Le colture fuori suolo come approccio alla difesa delle colture minori

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1 Progetto cofinanziato dal programma LIFE+ Le colture fuori suolo come approccio alla difesa delle colture minori Angelo Garibaldi e M. Lodovica Gullino Centro di Competenza per l innovazione in campo Agro-ambientale (AGROINNOVA) Università degli Studi di Torino - Grugliasco (TO) IF 2010

2 Outline Aspetti di carattere generale Repressività dei substrati; Microrganismi antagonisti adatti al fuori suolo Metodi di filtrazione lenta su sabbia Modificazioni della composizione della soluzione nutritizia Conclusioni

3 Outline Aspetti di carattere generale Repressività dei substrati; Microrganismi antagonisti adatti al fuori suolo Metodi di filtrazione lenta su sabbia Modificazioni della composizione della soluzione nutritizia Conclusioni

4 Aspetti di carattere generale Le colture fuori suolo in Italia sono ancora limitate se confrontate con le superfici complessivamente dedicate alle colture minori ortofloricole nazionali e con la diffusione di tale tipo di coltivazione nel Centro e Nord Europa. Tuttavia, la recente proibizione del bromuro di metile e le regolamentazioni severe adottate relativamente all inquinamento ambientale da concimi e antiparassitari hanno aumentato l interesse prima dei ricercatori e poi degli operatori verso questo tipo di coltivazioni.

5 Aspetti di carattere generale Le colture minori, sia quelle orticole sia quelle floricole, sono senza dubbio le più direttamente interessate all adozione delle colture fuori suolo in quanto queste offrono, rispetto alla coltura tradizionale realizzata in piena terra, vantaggi consistenti legati al più facile contenimento di alcuni tipici patogeni ipogei fonti di gravi perdite nelle colture effettuate in suolo. E noto che le colture idroponiche permettono di risolvere alla base alcuni problemi causati da parassiti terricoli come Rhizoctonia solani, Sclerotinia spp., Sclerotium spp. e Verticillium dahliae, i quali, almeno attualmente, sembrano non più costituire un rischio per le colture fuori suolo.

6 Aspetti di carattere generale E, però, altrettanto vero che nel caso di ricircolo delle soluzioni (con il cosiddetto sistema a ciclo chiuso) si richiede l adozione di sistemi di disinfezione delle soluzioni circolanti al fine di garantire un basso rischio di ridistribuzione di eventuali patogeni fungini e virali introdotti nell ambiente e potenzialmente diffusi durante il movimento della soluzione. E, infatti, accertato che alcuni patogeni, fungini in particolare, trovano nelle condizioni del fuori suolo un ambiente per moltiplicarsi e diffondersi rapidamente. In particolare nel caso del ciclo chiuso, rispetto al ciclo aperto (in cui non c è ricircolo delle soluzioni) si creano evidenti maggiori rischi dal punto di vista fitopatologico.

7 Aspetti di carattere generale E questo il motivo per cui nel fuori suolo è da tempo segnalata la presenza e la dannosità di numerosi patogeni dell apparato radicale delle piante: si tratta specialmente di funghi appartenenti alla classe degli oomiceti (Pythium, Phytophthora), ma anche di Fusarium, Thielaviopsis e Olpidium. Questi patogeni possono colpire numerose piante orticole e floricole allevate in fuori suolo: ad esempio in Italia sono stati riscontrati attacchi di Fusarium oxysporum f.sp. radicis lycopersici, agente del marciume basale del pomodoro, e di Phytophthora cryptogea causa del marciume radicale della gerbera.

8 Aspetti di carattere generale In alcuni casi la dannosità di un parassita può essere più elevata nelle condizioni del fuori suolo che nel caso di coltivazioni in piena terra: è quanto è apparso evidente nella fusariosi della gerbera, causata da Fusarium oxysporum f.sp. chrysanthemi, che è comparsa per la prima volta in Italia manifestandosi in forma più grave nelle colture fuori suolo che in quelle in terreno, nonostante il materiale propagativo avesse la stessa origine, provenendo in tutti i casi da vivaisti olandesi.

9 Osteospermum spp. F. chrysanthemi F. chrysanthemi Chrysanthemum Paris daisy F. chrysanthemi F. chrysanthemi F. chrysanthemi Gerbera F. chrysanthemi

10 Aspetti di carattere generale Queste brevi considerazioni indicano chiaramente che le colture fuori suolo se da un lato possono contribuire a limitare fortemente gli attacchi di alcuni patogeni, dall altro potrebbero diventare fonte di gravi danni causati da quei parassiti che nell ambiente della soluzione nutritiva possono trovare le condizioni favorevoli per la loro diffusione. Per questo motivo recentemente sono state condotte numerose ricerche che hanno permesso di meglio comprendere le situazioni microbiologiche e chimiche del fuori suolo e sulla base di tali conoscenze è oggi possibile impostare tecniche di difesa, per quanto possibile, sostenibili.

11 Aspetti presi in considerazione Repressività dei substrati usati nel fuori suolo. Individuazione e uso di microrganismi antagonisti adatti al fuori suolo. Metodi di filtrazione lenta su sabbia. Modificazioni della composizione della soluzione nutritizia per aumentare la resistenza delle piante ai parassiti ipogei e fogliari.

12 Outline Aspetti di carattere generale Repressività dei substrati; Microrganismi antagonisti adatti al fuori suolo Metodi di filtrazione lenta su sabbia Modificazioni della composizione della soluzione nutritizia Conclusioni

13 Repressività dei substrati Numerosi studi hanno riguardato la possibilità di utilizzare substrati caratterizzati da fattori chimici di repressività ai parassiti fungini quali ad esempio le cortecce di conifere o da più complessi fenomeni di repressività quali, ad esempio quelli collegati all uso di compost. In quest ultimo caso è stato osservato che la repressività di alcuni compost è legata alla presenza in tali materiali di un numero elevato di microrganismi, alcuni dei quali presentano interessanti caratteristiche per la loro capacità di competere con i patogeni eventualmente presenti nel substrato. Alcuni Fusarium e alcuni Trichoderma isolati da compost hanno manifestato buona attività antagonistica nei confronti di F. oxysporum f.sp. basilici e di F. oxysporum f.sp. radicis-lycopersici. In altri casi l aggiunta al compost di Verticillium biguttatum ha provocato un aumento dell attività antagonistica nei confronti di Rhizoctonia solani.

14 Repressività dei substrati Studi condotti per valutare i potenziali effetti di substrati diversi sulla repressività indotta all interno di sistemi senza suolo, evidenziano la possibilità di utilizzare substrati caratterizzati, oltre che da fattori chimici di repressività ai parassiti fungini, anche da molteplici attività microbiologiche. Confrontando substrati diversi si sono evidenziate le sostanziali differenze tra le comunità microbiche che in tali substrati si insediamo e che generano un diverso grado di repressività, decisamente molto basso soltanto nel caso della torba. Tali osservazioni confermano la notevole importanza della natura del substrato di coltivazione nello sfruttamento di fenomeni di repressività naturali. Ulteriori ricerche hanno messo in evidenza, inoltre, che già dopo solo sei settimane di coltivazione le popolazioni microbiche (principalmente batteriche) di un sistema fuori suolo, presenti nel rizoplano e nella rizosfera di pomodoro non variano più significativamente con il tempo la propria consistenza.

15 Repressività dei substrati Le prime fasi di coltivazione hanno grande effetto sulla natura e consistenza delle popolazioni microbiologiche. Le comunità microbiche che vengono a installarsi nei sistemi fuori suolo, inoltre, sembrano scarsamente sensibili a perturbazioni esterne, quali l introduzione dei patogeni, la comparsa di stress ambientali, sino anche al cambiamento della soluzione nutritiva. Queste osservazioni suggeriscono che nel caso di impiego di mezzi biologici di lotta, nei sistemi fuori suolo deve essere prevista l applicazione dei microrganismi antagonisti sin dall inizio del ciclo di coltivazione al fine di ridurre o eliminare per quanto possibile l eventuale competizione con la popolazione microbica residente che si instaura nella soluzione nei periodi successivi all avvio della coltivazione.

16 Repressività dei substrati Sulla base di queste considerazioni negli ultimi anni si è deciso di studiare la presenza di repressività in substrati largamente usati quale la lana di roccia, la perlite, la torba e loro miscele impiegate nel fuori suolo. Nel corso delle ricerche si è potuto mettere in evidenza che mentre substrati nuovi a base di lana di roccia, perlite e torba sono conduttivi nei confronti di F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici su pomodoro, gli stessi substrati dopo in ciclo colturale (4-6 mesi) della solanacea manifestano una forte repressività nei confronti del patogeno preso in considerazione. Tale repressività è chiaramente legata alla presenza di microrganismi essendo distrutta a seguito di sterilizzazione in autoclave nel caso in cui il substrato sia costituito da lana di roccia e torba. Nel caso in cui, invece, il substrato sia costituito da perlite, la repressività del substrato riciclato si conserva anche dopo la sterilizzazione a vapore.

17 Repressività dei substrati Nel caso di lana di roccia e di torba la repressività è mediata dalla microflora. Ed, infatti, isolando da lana di roccia riciclata dopo un ciclo di coltivazione di pomodoro numerosi microrganismi e saggiandoli in microplots per la loro attività antagonistica nei confronti di F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici si è potuto mettere in luce che 5 ceppi batterici appartenenti al genere Pseudomonas, alcuni isolati di Fusarium e di Trichoderma presentano una notevole azione antagonistica. Alcuni di questi microrganismi saggiati in vaso hanno confermato la loro efficacia come antagonisti nei confronti della tracheofusariosi del pomodoro e della rucola.

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19 Effetto dell impiego di batteri fluorescenti isolati da substrati riciclati da sistema fuorisuolo su germinelli di pomodoro nei confronti di FORL Test dei germinelli condotto in vitro alla temperatura di 15 C. I diversi batteri sono stati applicati 7 giorni prima dell inoculazione artificiale di F. oxysporum f.sp. radicis-lycopersici. Batteri isolati da substrato riciclato - FC1B FC2B FC3B FC4B FC5B FC6B FC7B FC8B FC9B FC10B FC11B FC12B Mycostop % di germinelli colpiti 1 prova (43.6% = 100) c* bc abc abc abc ab a a a abc abc abc abc - 2 prova (36.3% =100) abc* bc c abc abc abc ab ab a ab abc bc c a

20 Microrganismi adatti al fuori suolo Anche nei confronti di Pythium ultimum, agente di marciumi radicali di molte piante orticole e floricole, che trova nell ambiente del fuori suolo, come tutti gli altri patogeni zoosporici condizioni favorevoli per la moltiplicazione e diffusione, alcuni isolati di Trichoderma spp. ottenuti da lana di roccia riciclata hanno manifestato una intensa attività antagonistica, accompagnata dalla capacità di favorire anche in modo sensibile lo sviluppo di piante di cetriolo.

21 Microrganismi adatti al fuori suolo I risultati ottenuti dimostrano che la repressività può essere indotta nei substrati contro diversi patogeni. Sarebbe utile ora valutare se questi microrganismi addizionati ai substrati impiegati per il fuori suolo prima dell impianto delle colture abbiano la capacità di moltiplicarsi nell ambiente della soluzione nutritiva e quindi di rendere repressivo il substrato già dalle prime fasi di coltivazione. Pare, inoltre, opportuno continuare la ricerca di microrganismi adatti a vivere nell ambiente del fuori suolo e saggiarli combinati tra di loro in modo da sfruttare i diversi meccanismi d azione esercitati dai diversi antagonisti.

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23 Metodi di filtrazione lenta su sabbia Saggiando in Italia l adattabilità ai nostri climi dei vari sistemi messi a punto da ricercatori del Centro e nord Europa si è potuto valutare che l adozione di sistemi attivi residuali (mezzi chimici, in particolare fungicidi) non pare corrispondere alle esigenze delle produzioni fuori suolo per il rischio di residui presenti nel prodotto finale e di comparsa di popolazioni di patogeni resistenti ai fungicidi applicati. Tra i metodi fisici l impiego del calore non pare del tutto adattabile alle nostre condizioni per i costi elevati da sostenere per il raffreddamento della soluzione. Tra le strategie che, invece, hanno dimostrato di poter essere applicate per il costo non troppo elevato e per l assenza di inquinamenti ambientali vi è l impiego dei raggi ultravioletti e la filtrazione lenta su sabbia. Quest ultima tecnica messa a punto dapprima in Germania e quindi migliorata in Olanda è un metodo fisico perchè si basa sulla filtrazione lenta della soluzione nutritiva attraverso uno stato di sabbia di dimensioni appropriate, ma presenta implicazioni non indifferenti di natura biologica. Infatti mentre la filtrazione da sola non riesce ad eliminare totalmente i propaguli dei patogeni fungini e virali, la presenza di una comunità assai attiva di microrganismi sulla superficie della sabbia, il cosiddetto filter skin, presenta una notevole attività antagonistica nei confronti di propaguli pervenuti al filtro mediante la soluzione nutritiva.

24 Metodi di filtrazione lenta su sabbia Per quanto riguarda l impiego di tecniche di disinfezione delle soluzioni circolanti al fine di evitare la diffusione di parassiti accidentalmente introdotti nel sistema fuori suolo, molte ricerche hanno preso in considerazione numerose tecniche di natura chimica e fisica. Nel corso delle prove condotte in Italia questa azione utile della microflora presente nel filter skin è stata confermata e si è valutata con risultati positivi la possibilità di individuare microrganismi antagonisti adattati a sistemi fuori suolo al fine di incrementare la naturale repressività di tali sistemi. Questa azione combinata della filtrazione lenta su sabbia o altro materiale (buoni risultati sono stati ottenuti anche impiegando frammenti di lana di roccia) con l aggiunta di antagonisti adatti alla vita nel fuori suolo, appare una strategia sostenibile ed efficace, facilmente adattabile nelle colture orticole e floricole italiane.

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26 Modificazioni della soluzione nutritizia La soluzione nutritizia può essere modificata per variare la suscettibilità delle piante alle malattie sia epigee sia ipogee. Nel caso della tracheofusariosi della gerbera, che risulta particolarmente grave nelle colture idroponiche, si è osservato che mantenendo il ph della soluzione circolante superiore a 6 si ottiene una forte, significativa riduzione dell incidenza della malattia. Questo risultato di facile applicazione nella pratica, conferma la notevole influenza della condizioni di ph nel determinare attacchi più o meno severi di agenti di malattie vascolari specialmente quando l azione del ph è combinata con l impiego di microrganismi antagonisti.

27 Modificazioni della soluzione nutritizia Anche la concentrazione salina della soluzione nutritiva può influenzare la gravità degli attacchi parassitari: saggiando livelli diversi di conduttività elettrica della soluzione si è potuto evidenziare che alla concentrazione più alta (4,7 ms/cm) gli attacchi di Botrytis cinerea su pomodoro sono risultati fortemente ridotti. Tra le sostanze utilizzate come nutriente è stato osservato che l impiego di sostanze a base di fosforo, ed in particolare dei fosfiti, si è dimostrato efficace per la lotta a Phytophthora capsici su peperone.

28 Modificazioni della soluzione nutritizia D altro lato proprio l impiego di sostanze contenenti fosforo e in particolare del fosfato di ammonio addizionato alla soluzione nutritizia si è dimostrato efficace anche per la lotta a parassiti fogliari, in quanto tali prodotti sono capaci di indurre resistenza ad esempio verso il mal bianco del cetriolo (Sphaerotheca fuliginea, Podosphaera xanthii) se le applicazioni iniziano prima della diffusione del patogeno. In modo simile, silicati e altri prodotti a base di Si sono considerati utili per la lotta a parassiti tellurici e fogliari : il silicato di potassio può limitare le infezioni di Pythium ultimum su cetriolo allevato fuori suolo.

29 Effetto del tipo di irrigazione, della concentrazione della solizione nutritizia (NS) e della presenza di silicato di potassio nei confronti degli attacchi di Fusarium oxysporum f.sp.radicis-ycopersici (FORL) su pomodoro in fuorisuolo. Goccia Subirrigazione EC3 (4,7 ms/cm) + K 2 SiO 3 (0,86 g/l di NS)

30 Effetto della concentrazione della soluzione nutritizia (SN) nei confronti degli attacchi di Oidium neolycopersici su pomodoro in fuorisuolo. La soluzione nutritizia da 1,8 ms/cm (EC1) è stata portata a 3,0 (EC2) e 4,7 ms/cm (EC3), variando la quantità di cloruro di sodio.

31 Effetto della concentrazione della soluzione nutritizia (SN) e del silicato di potassio nei confronti degli attacchi di Oidium neolycopersici su pomodoro in fuorisuolo. c a-c b b ab a ab a ab ab a a-c a a ab a a b K 2 SiO 3 :0,86 g/l of NS EC1=1.8 ms/cm; EC2=3 ms/cm; EC3=4.7mS/cm

32 Effetto della concentrazione della soluzione nutritizia (SN), del sistema di irrigazione e dell uso del silicato di potassio nei confronti di Botrytis cinerea su pomodoro in fuorisuolo. % di lesioni infette Lesione da B. cinerea K2SiO3 è stato aggiunto alla SN alla dose di 0,86 g/l

33 Modificazioni della soluzione nutritizia Risultati promettenti sono stati ottenuti utilizzando silicato di potassio applicato in fuori suolo per combattere il mal bianco del cetriolo, della fragola e del pomodoro.

34 Outline Aspetti di carattere generale Repressività dei substrati; Microrganismi antagonisti adatti al fuori suolo Metodi di filtrazione lenta su sabbia Modificazioni della composizione della soluzione nutritizia Conclusioni

35 CONCLUSIONI Integrando tra di loro le diverse strategie applicabili nel fuori suolo e in particolare ricorrendo all impiego di microrganismi antagonisti, di sistemi di filtrazione lenta su sabbia nel ciclo chiuso e all aggiunta di silicati o di altre sostanze che provochino un aumento della resistenza delle piante, questa tecnica di coltivazione può essere utilmente sfruttata al fine di ridurre i rischi alle colture minori derivanti da parassiti non più contenibili con l uso di fungicidi e fumiganti, ormai sempre più ristretti o tutto eliminati nel loro impiego.

36 Il team AGROINNOVA