112
P. deltoides
433
P. xcanadensis
202
P. alba 229
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Esperienze
Tipologia
Fascia tampone boscate
Micorrizazione
Impiego acque reflue
Salinità
Fitorimedio
Stress idrico artificiale
Strumenti disponibili
esperienze in
corso
superficie
totale
[ha]
20 (2)
1 (1)
1 (1)
1 (1)
4 (4)
150
1
1
1
3
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fascia tampone
Località
Frassineto Po
AL
Palazzolo
vercellese VC
anno di
Densità
specie (cloni)
Superficie
impianto
impianto
1996
20052008
Populus nigra,
Populus alba,
Salix alba
Populus nigra,
Populus alba
1100
285
Obiettivo
2,5 ha
riduzione carichi N
in presenza di
coltivazioni intensive
mais
15 ha
riduzione carichi N
in presenza di
coltivazioni
intensive
riso
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fascia tampone a Frassineto Po
N-NH4+ > 0,50 mg/l
N-NO3- > 1,87 mg/l
Lanca di Rivarossa
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fascia tampone a Palazzolo vercellese
PO43– P >
N-NH4+ >
N-NO3- >
P. nigra Gene Conservation Unit
P. alba seed stand
Buffer forest against flooding
Mesophilous forest
1,14 mg/l
0,80 mg/l
0,83 mg/l
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Piante micorrizate
Località
Caramagna
Piemonte CN
az. Merlino
anno di
Densità
specie (cloni)
Superficie
impianto
impianto
2009
P. alba
(60 genotipi)
1600
1,3 ha
Obiettivo
valutare effetti
micorrizazione su
resistenza allo
stress idrico
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Pioppi bianchi micorrizati
Micorrizazione con una
combinazione di microrganismi
del genere Glomus, di batteri
appartenenti ai generi
Pseudomonas e Bacillus, di
Attinomiceti del genere
Streptomyces e di funghi
saprofiti del genere
Trichoderma mediante
inzaffardatura delle radici.
P . a lba
mi corri zate; LS Means
Current effect: F(1, 224)=76.270, p=.00000
75
70
65
60
55
Media circonferenza
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Pioppi bianchi micorrizati
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
si
no
mi corri zate
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Impiego acque reflue
Località
Mussomeli CL
anno di
impianto
specie
2008
Populus spp.,
Robinia
pseudacacia,
Eucalyptus
camaldulensis
E. globulus,
Acacia saligna
Densità
Superficie
impianto
6600
0,5 ha
Obiettivo
valutare
potenzialità terreni
sud per produzione
biomassa
irrigazione a goccia
con acque reflue
dopo depuratore
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Impianto di pioppi a Mussomeli
Media del n. di polloni per ceppaia (Sn),
diametro mm (D130), altezza totale cm
(Ht), biomassa Odt ha-1 (DB) per specie
al 2° anno e per anno (DBy)
specie
Sn D130 Ht DB DBy
A. saligna
2.5 30 321 24.8 12.4
E. camaldulensis 1.7 30 298 10.6 5.3
E. globulus
1.1 31 331 7.8 3.9
Pioppi
1.4 22 272 5.8 2.9
Robinia
1.6 17 227 2.9 1.4
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Salinità
Località
Lentini SR
Az. San
Giovanni
Arcimusa
anno di
impianto
2012
specie
P. xcanadensis
(10 cloni)
Densità
Superficie
impianto
1100
0,5 ha
Obiettivo
Valutare stress per
irrigazione con
acqua con tenore di
sale elevato
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Impianto di pioppi a Lentini
Acqua con SAR = 4,5
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fitorimedio
Località
Rocca
Massima LT
Scarlino GR
Scarlino GR
Alessandria
anno di
impianto
specie
2004
Populus nigra
var. italica
2006
Populus spp. (5
cloni), Salix
spp. (5 cloni),
Eucalyptus
spp. (16 cloni)
2010
P. xcanadensis
(2 cloni Orion,
Imola)
2012
P. xcanadensis
(35 cloni) Salix
spp. (10 cloni)
Densità
Superficie
impianto
1300
-
1100
9000
Obiettivo
0,12 ha
Valutare capacità
fitorimedio pioppo
su reflui oleari
Vaso
Valutare capacità
fitoestrattiva delle
foglie per Arsenico
0,2 ha
Verificare capacità
estrattiva suolo prova in corso
0,02 ha
Verificare capacità
estrattiva suolo prova in corso
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fitorimedio a Rocca Massima
Variazioni di alcune caratteristiche chimico-fisiche
delle acque di vegetazione raccolte al secondo anno
nell'impianto di fitodepurazione
dic-05
mar-06
lug-06
pH
4.7
6.7
7.6
Conduttività (mS/cm)
10
7.7
3.7
COD (mg/l)
37700
14600
550
BOD5 (mg/l O2)
10800
3400
270
Fenoli totali (mg/g)
249
147
5
Produzione di sostanza secca t ha-1
18
16.7
16
biomassa prodotta
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fitorimedio a Rocca Massima
14
12
10
8
5.2
6
4
2.8
2
0
0
1
Anno dall'impianto
2
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fitorimedio a Scarlino – in vaso
1 anno di accrescimento in vaso
Valutazione assorbimento
Arsenico
pioppi
salici
eucalitti
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fitorimedio a Scarlino – in campo
Substrato con presenza di
Arsenico, altri metalli pesanti,
ceneri di pirite
Impianto di 2 cloni Orion e Imola
nel 2010 – prova in corso
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fitorimedio a Scarlino – in campo
Nel 2011 sostituzione fallanze
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Fitorimedio Alessandria
Substrato con presenza di metalli pesanti
Impianto nel 2012 di
P. xcanadensis (35 cloni)
Salix spp. (10 cloni)
– prova in corso
Stress artificiale
Idrocambio
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Idrocambio
Stress idrico sull’accrescimento
dendrometro
Sensore umidità suolo
Variazioni radiali del fusto da marzo a novembre
19,5
17,5
15,5
13,5
stress I214
stress dvina
control I214
control dvina
11,5
9,5
7,5
5,5
3,5
1,5
-0,5
29
/3
6/
4
14
/4
25
/4
7/
5
19
/5
30
/5
11
/6
23
/6
5/
7
16
/7
28
/7
9/
8
21
/8
1/
9
13
/9
25
/9
8/
1
19 0
/1
31 0
/1
12 0
/1
1
Cumulative radial growth (mm)
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Stress idrico sull’accrescimento
Time
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Populus nigra L. come caso di studio
per la valutazione degli effetti dei
cambiamenti climatici
Azienda
Sperimentale
Mezzi
Areale di diffusione di Populus nigra
campo
sperimentale
Obiettivi:
valutare l’influenza di condizioni di deficit o di surplus idrico su 9
cloni di pioppo nero provenienti da diverse latitudini del suo areale
di distribuzione per evidenziare l’adattamento della specie a
variazioni climatiche simulate attraverso regimi idrici differenti.
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Regimi idrici
3 regimi idrici:
Ambient: soggetto a precipitazioni
naturali
Dry:
protetto dalle precipitazioni e
irrigato artificialmente con 1/3
delle precipitazioni
Wet:
soggetto alle precipitazioni e
irrigato artificialmente con 2/3
in più delle precipitazioni
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Parcelle “dry”
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Attività svolta in campo …
•
•
•
•
•
Caratterizzazione stazionale
Rilevamento dati meteo in continuo
Monitoraggio in continuo dell’umidità del suolo
Monitoraggio in continuo della crescita radiale
Rilevamento dati biometrici e fisiologici
(temperatura fogliare, potenziale idrico
fogliare, contenuto in clorofilla, fluorescenza
fogliare, malattie, misurazioni radiometriche
sulle foglie)
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
… e nei cassoni
1.
Sono stati realizzati 2 cicli di
stress idrico
2. SWC è sceso a 10 % mentre
capacità di campo al 36 %
3. PWP (predawn leaf water potential),
RWC (Relative Water content)
misurati al punto 0, alla fine del
primo periodo di stress, dopo un
periodo di reidratazione e alla fine
del secondo periodo di stress
4. Alla fine di ogni periodo di stress è
stato misurato potenziale osmotico
a turgore massimo e l’elasticità della
parete cellulare.
I 3 regimi idrici hanno permesso di differenziare
il SWC ma non in modo così elevato
Data*Treatment; Avg MQ
40
Wet
Ambient
Dry
35
Soil Water Content (%)
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Risultati
30
25
20
15
10
5
0
Lug-06
Ago-06
Set-06
Giu-07
month
Lug-07
Set-07
Solo il regime Dry ha ridotto l’accrescimento in
modo significativo mentre quello Ambient e Wet
non hanno prodotto differenze …
Year*Treatment; Avg MQ
F(4, 363)=4,0497, p=,00317
Vertical bars denote 0,95 confidence intervals
9
8
7
Ambient
Wet
Dry
a
a
6
3
Volume (dm )
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Risultati
b
5
c c
4
3
c
2
1
d d d
0
2005
2006
year
2007
… i genotipi meridionali sono cresciuti meno di
tutti gli altri mentre quelli centrali (autoctoni!)
sono quelli che sono cresciuti di più in modo
significativo
year*genotype; Medi e MQ
Eff. corrente: F(4, 363)=21,530, p=,00000
Le barre verti cali i ndi cano i ntervalli di confi denza al 0,95
10
9
8
genotype
Mi ddle
genotype
Northern
genotype
Southern
a
7
Vol [dm3]
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Risultati
b
6
5
c
4
d
3
e
2
1
0
cd
f
f
2005
f
2006
year
2007
Il Predawn Water Potential (PWP) è il parametro
fisiologico che ci ha permesso di individuare il 7 % di
SWC come valore soglia per un calo significativo del PWP:
Soil Water Content; Least Squares Means
sotto questo
F(15, 476)=64,477, p=0,000
Point denote standard error 0,95
valore (con PWP
0,0
compreso tra
-0,1
-0,4 e -0,8 Mpa)
-0,2
il pioppo comincia -0,3
PWP = -0,7504+0,4319*log10(x)
a perdere le
-0,4
foglie come
-0,5
reazione di
-0,6
difesa allo stress -0,7
Predawn Water Potential (MPa)
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Risultati
-0,8
St. Error +0,95 %
PWP
St. Error -0,95 %
-0,9
-1,0
0
5
10
15
20
25
Soil Water Content (%)
30
35
40
Tra gli indici radiometrici calcolati il Red Edge Position
mette in evidenza lo stress indotto dal regime idrico Dry.
Lo stesso indice è anche in correlazione (r=0,74) con
l’indice CCI
Treatment; Least Square Means
F(2, 225)=10,630, p=,00004
(Chlorophyll
Verti cal bars denote 0,95 confi dence i ntervals
Content Index)
713
Nessun indice
712
a
radiometrico
711
a
sembra
710
individuare una
709
condizione
708
b
precoce di stress
707
Red Edge Position (REP)
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Risultati
706
705
REP
Ambi ent
Maximum first derivative
Dry
Treatment
Wet
Il clone N894 (nord) non reagisce al deficit idrico
Il clone N068 (centro) ha un debole aggiustamento
osmotico passivo con perdita acqua dal simplasto
Il clone N354 (sud) mostra un adattamento osmotico
significativo
N068
N354
N894
068 (Central)
354 (Souhtern)
Dry
Wet
1.0
 (MPa)
Differenza tra predawn
e midday water
potential
1.2
0.8
0.6
*
894 (Northern)
*
*
0.4
*
0.2
0.0
-0.2
0.8
A  (MPa)
Aggiustamento
osmotico attivo
1.0
*
0.6
*
*
0.4
*
0.2
0.0
-0.2
0.3
Aggiustamento
osmotico passivo
*
P  (MPa)
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Risultati - cassoni
*
0.2
0.1
0.0
O
I max
I rec
Timing
II max
O
I max
I rec
Timing
II max
O
I max
I rec
Timing
II max
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Conclusioni
I genotipi provenienti dal
nord e dal centro
dell’areale del pioppo nero
sembrano adattarsi meno
allo stress idrico rispetto
a quelli del sud.
I cambiamenti climatici in
atto con periodi siccitosi
estremi durante la
stagione vegetativa
potranno aumentare il
rischio di estinzione per il
pioppo nero.
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Collaborazioni in corso
• ENEA Saluggia
(Prove di combustione, monitoraggio ambientale, …)
• Università Piemonte Orientale
(Analisi inquinanti)
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Strumentazione CRA-PLF
Dendrometri
Fluorimetro
Sensore umidità suolo
Contenuto
Clorofilla
Camera a pressione
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Strumentazione CRA-PLF
Naso elettronico
Centralina trasmissione dati
autoalimentata e interrogabile
via telefono
Radiometro NIR
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Strumentazione CRA-PLF
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Strumentazione CRA-PLF
Unità di ricerca per le produzioni legnose fuori foresta
Piante trasformate
Piante transgeniche (TRX450, TRX 550) e non
trasformate (CTRL) dopo 6 settimane di allevamento in
vitro su substrato contenente 120 µM di solfato di
Cadmio
Grazie dell’attenzione