Una risorsa per mitigare gli effetti del cambiamento climatico
di Ferdinando Branca, Giulio Flavio Rizzo, Giovanfrancesco Grosso, Donata Arena, Nicolas Al Achkar – Uni Catania
Già nel secolo scorso Nikolaj Ivanovič Vavilov (1887-1943), agronomo, botanico e genetista russo, aveva capito che la diversità genetica era maggiormente concentrata in regioni specifiche del nostro pianeta, mentre nelle aziende agricole questa era conseguenza delle diverse condizioni pedo-climatiche, delle tecniche colturali adottate e della selezione umana. Sulla base di ciò egli aveva identificato otto regioni geografiche di origine delle principali colture, successivamente indicate con il nome di “Centri Primari di Origine di Diversificazione delle Colture Agrarie”. Gli otto Centri individuati (Cina, India e Indomale- sia, Asia Centrale, Medioriente, Bacino del Mediterraneo, Etiopia, Messico meridionale e America centrale, America del Sud) rappresentano aree nelle quali si trovano i parentali selvatici delle specie agrarie e una ricca diversità di una specifica specie, che si esprime con la presenza di diversi morfo-tipi, con variazioni di morfologia, dimensione, colorazione dei diversi organi della pianta (fusto, foglie, infiorescenze, fiore, frutto, etc.).
Nell’ambito del progetto EU Horizon COUSIN si sta ponendo l’attenzione sulla raccolta, caratterizzazione e valorizzazione delle specie parentali spontanee di cinque generi: cavolo (Brassica), frumento (Triticum), lattuga (Lactuca), orzo (Hordeum) e pisello (Pisum), diffusi in Europa. L’Università di Catania coordina il gruppo di lavoro sul genere Brassica, lavorando nello specifico sulla diversità espressa da Brassica oleracea L. nel centro di origine e diversificazione indicato da Vavilov, ovvero il Bacino del Mediterraneo, dove individuò la maggiore diversità di morfo-tipi afferenti a questa specie (cavolo da foglia, cavolo broccolo, cavolfiore, cavolo cappuccio, cavolo rapa, cavolo di Bruxelles, etc.) La Sicilia, tra i vari territori che si affacciano sul Mediterraneo, esprime una concentrazione di varianti genetiche espresse non solo dalle cultivar locali, soprattutto per cavolo da foglia, cavolo broccolo, cavolfiore e cavolo rapa, ma presenta anche la maggior variabilità di specie spontanee parentali alle suddette colture, quali Brassica drepanensis, B. incana, B. insularis, B. macrocarpa, B. rupestris, B. villosa, etc., che nei decenni passati sono state oggetto di studi del gruppo di lavoro del Di3A dell’Università di Catania. Con il progetto COUSIN oltre alla raccolta, catalogazione, rigenerazione e conservazione delle piante individuate, sottoforma sia di semi che di campi collezione specificamente attivati, sono stati avviati anche specifici studi sui processi di sintesi dei numerosi metaboliti secondari (glucosinolati) che contraddistinguono le Brassicaceae dalle altre colture e che rappresentano un’interessante fonte di caratteri per controllare stress biotici e abiotici e avviare programmi di miglioramento genetico. Tuttavia, queste specie spontanee, se non opportunamente tutelate e salvaguardate, sono a rischio di estinzione a causa delle attività̀ agricole o pascolative intensive e in generale della pressione antropica, molto spesso eccessiva per il territorio. Le specie principali prese in esame dal progetto Cousin sono 4: Brassica incana. Questa specie è presente lungo Tirreno, Ionio e coste adriatiche d’Italia e lungo le coste balcaniche. Le popolazioni siciliane si trovano soprattutto lungo le coste orientali e nord-orientali. Sono diffuse in ambienti con rocce calcaree, pendii rocciosi e bordi stradali, dal livello del mare fino a 900 m s.l.m., dove il pascolo e il fuoco rappresentano le principali minacce.
Brassica macrocarpa. È endemica delle isole Egadi, dove cresce su rocce calcaree e pendici a ridosso del mare e dove il pascolo e il fuoco rappresentano la principale minaccia. È presente in due siti, uno a Favignana e l’altro a Marettimo.
Brassica rupestris. È diffusa lungo la costa nord della Sicilia, soprattutto nelle zone occidentali, e cresce su rocce calcaree e più raramente su scogliere di arenaria, solitamente con esposizione Nord o comunque in zone ombrose, dal livello del mare fino a 1100 m s.l.m. Di nuovo, pascolo e fuoco rappresentano le principali minacce per la sua conservazione.
Brassica villosa. Diffusa nelle zone interne della Sicilia centro-occidentale e lungo la costa nord-occidentale. Cresce in falesie di arenaria calcarea, di solito con esposizione nord, e comunque in zone ombrose, dal livello del mare fino a 1000 m s.l.m. Anche per questa specie, pascolo e fuoco rappresentano le principali minacce. Le diverse popolazioni presenti in Sicilia sono apparte nenti alle ssp. bivoniana, drepanensis, tinei e villosa e mostrano alcune differenze morfologiche che suggeriscono di classificarle come specie.
Tutte e quattro queste specie rappresentano sia fonti di prodotti assimilabili agli ortaggi, come nel caso della B. rupestris, conosciuta anche come cavolo selvatico o cavolo di timpa, e di cui in alcuni contesti se ne effettua la raccolta allo stato spontaneo, sia fonti di caratteri utili ai fini del miglioramento genetico delle Brassicaceae coltivate, sia fonte di metaboliti secondari che possono assolvere funzioni di biofumigazione, come nel caso della B. macrocarpa.
In aggiunta a quanto sopra detto, B. macrocarpa è oggetto di attenzione nell’ambito del progetto Horizon COUSIN con l’obiettivo di istituire una Riserva Genetica presso l’arcipelago delle Egadi, suo areale di diffusione, che sta subendo nel corso del tempo drastiche modificazioni a causa di azioni antropiche di diversa natura sul territorio. B. macrocarpa è stata in- serita nella Lista Rossa Europea delle piante vascolari con la classifica “seriamente a rischio” a causa della sua endemicità e per via delle modificazioni ambientali del suo areale di diffusione, fra l’altro piuttosto ristretto. Nell’ambito del primo anno di attività del progetto COUSIN sono state realizzate specifiche missioni per il monitoraggio delle popolazioni delle suddette specie spontanee parentali che fanno riferimento al complesso di specie Brassica oleracea che crescono in Sicilia. Lo scopo generale delle missioni svolte è stato quello di aumentare la disponibilità di semi per la caratteriz- zazione bio-morfologica, biochimica e genetica di queste popolazioni che non erano disponibili nelle banche di germoplasma europee.
Dopo una lunga attesa è stata finalmente approvato il decreto che va a disciplinare le notifiche per l’iscrizione di Materiali Eterogenei Biologici (MEB), così come previsto dal nuovo regolamento del biologico. Si tratta di un passaggio importante e atteso dagli operatori del settore, che consente di rendere pienamente operativo il regolamento. Ricordiamo, infatti, che sono state già mandate alcune notifiche di MEB al Ministero e che questo passaggio permetterà al settore di operare con chiarezza e certezza delle procedure. Come Rete Semi Rurali abbiamo seguito da vicino il processo di approvazione del decreto, contribuendo alla sua definizione.
In recent decades, the use of fertilizers and pesticides has doubled global food production but has also led to significant environmental problems, including eutrophication, reduced biodiversity, and a substantial contribution to global warming. These rapid changes are pushing agriculture towards a fundamental transformation, necessitating sustainable alternatives to reduce the carbon footprint of agricultural practices and enhance plant adaptation to environmental stresses. Exploiting soil microbial communities offers great potential to improve the efficiency of agricultural production, increase resilience to environmental stresses, and promote the agroecological transition of food systems. Soil microbiota influence plant growth, health, and stress resistance by facilitating the uptake of essential nutrients such as nitrogen and phosphorus, and by helping plants resist drought, high salinity, and pathogen attacks.
The impact of microorganisms on plant growth
Research is focusing on optimizing soil microbial communities for beneficial interactions with plants by selecting plant varieties that respond well to these microbes. New tools now allow us to explore plant-microbiome interactions in unprecedented detail, revealing insights into resistance mechanisms against simultaneous pathogen attacks and interactions with beneficial microbes. A new conceptual framework for improving microbial inoculation success is emerging.
The impact of microorganisms on plant growth and health has led to the integration of the microbiome into the basic model that determines a plant’s phenotype (Y) through the relationship between genotype (G) , epigenetic (eG) and environment (E), resulting in the model Y ∼ G x eG x E x M. Microbial inoculation only enhances the ability to cope with stress when all factors are aligned: the plant genotype must respond to the inoculated microorganism, the inoculant must adapt to the soil’s physical-chemical environment, and it must establish itself in the local microbiome.
While the role of plant-associated microbes in plant health is clear, a comprehensive understanding of how plants influence their microbiome, both in harmful and beneficial ways, is still under development. There is growing evidence of genetic variation in the regulation of plant-microbe interactions, which plant breeders can exploit. This new breeding strategy proposes incorporating the entire plant holobiome into resistance selection strategies to discover complex defense mechanisms.
Reducing the use of agrochemicals
Microbiome-assisted plant production aims to maintain yields while reducing the use of agrochemicals. Instead of relying on fertilizers and pesticides, beneficial microbes are added to the soil or plants, with specific plant species enriching these microorganisms and soil management practices creating favorable conditions. Many microorganisms improve plant nutrition or increase resistance to stresses, offering promising opportunities to ensure crop productivity and stability.
However, large-scale adoption of these technologies faces challenges, such as “context dependency,” where the benefits of microbes can vary significantly depending on environmental factors such as soil type, climate, and crop species. This variability complicates the prediction of outcomes in different agricultural contexts. Inoculation of selected microorganisms is promising but faces obstacles related to regulation, registration, consumer acceptance, and market dynamics.
A sustainable and reliable agricultural practice
Progress has been made with microbial consortia for biocontrol and biofertilization, where the synergy between fungal and bacterial strains promotes plant growth and suppresses pathogens. However, improving application technologies and formulations to achieve high cell counts and shelf life remains essential.
To advance microbiome-assisted plant breeding, a thorough understanding of genotype-microbiome interactions and the ecology of the inoculating strains or consortia is crucial. Efficient screening tools are needed to select suitable plant genotypes and consider the variability of the soil microbiome in different environments. With an integrated, science-based strategy, microbiome-assisted crop production could become a sustainable and reliable agricultural practice, ensuring food security in a changing world.
In this context, agroecology provides a fundamental framework. This approach combines scientific knowledge and local experience to promote sustainable, resilient, and diverse agricultural systems. Agroecological transformation enhances plant-microbe interactions, reduces dependence on chemical inputs, and improves soil health. The adoption of agroecological breeding strategies promotes agriculture that mitigates climate change, conserves biodiversity, and ensures food security
Dal 17 al 20 settembre 2024, Rete Semi Rurali è stata impegnata nell’ambito del progetto LiveSeeding, che ha tenuto il suo terzo Annual General Meeting a Novara.
Il 17 settembre, RSR ha partecipato a un incontro presso la Fondazione Cariplo a Milano, insieme a consiglieri e assessori di diverse municipalità, tra cui Scandicci, per discutere delle politiche locali del cibo nell’ambito del Milan Urban Food Policy Pact (MUFPP). Durante l’incontro si è discusso della necessità di integrare strategie e azioni legate all’agrobiodiversità e al sistema sementiero nelle politiche pubbliche metropolitane. Sono stati presentati esempi concreti di politiche del cibo in città come Rennes (Francia), Ginevra (Svizzera), Granollers (Spagna), Scandicci e Milano (Italia), evidenziando approcci innovativi per promuovere sistemi alimentari sostenibili e resilienti. Questo incontro ha anticipato le tre intense giornate di lavoro nell’ambito del progetto LiveSeeding all’Hotel Novarello, durante le quali partner provenienti da tutta Europa si sono confrontati sui prossimi passi da compiere per promuovere la crescita del settore biologico e delle sementi biologiche per una transizione verso sistemi alimentari sostenibili e diversificati in Europa. Si è trattato di tre giornate ricche di scambi di conoscenze e opportunità di collaborazione, cruciali per diffondere i risultati raggiunti fino a questo punto e per pianificare collettivamente il terzo anno del progetto. Nella prima giornata sono stati affrontati temi trasversali, quali lo sviluppo e la complessità del materiale organico eterogeneo (OHM) e delle varietà organiche (OV), protocolli per le varietà biologiche, la tracciabilità e le linee guida per il breeding. Si è discusso di politiche alimentari urbane e si sono tenuti diversi workshop. Inoltre, gli attori coinvolti nei Living Labs, impegnati nel breeding e nello sviluppo del settore e della sua filiera, hanno avuto la possibilità di presentare le loro attività.
Il secondo giorno ha incluso una visita sul campo presso il Biodistretto del riso piemontese a Rovasenda organizzata da RSR, si è rivelata un’importante opportunità per conoscere la realtà del “riso resiliente”. L’incontro ha avuto un importante valore formativo, fornendo una panoramica dettagliata sulle pratiche agro ecologiche, la risicoltura biologica e il breeding, mostrando come coltivazione alternativi e più sostenibili, capaci di rispondere al cambiamento climatico e di promuovere la biodiversità agricola, siano possibili. Il giorno conclusivo ha visto lo svolgimento di ulteriori workshop e sessioni trasversali focalizzate su tematiche come sviluppo di modelli di business, aggiornamenti sulle politiche dell’Unione Europea, e pianificazione di corsi di formazione e attività future. Insomma, un totale di 23 sessioni in tre giorni che hanno preparato il terreno per il quarto anno!
Caratterizzazione e conservazione di sementi di riso di qualità in situ
di Daniela Ponzini – Rete Semi Rurali
Il progetto Riso.Lo prende in considerazione 18 accessioni di riso storicamente diffuse in Lombardia. Si pone l’obiettivo di descriverle morfologicamente e geneticamente e di moltiplicarle, mantenendone le caratteristiche agronomiche, genetiche e fitosanitarie durante la conservazione in situ ed ex situ.
Riso.Lo vede la partecipazione di diversi partner: il dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali dell’Università degli Studi di Milano, l’Università Statale di Pavia, l’azienda agricola Cascine Orsine di Bereguardo (PV), la Società agricola del Parco da Marco Cuneo di Abbiategrasso (MI) e Rete Semi Rurali.
Nel 2023 sono stati allestiti due campi sperimentali presso le aziende agricole del progetto. A luglio 2023 è stata organizzata una visita alle parcelle a cui hanno partecipato agricoltori, tecnici, ricercatori e associazioni del territorio. Sono state valutate le differenze morfologiche, la suscettibilità alle malattie e la potenzialità delle rese. Durante la visita sono stati organizzati incontri di approfondimento sulla genetica del riso e sui patogeni principali.
Parallelamente alle prove in campo, è stata effettuata la genotipizzazione delle accessioni utilizzando dei marcatori molecolari. Ciò ha permesso di migliorare la classificazione genetica, stabilendo cioè quali accessioni sono più simili geneticamente e quali invece più differenti, migliorando così i programmi di conservazione.
Oltre alla descrizione e moltiplicazione del materiale, il progetto si occupa anche della validazione di protocolli ammessi dal disciplinare biologico per il risanamento fitosanitario della semente di riso, al fine di eradicare alcuni patogeni trasmessi per seme, in particolare il fungo Fusarium fujikuroi e il nematode Aphelencoides besseiy (vedi box).
Per quanto riguarda il risanamento fitosanitario del seme, sono stati valutati gli effetti dei trattamenti nei confronti del Fusarium fujikuroi. Sono stati testati diversi protocolli, fra cui l’utilizzo di isolati batterici altamente concentrati, caratterizzati dalla loro capacità di inibire la crescita miceliare dei funghi; l’utilizzo di olio essenziale di arancio amaro a diverse concentrazioni e l’immersione dei semi in acqua alla temperatura di 55°, 58° e 60° per 15 secondi. L’efficacia del trattamento è stata correlata alla conservazione della germinabilità.
Nel 2024, ultima annualità del progetto, verranno completati gli studi di risanamento del materiale, prendendo in considerazione anche il nematode Amphelencoides Besseiy. Saranno inoltre approfondite le tecniche di conservazione ex-situ: il materiale, dopo un’opportuna disidratazione, verrà congelato a -18°C. Dopo un mese, verrà riportato a temperatura ambiente per valutarne la vitalità e le condizioni di conservazione.
Il progetto Riso.lo è finanziato da Regione Lombardia nell’ambito del Programma di Sviluppo Rurale 2014-2020 – Operazione 10.2.01 – Conservazione della biodiversità animale e vegetale.
// Avversità biotiche del riso che si trasmettono per seme
Fusarium fujikuroi: Si tratta di un insieme di specie fungine appartenenti al genere Fusarium che porta la malattia Bakanae. Le piante affette da questa malattia possono mostrare sintomi quali decolorazioni fogliari, crescita anormale del fusto e della foglia bandiera e, nei casi più gravi e precoci, marciume del germinello. Anche quando la pianta sopravvive, spesso non è fertile o produce pochi semi. Questa malattia, rispetto alle condizioni ambientali e alla varietà di riso, può causare perdite molto elevate.
Aphelenchoides besseyi: Si classifica tra i dieci nematodi più dannosi per l’agricoltura mondiale. Il sintomo consiste in una diminuzione della dimensione della pianta con conseguente calo dal punto di vista qualitativo e quantitativo. Questo parassita si sviluppa nelle porzioni aeree della pianta di riso, quali foglie e fiori, ed è quindi in grado di colonizzare direttamente i semi, propagandosi in diversi campi ed areali tramite il trasferimento di materiale infestato. L’Aphelenchoides besseyi causa la malattia White Tip o Punta bianca. Gli apici fogliari risultano bianchi e arrotolati e la pannocchia non riesce ad uscire correttamente dal culmo. Si tratta di una malattia molto diffusa nelle zone risicole subtropicali. In Italia questo nematode è stato individuato per la prima volta nel 1996.
Le popolazioni evolutive nei vari ambienti climatici siciliani, i risultati del progetto Mixwheat
di Prof. Salvatore Cosentino – Università di Catania
Il progetto MIXWHEAT ha l’obiettivo di adattare e diffondere la popolazione evolutiva di grano tenero denominata “Furat Li Rosi” in diversi ambienti pedoclimatici siciliani.
La popolazione “Furat Li Rosi” co- stituisce il nucleo dell’innovazione da collaudare, tramite la valutazione del suo adattamento nei campi spe- rimentali localizzati delle 5 aziende agricole partner del progetto (Li Rosi, Cavalli, Green Bio Terre di S. Agata, Dara Guccione Biofarm e Antichi Granai) situate in 4 differenti macro-aree climatiche (pianura, collina, mon- tagna e costa) e a differenti latitudini. I differenti areali sono stati identificati e mappati grazie alla metodologia dei
“Climate Analogues”. La superficie dedicata alle attività del progetto, nelle tre annate di coltivazione (2020-2021, 2021-2022 e 2022-2023) è stata di circa 5 ettari per ognuna delle aziende partner.
Il periodo di semina della popolazione Furat è ricaduto nell’intervallo di tempo compreso tra i mesi di dicembre e gennaio, in relazione alla geolocalizzazione delle aziende e all’andamento climatico della zona di riferimento, mentre il periodo di raccolta è risultato generalmente più precoce nelle aziende situate nelle zone meridionali e più tardivo in quelle settentrionali, ma sempre in un intervallo compreso tra i mesi di giugno e luglio.
I rilievi in campo nelle aziende interessate alla sperimentazione, sono stati effettuati alla raccolta, su tre aree di saggio di circa 2 metri quadrati, rappresentative delle diverse condizioni colturali dei campi sperimentali. Per ognuna di queste aree, su 100 piante, sono state rilevate il numero di spighe, il numero di spighe con o senza reste e l’altezza totale delle piante. Il nume- ro maggiore di spighe a metro quadro è stato registrato nell’annata agraria 2020-2021 presso l’azienda Li Rosi, mentre il più basso nell’azienda Cavalli nel corso della stessa annata agraria.
Le piante con statura maggiore e prov- viste di spighe sono state rilevate nel corso dell’annata agraria 2021 nell’azienda Green Bio mentre quelle senza reste nell’azienda Dara Guccione Biofarm (Fig. 4).
In laboratorio è stato rilevato il peso di mille semi che è risultato più elevato presso l’azienda Green Bio nell’annata agraria 2021, mentre il valore minore è stato rilevato nell’azienda Antichi Granai (Fig. 5).
Il livello massimo di resa è stato registrato nell’annata 2021 presso l’azienda Dara Guccione Biofarm (3 t/ha). Il valore minimo della resa (0.9 t/ha) è stato rilevato nell’azienda Antichi Granai nel corso dell’annata agraria 2023.
Le rese sono state condizionate da diversi fattori. L’intensità e la distribuzione delle precipitazioni hanno condizionato i livelli produttivi facendo registrare, nella media e in termini assoluti, le rese più elevate nelle due aziende (Dara Guccione Biofarm e Green Bio) localizzate nella parte settentrionale dell’Isola, in zone alto collinari e montane, dove le piogge sono state più consistenti e meglio distribuite.
I valori mediamente più bassi delle rese rilevati nell’annata 2023 sono parzial- mente da imputare alla insolita distribuzione delle precipitazioni, che han- no registrato un picco tra fine aprile e inizio maggio quando le piante erano in fase di maturazione cerosa, con fenomeni di allettamento.
Le rese sono state condizionate dalle diverse processioni colturali
Nei terreni dove la popolazione è stata preceduta dalla sulla (Hedysarum coro- narium L.) si sono ottenute le rese più alte (Dara Guccione Biofarm, annata 2021 e annata 2022).
Un altro fattore che ha influenzato le rese è la diversa tipologia di terreno, in terreni sabbiosi e con scheletro pre- valente (Az. Cavalli e Antichi Granai) sono state più basse.
Dopo le operazioni di trebbiatura, la granella raccolta è stata inviata al Mulino Quaglia per la molitura e le analisi qualitative e reologiche.
Per il raccolto 2021 è stato scelto di ottenere come prodotto finale una farina di “Tipo 0” e utilizzare la macinazione a cilindri di ghisa con diagramma lungo che permette di rispettare le naturali caratteristiche dei frumenti teneri biologici e di ottenere un prodotto da cui si ricavano impasti dalla semplice lavorabilità, pur mantenendo elevati quantitativi di fibra nel prodotto.
Per il raccolto 2022 sono state utilizzate sia la macinazione a cilindri di ghisa con diagramma lungo che la macinazione a pietra ottenendo farina “Tipo 0” nel primo caso e di “Tipo 2” nel secondo caso.
