La scuola per Expo 2015

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1 IIS Duca degli Abruzzi Via dell Acquedotto romano Zona Industriale Est ELMAS Tel Fax La scuola per Expo 2015 Effetti della micorrizazione nella coltivazione del pomodoro in serra e in campo Docenti referenti Prof.ssa Daniela Varsi Prof. Pierpaolo Schirru

2 Introduzione Dallo scorso anno scolastico abbiamo iniziato una sperimentazione, tuttora in atto sull uso delle micorrize in agricoltura. Il progetto, coordinato dalla docente di Biotecnologie agrarie, Prof.ssa Daniela Varsi e dal docente di Esercitazioni di laboratorio, Prof. Pierpaolo Schirru è stato realizzato dagli studenti di varie classi del nostro Istituto. Abbiamo pensato che potesse essere importante partecipare al concorso sul tema Nutrire il Pianeta, Energia per la Vita indetto dal Ministero dell Istruzione, dell Università e della Ricerca, nell ambito del bando La scuola per Expo 2015, per coinvolgere i nostri studenti su tematiche di stringente attualità e strettamente inerenti al loro corso di studi. L idea del progetto è nata dalla considerazione che la vegetazione spontanea è molto più rigogliosa rispetto a quella degli ambienti coltivati. Si è pensato quindi di riprodurre nelle colture i processi che avvengono spontaneamente negli ambienti naturali, attenendosi a principi come lo sviluppo della biodiversità microbiologica del suolo, la concimazione con compost ottenuto da scarti vegetali dell azienda, la pratica delle lavorazioni minime (minimun tilage). Lo scopo della sperimentazione è anche quello di dimostrare la possibilità di coltivare risparmiando energia ausiliaria: risparmio sui concimi ( nessuna concimazione con concimi chimici) risparmio sulle lavorazioni del terreno (risparmio sul combustibile dei macchinari) risparmio di acqua con minore irrigazione Per la nostra sperimentazione abbiamo pensato di utilizzare le micorrize sulle colture ortive, in particolare sul pomodoro, in serra e in pieno campo, e successivamente nelle piante ornamentali (Viola tricolor) e nella fragola.

3 Che cosa sono le micorrize Le micorrize costituiscono una simbiosi mutualistica tra funghi e radici non lignificate delle piante. La pianta ospite cede al fungo zuccheri e altre sostanze organiche, mentre il fungo assorbe e trasferisce alla pianta acqua ed elementi minerali. In natura la maggior parte delle specie vegetali è micorrizata. Negli ambienti antropizzati, campi coltivati e verde urbano, invece, le micorrize sono spesso assenti o presenti in forma molto ridotta, probabilmente a causa dell inquinamento chimico dei terreni da agrofarmaci e fertilizzanti di sintesi. Esistono due tipi di micorrize: le ECTOMICORRIZE e le ENDOMICORRIZE, Le ectomicorrize colonizzano prevalentemente piante arboree, quasi tutte essenze forestali (conifere e latifoglie) ma rivestono poca importanza per le colture agrarie. Sono così definite perché le ife del fungo, cioè i sottili filamenti che costituiscono il suo corpo (micelio) non penetrano all interno delle cellule delle radici della pianta, ma formano uno spesso mantello che riveste la radice penetrando negli spazi tra le cellule. La maggior parte dei funghi che andiamo a raccogliere nei boschi e nelle campagne formano ectomicorrize con le radici degli alberi o degli arbusti. Anche i tartufi appartengono a questa categoria. Le endomicorrize sono simbionti obbligati, cioè sopravvivono solo se associati alle piante. Penetrano all interno dei tessuti e delle cellule dell ospite, ma non formano un mantello fungino esterno. All interno delle cellule della radice possono formare delle strutture ovoidali dette vescicole e delle strutture ramificate dette arbuscoli. È proprio attraverso questi che avviene lo scambio delle sostanze tra pianta e fungo; il fungo assorbe gli elementi nutritivi dal terreno, in particolare il fosforo, il potassio ed alcuni microelementi, e li cede alla pianta per riceverne in cambio linfa elaborata.. Esternamente il micelio può espandersi attorno alla radice fino a qualche centimetro. Le specie conosciute sono circa 150 e sono in grado di colonizzare circa il 95% delle specie vegetali. Colonizzano gran parte delle specie di interesse agrario e forestale: piante erbacee, da frutto, latifoglie e conifere, quasi tutte le specie orticole (ad eccezione delle famiglie delle Crucifere come il cavolo, il cavolfiore, ecc. e delle Chenopodiacee come lo spinacio) e tutte le specie di colture estensive (mais, soia, ecc.) ad esclusione della barbabietola.

4 RELAZIONI DELLE MICORRIZE CON ALTRI MICRORGANISMI UTILI DEL SUOLO Nella "micorrizosfera" (ambiente esplorato dall apparato radicale micorrizato) si creano condizioni particolarmente favorevoli alla vita di numerosi microrganismi utili, tra cui batteri azotofissatori (rizobi, azotobacter, ecc.), batteri solubilizzatori dei sali di fosforo (Bacillus megaterium), antagonisti dei nematodi (Arthrobotrys ssp.) e dei funghi patogeni (Trichoderma ssp.). Pertanto i migliori risultati per le colture si ottengono dall'associazione ternaria radicimicorrize-microrganismi utili. EFFETTI DELLE MICORRIZE Gli effetti della micorrizazione sono dovuti principalmente all enorme incremento dell'apparato radicale delle piante ospiti (fini a sette volte la sua normale estensione). Attraverso studi sperimentali sono stati dimostrati i seguenti effetti: aumento della capacità di assorbimento di acqua, di macro e microelementi (fosforo in particolare, zinco, ferro, manganese, ecc.). maggior resistenza alla siccità; un parziale effetto di "barriera meccanica" nei confronti di funghi patogeni e nematodi; riduzione della crisi da trapianto; possibile bonifica dei suoli inquinati da metalli pesanti capacità di resistenza a livelli di salinità elevati Finalità della sperimentazione La scoperta delle micorrize e della loro interazione benefica con le radici delle piante coltivate risale alla metà del 1800, ma, solo in questi ultimi anni, con il graduale risveglio di una coscienza agricola orientata verso un'agricoltura eco-compatibile e la diffusione sempre crescente del numero di aziende che praticano l agricoltura integrata e l agricoltura biologica, si sta riscoprendo l importanza di questa simbiosi e del suo utilizzo. La micorrizazione in vivaio permette di avere una pianta molto competitiva nella fase successiva di trapianto in pieno campo o in coltura protetta; infatti piante non inoculate impiegano almeno un mese per micorrizarsi con simbionti naturali, in questo tempo sono più limitate nell assorbimento di elementi nutritivi e di acqua rispetto a piante già micorrizate. Il nostro lavoro sperimentale consiste nell inoculare con micorrize e ceppi di batteri del suolo le piante di pomodoro, in serra e in campo, e verificare se, nella specifica situazione

5 dell Azienda agraria del nostro Istituto, tale pratica possa portare benefici, in particolare riguardo a: risparmio idrico migliore risposta in fase di trapianto in campo riduzione delle concimazioni ( in particolare concimi di sintesi ) e quindi risparmio di energia ausiliaria quantità della produzione qualità della produzione Attraverso questa ricerca sperimentale gli studenti hanno avuto la possibilità di: mettere in pratica il metodo scientifico acquisire un atteggiamento responsabile attraverso l utilizzo di pratiche agronomiche a basso impatto ambientale comprendere l importanza di nutrire le piante preferibilmente attraverso l ecosistema del suolo anziché mediante l apporto di fertilizzanti solubili. comprendere l importanza del risparmio delle risorse idriche ed energetiche in agricoltura. Metodologia della ricerca Fase 1: la documentazione E la prima volta che nel nostro Istituto si utilizzano le micorrize, pertanto è stata effettuata la ricerca di materiale informativo sull argomento e di resoconti di lavori sperimentali eseguiti da altri. Per la documentazione abbiamo utilizzato riviste specializzate: Informatore agrario 28/2007, siti web specialistici per l agricoltura e siti di aziende produttrici di funghi micorrizici ( XedaItalia ). Fase 2: scelta delle piante e dei funghi micorrizici Si è deciso di effettuare inizialmente la sperimentazione su piante di pomodoro per la loro facilità di coltivazione, sia in serra che in pieno campo. Una volta individuato il tipo di coltura, la scelta dei funghi micorrizici è venuta di conseguenza. Tra le varie possibilità di funghi micorrizici adatti per le colture orticole e in particolare per il pomodoro, la scelta è ricaduta su un prodotto (nome commerciale: Xedarize, Azienda produttrice: Xeda International S.A.), costituito da una miscela di batteri della

6 rizosfera, varie specie di funghi del genere Trichoderma, sette diverse specie di funghi endomicorrizici arbuscolari del genere Glomus. Il prodotto si presenta in forma granulare e deve essere diluito in acqua. Non abbiamo trascurato l aspetto economico della micorrizazione, infatti si è calcolato che il costo è pari a 0,02 euro per piantina. Si è deciso di effettuare la micorrizazione su seme, in contenitori alveolati di polistirolo posti in serra, per poi trapiantarli in pieno campo. La stessa miscela è adatta anche alle altre colture che stiamo sperimentando: viola del pensiero e fragola Fase 3: la preparazione della miscela in laboratorio La scheda di sicurezza del prodotto indica che la miscela non è tossica e non è pericolosa per la salute dell uomo. Tuttavia, in soggetti allergici, potrebbe provocare irritazioni alla pelle o ai bronchi, pertanto si procede alla preparazione della miscela con la cautela e le protezioni necessarie (guanti e mascherina). Calcolo della quantità di preparato granulare necessario. Per ogni piantina sono necessari 0,1 g Numero semi: 24 Quantità di preparato: 2,4 g 10 ml di acqua per piantina 240 ml di H2O+ 2,4 g di preparato micorrizico Pesata del preparato

7 Diluizione del preparato in acqua Fase 4 : semina nei contenitori alveolati e inoculazione della miscela di funghi micorrizici (novembre) I semi di pomodoro vengono distribuiti in ugual numero ( 24 e 24 ) su due diversi contenitori di polistirolo, un seme per ogni alveolo. Il terriccio di uno dei due contenitori alveolati ( campione A ) viene inoculato con la miscela di funghi micorrizici (per ogni alveolo 10 ml di soluzione contenenti 0,1 g di micorrize) Le 24 piantine non inoculate, che costituiscono il campione di controllo ( campione B), vengono irrigate con 10 ml di acqua. I due contenitori, contrassegnati da apposite etichette, vengono sistemati nei bancali della serra e sottoposti a identiche condizioni di luce, irrigazione, temperatura, ecc., in modo tale che l unica differenza tra loro sia la presenza o meno della simbiosi micorrizica.

8 Fase 5: monitoraggio della crescita delle piantine ( dicembre) A cadenza settimanale viene controllata la crescita delle piantine, allo scopo di individuare eventuali differenze tra le piantine con le micorrize e quelle senza. Dopo circa 20 giorni si può evidenziare nella maggior parte delle piantine micorrizate (campione a sinistra nella foto) un maggiore sviluppo della parte aerea. Il fusticino appare più alto, più robusto ed eretto. Si controlla anche l apparato radicale che appare più sviluppato e ramificato. Piantina micorrizata Piantina non micorrizata

9 Fase 6: Osservazione al microscopio della radice di pomodoro micorrizata. Al microscopio si possono osservare le ife dei funghi che sono penetrate all interno delle cellule della radice della piantina Fase 7: trasferimento delle piantine in vaso e seconda inoculazione (gennaio) Dopo circa 20 giorni le piantine vengono trasferite in vaso in attesa che le condizioni climatiche siano adatte alla messa a dimora in pieno campo. Al momento del travaso viene effettuata una seconda inoculazione nel campione A.

10 Fase 8: legatura delle piantine e misurazione dell altezza ( fine gennaio) Le piantine dei campioni A e B vengono sostenute con delle canne. L altezza della maggior parte delle piantine del campione A risulta leggermente superiore (5-10%) rispetto a quella del campione B. I fusti sono più robusti ed eretti. Fase 9 : controllo fioritura ( febbraio ) Il 30% delle piante non micorrizate presenta fiori

11 Il 100% delle piante micorrizate presenta fiori Fase 10: controllo fruttificazione ( marzo ) Si contano le piantine che presentano frutto con i seguenti risultati: Campione A ( micorrizate): 90% con frutto. Campione B ( non micorrizate): 40% con frutto

12 Fase 11 : prova dello stress idrico (fine marzo ) Le piantine di entrambi i campioni vengono private dell irrigazione per circa 2 settimane sino a provocare l appassimento. Piante non micorrizate : l 80 % delle piante presenta appassimento Piante micorrizate: il 20% delle piante presenta appassimento

13 Fase 12: trasferimento delle piantine in campo ( aprile ) Finalmente è giunto il tempo di trasferire le piantine in campo in modo da poter verificare la risposta al trapianto. Si sceglie una zona della azienda lasciata a riposo da tempo in modo da evitare la presenza di contaminanti chimici. Gli studenti preparano il terreno e sistemano i sostegni per le piante. Le piantine vengono disposte in filari avendo cura di separare e contrassegnare le piante del campione A e le piante del campione B. Viene predisposto l impianto di irrigazione a goccia. Preparazione del terreno

14 Messa a dimora delle piantine Sistemazione dei sostegni

15 Impianto di irrigazione a goccia Fase 13 : Trattamento con solfato di rame Viene effettuato un unico trattamento per prevenire eventuali attacchi fungini. Fase 14: Concimazione con il compost dell azienda. Biotriturazione per ottenere compost verde Compost in fase di maturazione

16 Fase 15 : controllo periodico dello stato delle piantine e della fruttificazione In fase di trapianto alcune piantine sono state danneggiate, per cui il campione si è ridotto a 22 piante micorrizate e 20 piante non micorrizate. Nel conteggio dei frutti le ultime due piantine micorrizate non sono state considerate per avere due campioni omogenei. I primi pomodori maturi in una piantina micorrizata Fase 16: conta dei pomodori sulla pianta. Ad intervalli regolari si contano i frutti presenti nelle piante. I dati sono riportati in tabella Data N pomodori (micorrizate) N pomodori (non micorrizate) 15 aprile aprile maggio Fase 17: raccolta e pesata dei frutti Pomodori piante micorrizate Pomodori piante non micorrizate

17 Data Peso in grammi piante micorrizate Peso in grammi piante non micorrizate totale Conclusioni: All inizio del corrente anno scolastico si è conclusa la raccolta dei frutti e siamo arrivati a poter affermare che: in serra le piantine micorrizate hanno mostrato in media una maggiore crescita in altezza. in serra l apparato radicale delle piantine micorrizate ha mostrato in media uno sviluppo maggiore. la fioritura e lo sviluppo dei frutti sono stati più precoci nelle piante micorrizate in serra le piante micorrizate hanno risposto meglio alla prova dello stress idrico dopo il trasferimento in pieno campo, la produzione delle piante micorrizate superava quantitativamente sino al mese di giugno quella delle piante non micorrizate. da luglio a settembre la produzione nelle piante non micorrizate ha superato quella delle piante micorrizate, pertanto la produzione totale nei due campioni è risultata quasi equivalente, con un lieve vantaggio nelle piante non micorrizate. i vantaggi della micorrizazione sono stati quindi accertati in serra ma non in pieno campo. La sperimentazione sta continuando anche su altre specie di piante, viola del pensiero ( Viola tricolor ) e fragola ( Fragaria vesca). II risultati dei nuovi esperimenti si avranno alla fine dell estate e ci potranno fornire maggiori elementi per poter valutare la reale convenienza della micorrizazione.