La biodiversità del suolo, gli effetti sulla gestione del vigneto e sulla qualità dell uva. Anna Benedetti

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1 Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e l Analisi dell Economia Agraria CRA - Centro di Ricerca per lo Studio delle relazioni tra Pianta e Suolo Via della Navicella, Roma anna.benedetti@entecra.it La biodiversità del suolo, gli effetti sulla gestione del vigneto e sulla qualità dell uva Anna Benedetti Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e l Analisi dell Economia Agraria Centro di Ricerca per lo Studio delle Relazioni tra Pianta e Suolo CRA-RPS anna.benedetti@entecra.it

2 Concetto di fertilità del suolo Qualità delle produzioni Gestione del vigneto Risorse genetiche microbiche Esempi di innovazione 20/05/2015 2

3 Concetto di fertilità del suolo PERDITA DI FERTILITA Fertilità, biodiversità, qualità, sostenibilità 20/05/2015 3

4 Concetto di fertilità del suolo Fertilità integrale Biodiversità FISICA CHIMICA BIOLOGICA 20/05/2015 4

5 MICRORGANISMI DEL SUOLO Il suolo nasconde un numero straordinario di forme di vita, un intricata rete di interazioni che coinvolge un enorme quantità di biomassa vivente, oltre 3000 Kg/ha in un suolo agricolo (Bloem et al., 2003). Pochi grammi di terreno possono contenere miliardi di batteri, centinaia di chilometri di ife fungine, decine di migliaia di protozoi, migliaia di nematodi, alcune centinaia di insetti, aracnidi, vermi e centinaia di metri di radici di piante.

6 Approccio ecosistemico SUOLO PIANTA MICRORGANISMI APPROCCIO ECOSISTEMICO: RELAZIONI SUOLO PIANTA - FUNZIONI BIOLOGICHE DEL SUOLO CLIMA

7 Pool microbico 1 Vie metaboliche PIANTA Funzione ecosistemica Pool microbico Pool 1 microbico 10 Elementi nutritivi SUOLO Pool micro bico 8 Pool micro bico 6 Anna Benedetti, 2014

8 Interazione pianta-microrganismi del suolo (Bakker et al., Plant Soil :1-13) Meccanismi di feedback; Produzione di essudati radicali che modificano la struttura delle comunità Ruolo potenziale dei microrganismi nell attivazione di vie metaboliche i cui metaboliti o prodotti finali influenzano il comportamento della rizosfera con un feedback sulla pianta di attivazione di geni coinvolti nel flavour 8

9 Interazione pianta-microrganismi del suolo Il concetto di terroir assume nel mondo del vino un significato molto complesso, che sicuramente racchiude fattori diversi tipici di un territorio piuttosto ristretto, spesso anche un singolo vigneto, tanto da conferire al vino caratteristiche uniche I microrganismi intervengono in tutte le fasi della produzione del vino, dalla messa a coltura alla vinificazione 9

10 Conservazione delle risorse genetiche microbiche Conservazione on farm/ex-situ Conservazione on farm/in-situ Conservazione ecosistemica approccio ecosistemico di conservazione delle risorse genetiche vegetali e microbiche associate. L approccio ecosistemico per la conservazione della biodiversità permette la valutazione complessiva dei fenomeni che avvengono all interno dell agroecosistema e l individuazione delle interrelazioni tra i diversi processi. 10

11 11 Progetto BIODATI Linea di ricerca ECOSISTEM Conservazione a livello ecosistemico piantamicrorganismi del suolo del germoplasma di colture di interesse agrario (CRA-VIC. Arezzo)

12 Progetto BIODATI Linea di ricerca ECOSISTEM Cabernet Sauvignon Trebbiano Sangiovese SO4 Suolo controllo Conservazione a livello ecosistemico piantamicrorganismi del suolo del germoplasma di colture di interesse agrario Piante su portinnesto SO4 12

13 Progetto BIODATI Linea di ricerca ECOSISTEM Risultati preliminari Respirazione microbica 1400 Respirazione cumulativa Cabernet Sauvigon Sangiovese Trebbiano SO4 Controllo senza pianta mg C /Kg suolo incubation time (days) 13

14 Progetto BIODATI Linea di ricerca ECOSISTEM Risultati preliminari Real time-pcr Bacterial 16S gene copy number/g dry soil 1,60E+09 1,10E+09 6,00E+08 1,00E+08 Ctrl Cabernet Sauv. Sangiov. SO4 Trebbiano Archaeal 16S gene copy number/g dry soil 2,51E+07 2,01E+07 1,51E+07 1,01E+07 5,10E+06 1,00E+05 Ctrl Cabernet Sauv. Sangiov. SO4 Trebbiano 14

15 Progetto BIODATI Linea di ricerca ECOSISTEM Risultati preliminari T-RFLP Number of bacterial and archaeal T-RFs 60 T-RFs C CS SG SO4 T bacterial T-RFs arcaheal T-RFs sample bacterial T-RFs archaeal T-RFs C 88,2-92,4 CS 47, ,2 SG 89,4-93,3-242,2 78,7-109,1-219,8 SO4 147,1-446,9 170,9 T 61,9-64,2-102,5-132,

16 Alcuni esempi pratici: microbiologia suolo Analisi per descrivere condizioni diverse: BC: carbonio delle biomassa microbica, indice della quantità complessiva di microorganismi EN: azoto solubile nella soluzione circolante del suolo BC/TOC: rapporto tra BC e Carbonio organico totale presente qco2: quoziente respiratorio, quanta CO2 respirano microorganismi, se troppo elevato può indicare stress

17 Microbiologia suolo Condizione di stress > N disponibile Quantità e attività microorganismi ridotte Zone diverse stesso vigneto: suolo sbancato stress microbico Conduzioni diverse stesso suolo: Biologico quantità, attività microbica superiore Diserbo chimico e sfalcio stesso suolo: Diserbo riduce microrganismi

18 Microbiologia suolo Descrizioni base dello stato microbiologico di un suolo Utile nel confronto tra situazioni diverse e per monitorare l evoluzione nel tempo dello stesso suolo Risvolti pratici agronomici nei cicli degli elementi, disponibilità dei nutrienti e scelta delle fertilizzazioni Primo approccio per l identificazione di un terroir microbico Profili genetici di microrganismi suolo e uva in elaborazione

19 La qualità del vino Esempi di innovazione 20/05/

20 Perché un nuovo progetto L innovazione in materia di nutrizione delle piante culmina con l individuazione di nuovi itinerari produttivi da utilizzare in una agricoltura che risponda ai seguenti requisiti: Migliorare le produzioni alimentari in termini (a) quantitativi, (b) qualitativi Migliorare il rapporto costi-benefici in termini (a) energetici, (b) economici, ( c) salutistici (salute umana, animale e dell ambiente).

21 IMPORTANZA DELLA SOSTANZA ORGANICA UMIFICATA: LE PROPRIETÀ FISIOLOGICHE Alcune attività fisiologiche attribuite alle sostanze umiche (da P. Sequi (coordinatore): Biochimica del suolo. Patron Editore, 1992). Processo Nutrizione vegetale Proliferazione delle radici Accrescimento Senescenza Azione influenza delle attività enzimatiche deputate all assorbimento radicale (permeasi). influenza la divisione cellulare a livello di duplicazione. influenza prevalente sulla distensione cellulare (a livello di trascrizione, traduzione e biosintesi proteica. il processo fisiologico potrebbe essere ostacolato da una stimolazione della biosintesi proteica. stimolazione o inibizione della stimolazione, Aspecifico della fotosintesi ecc. I risultati di prove di laboratorio e di campo hanno dimostrato l azione positiva delle sostanze umiche dei complessi organo-minerali sul metabolismo vegetale e dei microrganismi del terreno.

22 nel rilascio graduale degli elementi nutritivi a seguito della mineralizzazione della componente organica; nella protezione degli elementi nutritivi dai fenomeni di insolubilizzazione e lisciviazione, da parte della componente organica umificata. interazione con la biomassa microbica del suolo e potenziamento delle vie metaboliche correlate alla qualità organolettica delle produzioni

23 Analisi OMNILOG: KEGG database Bacterial chemotaxis

24 Isolamento, identificazione genetica e caratterizzazione dei lieviti dalle bacche d uva

25 METSCHNIKOWA AUREOBASIDIUM HANSENIASPORA Principali generi di lieviti isolati ed identificati da bacche d uva CRYPTOCOCCUS/FILO BASIDIUM CANDIDA/STARMEREL LA 25% SPOROB. RHOTORULA 6% 0% controllo 6% 3% 22% 38% C 47% 2% minerale 4% Md METSCHNIKOWA 0% 0% AUREOBASIDIUM 16% HANSENIASPORA 35% CRYPTOCOCCUS/FILO BASIDIUM CANDIDA/STARMEREL LA 31% SPOROB. Organo-minerale 5% Omd METSCHNIKOWA 0% 0% AUREOBASIDIUM 0% HANSENIASPORA 38% CRYPTOCOCCUS/F BASIDIUM CANDIDA/STARME LA SPOROB. 22%

26 Programma Nazionale Biodiversità di interesse agrario Adozione delle linee guida nazionali per la conservazione in situ, on farm ed ex situ, della biodiversità vegetale, animale e microbica di interesse agrario. (12A08142) GAZZETTA UFFICIALE DELLA REPUBBLICA ITALIANA Serie generale - n. 171 Biodiversità vegetale Biodiversità animale Biodiversità microbica

27 Linee guida per la conservazione delle risorse genetiche di interesse agroalimentare SUOLO Compilazione scheda informativa CASO A CASO B ROUTINE EROSIONE ALTO VALORE Conservazione del germoplasma vegetale Raccolta suolo corrispondente CASO A 1 4 CASO B Livello Azione 0 Analisi matricale 1 Valutazione della IBF Conservazione del suolo ex situ 2 Analisi della composizione genetica e funzionale della comunità microbica 3 Sequenziamento e caratterizzazione di singole specie ed eventuale conservazione ex situ 4 Monitoraggio spazio-temporale. Il monitoraggio spaziale potrà essere facoltativo, mentre il monitoraggio temporale sarà obbligatorio.

28 Grazie per l attenzione 20/05/