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venerdì 3 marzo 2017

Dalle “tossine” di Strampelli al grano allelopatico di domani


di Sergio Salvi

La foto dell’esperimento di allelopatia tra specie erbacee (frumento) ed arboree (vite e olmo) attribuito a Nazareno Strampelli. Nel cassone a sinistra di ciascuna coppia caso-controllo è stato inserito un setto impermeabile che blocca il flusso delle “tossine”. Dove il setto è presente, il frumento, isolato dall’antagonista arborea, recupera in termini sia di sviluppo vegetativo sia di granella prodotta (Gorni, 1913).

Un aspetto inedito emerso qualche anno fa durante le mie ricerche su Nazareno Strampelli è quello dell’interesse che lo scienziato nutrì nel periodo 1909-1912 nei confronti di quella che oggi chiamiamo allelopatia, ma che all’epoca dei suoi studi egli non poteva indicare con un termine che sarebbe stato coniato solo nel 1937 dal botanico Hans Molisch (1856-1937) per descrivere sia le interazioni chimiche benefiche sia quelle deleterie che avvengono tra le specie, con particolare riferimento a piante e microorganismi.
Successivamente, nella definizione di allelopatia è stato rimarcato il ruolo delle sostanze chimiche (metaboliti secondari) rilasciate dalle piante secondo varie modalità (essudati radicali, sostanze volatili, decomposizione di residui, ecc.) nel dare seguito, direttamente o indirettamente, ad effetti benefici o finanche distruttivi sulle specie presenti in un sistema naturale o agricolo.
Attualmente il concetto è stato esteso in modo da chiamare in causa i pathways biochimici implicati nella sintesi dei composti ad azione allelopatica, estensione che rimanda alla possibilità d’intervenire sulla manipolazione dei pathways stessi (ad esempio mediante il breeding classico o le biotecnologie) al fine di potenziare l’effetto allelopatico di una specie.
Tornando a Strampelli, finora sono due i documenti recuperati che testimoniano il suo interesse per il ruolo esercitato dalle “tossine” (sostanze ad azione allelopatica) rilasciate nel terreno tramite le radici da parte di specie interessate alle pratiche agronomiche della rotazione e della consociazione.
Il primo documento è un dattiloscritto, facente parte dell’Archivio Privato Strampelli e conservato presso l’Archivio di Stato di Rieti, nel quale l’agronomo descrive materiali, metodi e risultati di uno studio condotto per tre anni valutando la capacità di sviluppo vegetativo e di resa in granella del frumento Rieti” coltivato in una serie di vasi poggiati a terra ed irrigati esclusivamente con i percolati provenienti da una seconda serie di vasi, ciascuno contenente una specie differente (in prevalenza graminacee), posizionati esattamente al di sopra della prima serie e collegati a questa tramite dei tubi. In questo modo, irrigando la serie sovrastante, il percolato che fuoriusciva dal foro presente sul fondo di ciascun vaso andava ad irrigare il rispettivo vaso della serie sottostante, mimando, di fatto, la situazione che si ha in un contesto di monosuccessione del tipo frumento-frumento e in altre combinazioni (frumento-mais, frumento-orzo, etc.). Nei tre anni di durata di queste prove, Strampelli osservò, com’era facile prevedere, la progressiva diminuzione dello sviluppo vegetativo e della resa in granella del frumento, influenzata negativamente sia dalle proprie “tossine” (autotossicità) sia - in grado variabile - da quelle prodotte e rilasciate nel terreno dalle altre specie testate.
Il secondo documento è un articolo di Olindo Gorni pubblicato nel 1913 su L’Italia Agricola e relativo alle consociazioni tra specie arboree ed erbacee. L’articolo si apre con la descrizione di materiali, metodi e risultati (documentati anche da una fotografia) di un esperimento svolto da Strampelli e “ceduto” a Gorni perché lo utilizzasse allegandolo alle sue ricerche. Strampelli, infatti, era solito sbolognare ad altri ricercatori i risultati degli studi da lui effettuati rimasti incompiuti e quindi abbandonati, il più delle volte per mancanza di tempo. Questo aspetto, emerso anch’esso a seguito delle mie ricerche, è per noi strabiliante perché oggi succede, in genere, l’esatto contrario: un ricercatore che non ha tempo di pubblicare i risultati delle sue ricerche li lascia tranquillamente marcire chiusi dentro un cassetto.
Nell’esperimento illustrato da Gorni è descritto l’esito di una duplice consociazione sperimentale frumento-vite e frumento-olmo allestita da Strampelli nel tentativo di dimostrare come, isolando le porzioni di terreno dove erano piantati il frumento e la specie arborea, il primo recuperasse in termini sia di sviluppo vegetativo sia di resa in granella rispetto al testimone. L’esperimento può apparire assurdo solo a chi non conosce l’antica pratica della vite maritata all’albero (spesso all’olmo, per l’appunto), laddove il terreno che separava i filari di vite maritata era comunque utilizzato per coltivare qualcos’altro (incluso il frumento). Gorni riferisce che Strampelli aveva notato come le piante di frumento che crescevano a confine con i filari si sviluppassero di meno e producessero meno granella rispetto a quelle più distanti, attribuendo il fenomeno non solo all’ombreggiamento esercitato sul frumento dalle viti maritate, ma anche all’emissione di “tossine” nel terreno da parte delle radici delle specie arboree e che risultavano dannose al cereale. Mi permetto di aggiungere anche una terza possibile causa, ossia la più efficiente sottrazione di nutrienti presenti nel terreno da parte delle specie arboree rispetto al frumento.
Questi esperimenti, al di là della loro semplicità ed incompletezza, testimoniano come l’agronomo, seppure per un breve lasso di tempo, avesse approcciato il miglioramento della produttività delle colture passando anche attraverso lo studio agro-ecologico delle pratiche di rotazione e consociazione, denotando quindi una visione del problema ben più ampia rispetto a quella del semplice costitutore di nuove varietà.
Oggi la ricerca sull’allelopatia si è talmente evoluta, rispetto ai pionieristici esperimenti di Strampelli, che si tenta, per ora solo attraverso il breeding classico, di costituire varietà allelopatiche, ossia piante che siano in grado di produrre ed utilizzare le “tossine” di Strampelli soprattutto a mo’ di erbicida naturale contro le malerbe, come nel caso del riso allelopatico rilasciato in commercio in Cina già da qualche anno.
Di recente sono stati pubblicati alcuni lavori che tentano di rinfocolare l’attenzione della ricerca in questa direzione, prospettando scenari certamente molto suggestivi.
I vantaggi derivanti dalla possibilità di potenziare ed applicare sistematicamente l’approccio allelopatico alle colture è evidente: se le piante provvedono da sé nel produrre almeno una parte di erbicida, l’immissione di erbicidi chimici di sintesi nel suolo sarà inferiore, con notevole vantaggio per l’ambiente visto che gli erbicidi di sintesi sono in genere meno facilmente biodegradabili rispetto ad altre molecole biologiche ad azione simile. Inoltre, il rilascio di sostanze allelopatiche nel suolo può essere indirizzato verso varie applicazioni: il controllo della proliferazione di insetti e parassiti, l’apporto di sostanze che possono migliorare la qualità del suolo e della sua microfauna e persino l’induzione della tolleranza agli stress abiotici. Una sorta di panacea, insomma, almeno sulla carta.
Per quanto concerne il frumento, nelle prove finora pubblicate si sono avuti risultati contrastanti, dovuti soprattutto alla scarsa correlazione esistente tra la capacità allelopatica del cereale e la sua resa, questo anche a causa della natura poligenica e quantitativa del potenziale allelopatico, che rende problematico selezionare geni per questa abilità senza che via sia, contemporaneamente, la perdita di quelli legati alla produttività e alla qualità. In alcune prove, ad esempio, la riduzione del 19 per cento della biomassa di malerbe indotta dall’effetto esercitato da alcune linee di frumento allelopatiche si è accompagnato ad un calo della resa del 9 per cento rispetto alle linee non allelopatiche poste a confronto.
Una possibilità d’intervento finalizzato a migliorare l’azione allelopatica del frumento potrebbe passare attraverso la transgenesi, ad esempio utilizzando geni provenienti da altre specie, come orzo e avena, che possiedono un’attività allelopatica superiore e maggiormente prolungata nel corso dello sviluppo vegetativo rispetto al frumento.
Non esistono ancora varietà allelopatiche di frumento idonee alla diffusione commerciale, ma il futuro lascia ben sperare che presto si possa arrivare a raggiungere anche questo obiettivo.
Strampelli ne sarebbe certamente molto contento.


Bibliografia
Aslam, F., Khaliq, A., Matloob, A., Tanveer, A., Hussain, S., Zahir, Z. A., 2017. Allelopathy in agro-ecosystems: a critical review of wheat allelopathy-concepts and implications, Chemoecology, vol. 27, pp. 1-24.
Jabran, K., 2017. Wheat allelopathy for weed control, In: (Jabran K., ed.), Manipulation of allelopathic crops for weed control, Springer, pp. 13-20.
Kong C., Chen X., Hub F., Zhang S., 2011. Breeding of commercially acceptable allelopathic rice
cultivars in China, Pest Management Science, vol. 67, pp. 1100-1106.
Rice, F.E.L., 1984. Allelopathy (seconda edizione), Academic Press, London, pp. 309-316.
Salvi, S., 2013. Sulle tracce di Nazareno Strampelli, Accademia Georgica Treia.
Willis, R.J., 1985. The historical bases of the concept of allelopathy, Journal of the history of biology, vol. 18, pp. 71-102.



Sergio Salvi  
Laureato in Scienze Biologiche presso l’Università degli Studi di Camerino, nel corso della sua attività di ricercatore si è occupato di genetica batterica, genetica medica, OGM, genetica agraria e vegetale, lavorando presso Enti di ricerca pubblici e privati. Attualmente si dedica alla ricerca e alla divulgazione storico-scientifica su tematiche riguardanti il settore agroalimentare. È Socio corrispondente della Deputazione di Storia Patria per le Marche.

1 commento:

  1. Un giardiniere amatoriale californiano nel 1977 osservò che sotto la sua pianta non crescevano erbe spontanee, vale a dire si verificava un fenomeno naturalissimo di difesa, messo in atto da tutti i vegetali, cioè l’allelopatia, cioè una vera e propria competizione chimica o antagonismo radicale che s’instaura tra specie diverse di piante al fine di cercare di sopravvivere eliminando la concorrenza. Il meccanismo naturale è sfruttato in agricoltura biologica per tentare di non ricorrere ad erbicidi o scerbature. Dato che questo giardiniere era anche biologo alla Stauffer (divenuta poi Syngenta) pensò di prelevare dei campioni di terreno ed analizzarli in laboratorio. La sua intuizione si rivelò giusta in quanto si trovò che la pianta emetteva leptospermone ad attività diserbante Anche il noce emette una sostanza simile, lo Juglone. Esso appartiene alla classe degli inibitori HPPD 4-idrossifnilpiruvato diossegenasi che impediscono la rottura dell’amminoacido tirosina per formare altri composti vitali nelle piante. Occorreva però studiare un prodotto commerciale che potesse rispettare tutte le caratteristiche per divenire un fitofarmaco diserbante e questo fu trovato in una molecola simile chiamata mesotrione e si creò una diserbante selettivo di post-emergenza del mais molto interessante in quanto combatte bene il cencio molle (Abutilon) che è una pianta infestante temibilissima. Inoltre ha uno spettro ecoambientale particolarmente favorevole. Il nome commerciale del diserbante è CALLISTO.

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