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An alternative to the use of pesticide: chitosan as an elicitor of Systemic Acquired Resistance in Kiwi Plants (SAR).

Luogo : Roma, italy, Europe
Quantitative & qualitative enhancement of crop products Quantitative & qualitative enhancement of crop products
Budget totale: € 50.000,00 | Periodo: Da novembre 2011 A

Sintesi

Si possono prevenire le malattie in campo per ridurre l’uso di fitofarmaci? Il kiwi è una coltivazione soggetta a molti trattamenti per combattere i patogeni con composti a base di rame, dannosi per l’ecosistema e la salute umana. L’innovazione di questo progetto consiste nello sfruttare le proprietà di alcune sostanze di agire come induttori del sistema immunitario delle piante, i cosiddetti “induttori di resistenza”, per sostituire o integrare i fitofarmaci nella lotta ai patogeni utilizzandoli come potenziatori delle difese naturali. Il chitosano è un composto completamente naturale, approvato dalla comunità europea (Reg. UE 563/2014), un noto elicitore delle naturali barriere di difesa delle pianta, di cui nulla si sapeva sulla coltivazione del kiwi. Lo abbiamo valutato nei vari stadi della filiera vivaistica ed in presenza di un patogeno emergente. I buoni risultati ottenuti fanno considerare il chitosano come un’alternativa sostenibile ed eco-friendly ai fitofarmaci tradizionali.

Partnership

Agricultural Research Council, Plant Pathology Research Center (CRA-PAV) - Italia

Candidato guida

Il personale scientifico è impiegato in numerose linee di ricerca che tendono a risolvere problemi fitosanitari emergenti causati da funghi, batteri, virus, viroidi e fitoplasmi, ed ad individuare strategie di difesa e controllo nel rispetto dell’ambiente, della salute e dei prodotti. Gli studi, basati tanto su metodiche tradizionale quanto su metodiche innovative (NGS, genomica, proteomica, ecc.), vanno dall’analisi e caratterizzazione di popolazioni di patogeni allo studio dell’interazione ospite-patogeno, all’individuazione di nuovi casi eziologici e alla messa a punto di nuove tecniche di diagnosi.

University of Leiden, Faculty of Science, Institute of Biology, Plant Cell Physiology Group. - Paesi Bassi

Partner dell'iniziativa

Attualmente i membri del laboratorio del prof. Linthorst stanno svolgendo ricerche riguardo le basi molecolari della fisiologia vegetale durante gli stress abiotici e biotici e l’interazione patogeno-pianta ospite.

University of Rome “Tor Vergata”, Faculty of Science, Department of Biology, Laboratory of Botany and Phytotechnologies - Italia

Partner dell'iniziativa

Attualmente i membri del laboratorio di botanica e fitotecnologie stanno svolgendo ricerche sulla produzione in vivo ed in vitro di metaboliti secondari vegetali, fitodepurazione di acque inquinate, studio dello stress salino in colture in vivo ed in vitro di piante mediterranee, conservazione del germoplasma, studi proteomici per la verifica degli effetti sul proteoma di cellule tumorali trattate con metaboliti secondari vegetali e degli effetti dello stress abiotico sul proteoma di muschi e macrofite acquatiche.

Si possono prevenire le malattie in campo per ridurre l’uso di fitofarmaci? Il kiwi è una coltivazione soggetta a molti trattamenti per combattere i patogeni con composti a base di rame, dannosi per l’ecosistema e la salute umana. L’innovazione di questo progetto consiste nello sfruttare le proprietà di alcune sostanze di agire come induttori del sistema immunitario delle piante, i cosiddetti “induttori di resistenza”, per sostituire o integrare i fitofarmaci nella lotta ai patogeni utilizzandoli come potenziatori delle difese naturali. Il chitosano è un composto completamente naturale, approvato dalla comunità europea (Reg. UE 563/2014), un noto elicitore delle naturali barriere di difesa delle pianta, di cui nulla si sapeva sulla coltivazione del kiwi. Lo abbiamo valutato nei vari stadi della filiera vivaistica ed in presenza di un patogeno emergente. I buoni risultati ottenuti fanno considerare il chitosano come un’alternativa sostenibile ed eco-friendly ai fitofarmaci tradizionali.

Trovare un’alternativa allo smodato uso dei fitofarmaci, questo è l’obiettivo. Tuttavia non la mera sostituzione di un prodotto con un altro di ugual tossicità o pericolosità, ma rinforzando il sistema immunitario della pianta, come l’uomo rafforza le sue difese immunitarie contro i malanni di stagione.
L’alternativa deve avere ovviamente delle caratteristiche valide, quali biodegradabilità, ecosostenibilità e basso impatto ambientale. Si è voluto cercare un prodotto efficace in tempi rapidi contro i patogeni, di facile impiego per gli utilizzatori, economicamente sostenibile e che ben si adattasse alle pratiche agricole. Gli induttori di resistenza, quali il chitosano, riassumono queste proprietà. L’intento finale è stato la progettazione di una filiera virtuosa in cui dal produttore al consumatore si facesse attenzione a ridurre al minimo i rischi per la salute e l’ecosistema.

step 2 Si è voluto cercare un prodotto efficace in tempi rapidi contro i patogeni, di facile impiego per gli utilizzatori, economicamente sostenibile e che ben si adattasse alle pratiche agricole. Gli induttori di resistenza, quali il chitosano, riassumono queste proprietà. L’intento finale è stato la progettazione di una filiera virtuosa in cui dal produttore al consumatore si facesse attenzione a ridurre al minimo i rischi per la salute e l’ecosistema.

L’Italia è uno tra i maggiori produttori di kiwi dell’emisfero nord. Dopo annate record, c'è stato un forte calo della produzione a causa della diffusione quasi inarrestabile di un’epidemia batterica. Per tentare di arginare la malattia si usano, in particolare, fitofarmaci a base di rame. Questo metallo pesante è tra i più efficaci prodotti fitosanitari utilizzati per la difesa dalle malattie batteriche. Tuttavia nel suolo non subisce alcuna degradazione e la possibile presenza di tracce chimiche sui prodotti trattati rappresentano un grave rischio per i consumatori, per cui è necessario garantirne l'eliminazione o la riduzione.  Recentemente la comunità europea ha intrapreso una serie di iniziative verso l’abbandono dei fitofarmaci nel settore agricolo e la loro sostituzione con alternative più sicure, quali agenti di biocontrollo o antibiotici naturali (Directive CE N° 354/2014). Il chitosano è in accordo con i dettami europei (Regulation N° 563/2014).

 

step 3 Recentemente la comunità europea ha intrapreso una serie di iniziative verso l’abbandono dei fitofarmaci nel settore agricolo e la loro sostituzione con alternative più sicure, quali agenti di biocontrollo o antibiotici naturali (Directive CE N° 354/2014). Il chitosano è in accordo con i dettami europei (Regulation N° 563/2014).

Per verificare l’attivazione del “sistema immunitario” della pianta sono stati scelti due tipi di indicatori (markers):  biochimici, analizzando alcuni enzimi la cui attività viene modificata (+ o -) dopo il trattamento con i cosiddetti “elicitori”, come il chitosano, e molecolari, analizzando l’espressione di geni particolari che aumenta in risposta al trattamento con gli “elicitori”. Entrambi i meccanismi sono parte integrante  delle “difese immunitarie” della pianta. I markers selezionati sono stati testati in varie fasi della filiera vivaistica, dalla micropropagazione al trasferimento in campo all’età di 2 anni. In ogni fase di sviluppo vegetativo testata, i markers usati hanno sempre confermato il rafforzamento delle difese immunitarie in seguito al trattamento con il chitosano, anche e soprattutto in presenza del patogeno. Attualmente,  per confermare i dati ottenuti, è in atto una prova in campo in presenza di una elevata carica infettiva del patogeno.

../file-system/small/ppt ../file-system/small/ppt step 4 Per verificare l’attivazione del “sistema immunitario” della pianta sono stati scelti due tipi di indicatori (markers): biochimici, analizzando alcuni enzimi la cui attività viene modificata (+ o -) dopo il trattamento con i cosiddetti “elicitori”, come il chitosano, e molecolari, analizzando l’espressione di geni particolari che aumenta in risposta al trattamento con gli “elicitori”.

Lo scopo del progetto è di creare una filiera virtuosa dall’agricoltore al consumatore. Quindi i primi beneficiari della nostra iniziativa sono proprio i produttori (o operatori agricoli) esposti ad un prodotto meno pericoloso per la salute umana di un fitofarmaco chimico. Con un occhio al portafoglio, abbiamo valutato un prodotto di pari costo per ettaro ai trattamenti tradizionali. A valle della filiera c’è il consumatore che può usufruire di un alimento totalmente privo di residui potenzialmente dannosi. Per una società sempre più attenta alle problematiche ambientali abbiamo voluto testare un processo con il minor impatto possibile sull’ecosistema. Certi che con la giusta informazione un consumatore consapevole possa scegliere, ed apprezzare, un prodotto ecocompatibile ed ecosostenibile. Dall’uso di prodotti che riducano l’utilizzo di composti chimici ne trae beneficio anche tutta la comunità, perché si riflette positivamente sul nostro ecosistema.

step 5 Lo scopo del progetto è di creare una filiera virtuosa dall’agricoltore al consumatore.

Molte sono le persone coinvolte: la Dott.ssa Beatrice Corsi, vincitrice del bando per l’assegnazione del Dottorato di ricerca, ha condotto gran parte delle prove sperimentali; i tecnici del Centro di Ricerca per la Patologia Vegetale (CRA-PAV): Op. Tec. Di Dio per il  vivaio sperimentale, la Sig.ra Dragoni per allestimento e mantenimento delle culture in vitro; gli operai agricoli del Centro di Ricerca per la Frutticoltura (CRA-FRU) per l’allestimento e la manutenzione del campo sperimentale; le analisi biochimiche sono state condotte presso Università di Tor Vergata (Roma), sotto la guida della Prof Cinzia Forni (supervisor del Dottorato di Ricerca); l’analisi molecolare è stata svolta presso l’Università di Leiden (Olanda), sotto la guida del Prof. Huub Linthorst; la manipolazione, l’inoculo e l’analisi patologica e molecolare del materiale infetto è stata effettuata presso il CRA-PAV, sotto la guida del Dott. Luca Riccioni (supervisor del Dottorato di Ricerca).

Step 6 Soggetti coinvolti nel progetto.

Le difficoltà principali di questo progetto sono legate allo scaling up di processo, ovvero il passaggio dal laboratorio al campo agricolo. Abbiamo progettato due possibili metodi d’applicazione del prodotto che possono facilmente sfruttare gli impianti d’irrigazione in uso negli actinidieti (trattamento radicale), o le comuni macchine irroratrici (trattamento della parte aerea).  Sono state monitorate le condizioni meteo di un anno per elaborare una calendarizzazione dei trattamenti che potesse adattarsi a climi diversi e sfruttare le potenzialità di protezione del prodotto proprio nei mesi dell’anno più critici.
Un’altra difficoltà è stata la verifica dell’efficacia del trattamento in presenza di uno dei patogeni del kiwi. Si è scelto di testare il chitosano in presenza di Pseudomonas syringae pv actinidiae (PSA), perché è un patogeno particolarmente virulento, di facile inoculo sperimentale ed è l’agente causale di un’epidemia di recente esplosione. 

step 7 Principali difficoltà superate.

Per lo studio preliminare dei trattamenti con il chitosano su kiwi abbiamo scelto di impiegare le colture in vitro; tecnica che permette di produrre e stoccare centinaia di piante nello spazio di una stanza, perché si tratta di “plantule” alte pochi centimetri allevate in barattoli di vetro. Lavorare in una scala sperimentale così piccola ha così permesso di ridurre l’impatto ambientale della ricerca descritta, rispetto all’impatto che avrebbe potuto avere la coltivazione, il mantenimento e lo smaltimento di grandi quantità di piante allevate in vaso e in serre riscaldate, in termini di acqua, energia e costo.
In un prossimo futuro la riduzione dell’impatto ambientale sarà proprio legata all’applicazione dei risultati della nostra ricerca, con la scelta consapevole del prodotto da usare. Considerando un approccio integrato di gestione dei patogeni durante la produzione di kiwi, i trattamenti con il chitosano potrebbero ridurre i trattamenti chimici nella gestione delle malattie.

step 8 Strategie adottate per la riduzione dell'impatto ambientale.

Per completare la filiera virtuosa di produzione, abbiamo pensato ad un prodotto la cui materia prima si possa trovare a basso costo e produrre in maniera alternativa. Il chitosano infatti viene facilmente estratto dai prodotti di scarto dell’industria alimentare, in particolare dalla lavorazione dei crostacei.  Quindi in futuro si potrebbero usare scarti di altri processi produttivi e dare loro nuova vita in un prodotto per la difesa delle piante.
Abbiamo pensato ad un trattamento, sia in termini di prodotto che di utilizzo, facilmente trasferibile dal laboratorio al campo agricolo. E’ stata anche scelta una modalità di impiego del chitosano di facile realizzazione per gli operatori agricoli. Con gli ulteriori dati sperimentali di campo che stiamo raccogliendo in questi mesi stiamo validando la duplicabilità dei risultati ottenuti. 

step 9 Per completare la filiera virtuosa di produzione, abbiamo pensato ad un prodotto, la cui materia prima si possa trovare a basso costo e produrre in maniera alternativa, ad un trattamento, facilmente trasferibile dal laboratorio al campo agricolo. Con gli ulteriori dati sperimentali di campo che stiamo raccogliendo in questi mesi stiamo validando la duplicabilità dei risultati ottenuti.

- Giugno, 2014. Consiglio Nazionale per la Ricerca, Roma, Italia. 2° Congresso Nazionale RIRAB (Rete Italiana per l'Agricoltura Biologica) and 9° Congresso ZooBioDi (Associazione Italiana per l'allevamento biologico e biodinamico). “Chitosan as an elicitor of Systemic Acquired Resistance (SAR) in plants. Corsi B., Forni C., Riccioni L. Comunicazione orale.
- Luglio, 2013. University of Leiden (Holland).  “An alternative to the use of pesticides: chitosan as an elicitor of Systemic Acquired Resistance in plants”. Comunicazione orale.
- Marzo, 2013. PalaCongressi Riva del Garda, Italy. Future IPM in Europe Congress. Corsi B., Forni C., Riccioni L. “Chitosan, a possible biocontrol agent of Actinidia deliciosa (A. Chev.) diseases”. Poster.
- Dicembre, 2013. Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura [Plant Pathology Research Centre (CRA-PAV)]. “Biochemical and molecular induction of resistance of Chitosan in Actinidia”.  Seminario. 

step 10 Materiale divulgativo del progetto