La concentrazione di KI 10 M non ha prodotto alcun effetto sulla lunghezza dello stelo o sulla riduzione del peso secco totale in entrambe le varietà. La concentrazione di KIO3 10 M, invece, ha incrementato la crescita del fusto, dell’area
fogliare e anche il peso secco totale delle piante.
Nella varietà Tigullio, la concentrazione di 100 M di KI nella soluzione nutritiva ha efficacemente ridotto l’altezza del fusto, la superficie dell’area fogliare, il peso secco delle foglie e il peso secco totale la crescita (peso secco totale). All’opposto, la concentrazione di KIO3 100 M nella soluzione nutritiva non ha prodotto nessuna
riduzione. Simili risultati sono stati osservati anche nel Red Rubin, anche se la riduzione della altezza del fusto, del peso secco foglie e totale indotta dal trattamento KI 100 M è stata di minore entità rispetto a quella osservata sulla varietà Tigullio (Fig. 2.1 e Tab. 2.3).
Varietà di basilico Red Rubin (a foglia rossa) e Tigullio ( a foglia verde) coltivate in floating system con dose di KI 100 M. Il sintomo più evidente di questa forma di tossicità è la riduzione dello sviluppo degli internodi (nanismo). La varietà a foglia verde (Tigullio) è maggioremente sensibile della varietà a foglia rossa (Red Rubin).
Figura 2.1. Influenza della concentrazione nella soluzione nutritiva di KI o KIO3 (10 o 100 M) sulla lunghezza dello stelo, il peso secco delle foglie e il peso secco totale di
due varietà di basilico (Tigullio, grafico in basso e Red Rubin, grafico in alto), allevate in floating system per un periodo di 16-22 giorni. Il valore medio dei tre esperimenti è stato calcolato facendo pari a 100 il valore del controllo per le due varietà. Successivamente si è eseguita la media delle percentuali calcolate nei tre esperimenti per quel dato trattamento
Tabella 2.3. Influenza sul peso secco totale, delle foglie, delle radici e sulla lunghezza dello stelo della concentrazione di KI e KIO3 nella
soluzione nutritiva, utilizzata per la coltivazione in floating system. I periodi sperimentali sono 22, 17 e 16 giorni rispettivamente per il primo, secondo e terzo esperimento.Nella tabella sono riportati i valori assoluti, espressi per pianta, solo per il trattamento di controllo delle due varietà. Tutti gli altri dati sono espressi come percentuale rispetto al trattamenti controllo della stessa varietà, fatti questi pari a 100.
Trattamento
Peso secco totale (g/pianta) Peso secco foglie (g/pianta) Peso secco radici (g/pianta) Altezza fusto (cm)
I II III media I II III media I II III Media I II III media
TIGULLIO Controllo (valori) 9.62 9.28 9.41 9.44 4.97 4.74 5.43 5.05 0.71 1.11 0.93 0.92 58.38 52.38 41.50 50.75
TIGULLIO Controllo 100% 100% 100% 100% B 100% 100% 100% 100% B 100% 100% 100% 100% BC 100% 100% 100% 100% AB
TIGULLIO KI 10 M 108% 101% 102% 103% B 108% 107% 102% 105% AB 92% 96% 96% 95% CD 108% 99% 97% 101% AB
TIGULLIO KI 100 M 36% 31% 49% 39% D 38% 35% 53% 42% D 78% 71% 61% 70% E 38% 32% 44% 38% D
TIGULLIO KIO3 10 M 107% 107% 107% AB 113% 117% 115% A 100% 118% 109% AB 113% 100% 106% A
TIGULLIO KIO3 100 M 121% 113% 117% A 112% 120% 116% A 86% 90% 88% D 112% 97% 105% A
RED RUBIN Controllo (valori) 3.30 5.25 5.61 4.72 1.87 2.87 3.45 2.73 0.18 0.43 0.37 0.32 45.44 37.75 31.13 38.10
RED RUBIN Controllo 100% 100% 100% 100% B 100% 100% 100% 100% B 100% 100% 100% 100% BC 100% 100% 100% 100% AB
RED RUBIN KI 10 M 91% 106% 98% 98% B 95% 113% 103% 102% B 94% 109% 78% 94% CD 95% 102% 91% 96% B
RED RUBIN KI 100 M 99% 86% 86% 90% C 67% 89% 94% 82% C 92% 125% 121% 113%A 67% 76% 65% 69% C
RED RUBIN KIO3 10 M 102% 117% - 109% AB 98% 131% - 112% A 100% 92% - 96% C 98% 94% - 96% B
RED RUBIN KIO3 100 M 90% 102% - 96% B 93% 120% - 104% A 103% 108% - 106% AB 93% 95% - 94% B
ANALISI VARIANZA
Varietà * * * *
Trattamento ** ** ** ***
Var * Trat. * * * **
Tabella 2.4. Effetto di diverse concentrazioni di KI (10, 100 M) e di KIO3 (10, 100 M), nella soluzione nutritiva sul contenuto di azoto
totale, fosforo, potassio, sodio, calcio, magnesio e dei principali microelementi nella sostanza secca delle foglie di piante di basilico della varietà Tigullio (Tig.) e della varietà Red Rubin (RR.), allevate in floating system.
Trattamento N (%) P (%) K (%) Na (%) Ca (%) Mg (%) Fe (mg/kg) Mn (mg/kg) Zn (mg/kg) Cu (mg/kg)
Tig. controllo 4,25A 0,65 A 3,86 A 0.08 1,79 C 0,33 380 B 160 166 C 22 Tig. 10 M KI 4,02 A 0,75 A 3,63 AB 0.08 1,71 C 0.30 370 B 150 166 C 31 Tig. 100 M KI 3,51 B 0,52 B 3,49 B 0.10 1,90 B 0.41 477 A 153 132 D 29 Tig. 10 M KIO3 4,10 A 0,71 A 3,75 AB 0.11 1,70 C 0,37 370 B 145 149 CD 31 Tig. 100 M KIO3 3,88 AB 0,71 A 3,75 AB 0.11 1,90 B 0.31 350 B 143 136 D 22 RR. controllo 4,28 A 0,73 A 3,87 A 0.11 1,84 BC 0.35 390 B 183 186 AB 29 RR. 10 M KI 3,80AB 0,71 A 3,93 A 0.12 1,85 BC 0.33 380 B 185 206 A 23 RR. 100 M KI 3,63 B 0,55 B 3,52 B 0.10 2,20 A 0,41 460 A 179 152 C 24 RR. 10 M KIO3 4,30 A 0,74 A 4,15 A 0.09 1,98 B 0.31 390 B 173 179 BC 23 RR. 100 M KIO3 4.20 A 0,73 A 4,10 A 0.10 2.47 A 0.37 380 B 167 162 C 24 Analisi varianza Varietà ns ns ns ns *** ns ns Ns * ns Trattamento *** *** ** ns * ns * Ns ** ns Var x Tratt. * ns ns ns ** ns ns Ns ns ns Legenda: significatività: * P<0.05; ** P<0.01; *** P<0.001
In tabella 2.4 sono riportati gli effetti delle concentrazioni di KI e KIO3 sul
contenuto dei principali macro e microelementi nella sostanza secca fogliare di basilico. Le analisi chimiche hanno evidenziato che il contenuto di sodio, magnesio, manganese e rame era simile nelle due varietà e che la presenza di iodio nelle soluzioni nutritive non ha modificato significativamente il suo contenuto.
I valori medi ritrovati nei tessuti di basilico del controllo sono comparabili con quelli riportati da altri autori (Ozan, et al. 2005). Il contenuto di azoto, fosforo, potassio, ferro e zinco sono stati ridotti significamente solo dal trattamento più alto di ioduro di potassio (KI 100 M), mentre non si sono osservati effetti significativi, negli altri trattamenti posti a confronto. Il contenuto di calcio è stato aumentato invece dai trattamenti con 100 M di KIO3 o KI.
In bibliografia, l’effetto della concentrazione di iodio nel terreno (o nella soluzione nutritiva) sul contenuto di minerali nella sostanza secca, riporta dati a volte non sempre tra loro concordanti e spesso la risposta è dovuta anche alla specificità della specie utilizzata. Hageman et al. (1942) ha riportato un effetto di riduzione nel contenuto di ferro nei tessuti fogliari di pomodoro da parte dello iodio. Smolen and Sady (2012), riportano che la biofortificazione dello spinacio, effettuata somministrando iodio al terreno di coltivazione, non ha influenzato il contenuto di fosforo, potassio, magnesio, zolfo, boro, rame e manganese, ha ridotto il contenuto di sodio, calcio e zinco, e ha aumentato il contenuto di ferro.
Nel terzo esperimento è stato effettuato uno studio sulla possibile fitotossicità dovuta al KI sulla crescita sulle due varietà, confrontando 5 diverse concentrazione di KI nella soluzione nutritiva (0, 10, 50, 100 e 200 M). La Fig. 2.2 mostra che la riduzione di crescita, causata dallo ioduro di potassio, è più accentuata nella varietà Tigullio che nella varietà Red Rubin: infatti alla concentrazione di 200 M di KI nella soluzione nutritiva, la riduzione del peso secco totale e dell’altezza del fusto dopo 15 gg di trattamento è stata rispettivamente del 73.2% e 72.9% per la varietà Tigullio e del 18% e 35% per la varietà Red Rubin. In entrambe le varietà, la concentrazione di 10 μM non ha ridotto la crescita.
La riduzione dell’altezza del fusto e del peso secco totale, espressa in termini percentuali rispetto al controllo, è ben correlata linearmente con la concentrazione di KI a livello radicale nel range 50-200 M, come riportato nella Figura 2.3 (coefficiente di determinazione della retta di regressione, rispettivamente di R2= 0.89 e 0.91 per la var.
Tigullio e di R2=0.86 e 0.83 per la varietà Red Rubin). La varietà Red Rubin tuttavia ha
mostrato una minore sensibilità all’effetto del KI rispetto alla varietà Tigullio, come si nota dalla differenza dei coefficienti angolari delle due rette di regressione: per l’altezza del fusto -0.39%/M e -0.24%/M e per il peso secco totale -0.39%/M e -0.20%/M, rispettivamente per la varietà Tigullio e Red Rubin.
Figura 2.2. Influenza della concentrazione nella soluzione nutritiva di KI (10, 50, 100
e 200 M) sulla lunghezza dello stelo, il peso secco fogliare e totale di due varietà di basilico (Tigullio, T e Red Rubin R) coltivate in idroponica con il metodo floating system per un periodo di 16 giorni. Il valore medio è stato calcolato fatto pari al 100% il valore del controllo delle due varietà.
Il contenuto di iodio nelle foglie delle due varietà di basilico, è risultato abbastanza proporzionale alle concentrazioni crescenti applicate nella soluzione nutritiva usata per la coltivazione. Fra le due forme testate, lo ioduro si è dimostrato molto più efficace nel far accumulare lo iodio a livello fogliare. Il contenuto di iodio nella sostanza secca fogliare è risultato maggiore nella varietà Red Rubin, specie alle concentrazioni più elevate di ioduro di potassio: ad esempio alla concentrazione di 200 M somministrato nella soluzione nutritiva, alla fine del periodo sperimentale (16 giorni) il contenuto di iodio nella sostanza secca è stato di 4638 e 3693 mg/kg di sostanza secca rispettivamente nella varietà Red Rubin e Tigullio.
Figura 2.3. Effetto della concentrazione di KI (range 0-200 M) nella soluzione
nutritiva, utilizzata per la crescita di due varietà basilico (var. Tigullio e Red Rubin) in floating system, sulla altezza del fusto e sul peso secco totale. Per ogni varietà, i dati sono stati espressi come percentuale rispetto alla media delle osservazioni del trattamento 0 e 10 M di KI, per i quali non vi era differenza statisticamente
significativa fra i due trattamenti. La varietà Red Rubin appare meno sensibile all’effetto del KI rispetto alla varietà Tigullio.
Fig. 2.4. Effetto di diverse concentrazioni di KI (10, 100 e 200 M) e KIO3 (0, 100 e
200 M) nella soluzione nutritiva, utilizzata per la crescita di due varietà basilico (var. Tigullio e Red Rubin) in floating system, sul contenuto di iodio nei tessuti fogliari. A lettera differente corrisponde una differenza significativa per P<0,05, in accordo con il test Duncan.
Ciò dimostra che la maggiore resistenza dimostrata dalla cultivar Red Rubin non dipende da differenze nell’assorbimento di iodio a livello radicale.
In bibliografia molti autori confermano la minore efficacia della forma iodata nella biofortificazione delle specie vegetali (Zhu et al., 202 e Smoleń, and Sady, 2012 su spinacio; Smoleń et al. 2014 su lattuga; Kiferle et al. 2013 su pomdoro).
Esperimento 4.
Dagli esperimenti precedenti è emerso chiaramente l’effetto della riduzione di crescita indotto dalle concentrazioni di KI superiori a 10 M nella soluzione nutritiva (Fig. 2.2): poiché l’effetto assomigliava molto a quello tipico indotto dai prodotti brachizzanti, nel quarto esperimento si è comparato l’effetto del KI 100 M con un trattamento brachizzante (Paclobutrazolo a 100 ppm somministrato per via fogliare). Nel Tigullio, la riduzione dell’altezza del fusto e del peso secco totale indotta dal paclobutrazolo 100 ppm o KI 100 M è stata simile e in media pari al 66% per l’altezza del fusto e al 46% per il peso secco totale. Nella varietà Tigullio il paclobutrazolo ha ridotto meno l’area fogliare e il peso secco fogliare del trattamento KI 100 M.
Figura 2.5. Effetto della concentrazione di KI 100 M presente nella soluzione
nutritiva o del paclobutrazolo somministrato come spray fogliare (100 ppm, 3 trattamenti) sull’altezza dello stelo (cm), sulla superficie fogliare, e sul peso secco delle foglie e totale di due varietà di basilico coltivate in floating system (Grafico in alto) e sul contenuto di clorofilla totale e di carotenoidi presenti nelle foglie, espressi sia per g di peso fresco, sia per cm2 di area fogliare (grafico in basso). T= tigullio;
Fig. 2.6. Misure di scambi gassosi eseguite il 21 e 22 luglio 2015 su piante di basilico
della varietà Tigullio e Red Rubin, espresse come percentuali rispetto al controllo della varietà Tigullio. Per le misure si è utilizzata l’intensità di 500 mol m-2 sec-1 e le misure
sono state fatte sulle foglie del 3° nodo partendo dal basso. Legenda delle grandezze misurate: assim= assimilazione netta; E= traspirazione; gs= conduttanza stomatica; Ci= concentrazione interna di CO2. I dati sono espressi come percentuale rispetto al
trattamento Tigullio controllo.
Nel Red Rubin l’effetto di riduzione di crescita indotto dal paclobutrazolo e dal KI 100 M è stato simile.
Il paclobutrazolo ha ridotto della stessa percentuale la crescita nelle due varietà; il KI ha ridotto in maniera simile al paclobutrazolo la crescita nel Red Rubin, mentre ha ridotto maggiormente la crescita nel Tigullio, confermando la maggiore resistenza al trattanento KI del Red Rubin.
In questo esperimento sono state fatte misure del contenuto di clorofilla A e B, e del contenuto in antociani.
Il trattamento con paclobutrazolo (PB) 100 ppm e KI 100 M hanno incrementato in maniera significativa il contenuto di clorofilla espressa per cm2 di area
fresco, il Tigullio non mostra differenze significative nel contenuto di clorofilla totale, mentre nel Red Rubin si assiste ad una riduzione di circa il 15% indotta dai trattamenti KI 100 M e paclobutrazolo.
Sempre in questo esperimento, nel mese di luglio sono state eseguite misure di scambi gassosi sulla prima foglia pienamente sviluppata partendo dall’apice (foglie del 4°nodo, partendo dal basso). Come si può vedere nel grafico successivo, il Red Rubin ha tassi di fotosintesi netta inferiori di circa il 25% rispetto al Tigullio, dovuto probabilmente alla presenza di antociani nell’epidermide che ostacola il passaggio della luce. Il trattamento con KI 100 M, non riduce la fotosintesi netta in maniera significativa rispetto al controllo. La traspirazione e la conduttanza stomatica, espressa per unità di superficie fogliare è risultata più elevata nel controllo del Red Rubin rispetto al controllo del Tigullio. In entrambe le specie, il trattamento con KI 100 M e il livello di evapotraspirazione e conduttanza stomatica appare simile e a volte anche più elevato. Quindi sembra che ci non siano danneggiamenti del sistema fotosintetico, causati dalle concentrazioni elevate di iodio nei tessuti fogliari, almeno sulle foglie più giovani (Fig. 2.6). Il risultato, in apparente contrasto con i risultati dell’analisi di crescita, che invece hanno confermato un netto calo della crescita della pianta. In base ai dati in possesso si può ipotizzare che solo le foglie più vecchie, le quali hanno traspirato maggiormente rispetto a quelle più giovani, presentano una riduzione della capacità fotosintetica, dovuto probabilmente all’accumulo in queste foglie di quantità di iodio tali da produrre danni ai componenti cellulari o al sistema fotosintetico.
Esperimento 5
In questo esperimento, condotto in floating system, si è valutato la capacità di trattamenti fogliari con acido gibberellico esogeno (GA3) di revertire la riduzione di crescita indotta attraverso: i) paclobutrazolo sommistrato con spray fogliare (tre trattamenti effetuati alla concentrazione di 100 ppm); ii) somministrazione di KI alla concentrazione di 300 M, posto nella soluzione nutritiva utilizzata per la crescita delle piante.
La somministrazione per via fogliare di acido gibberellico esogeno è stata effettuata alla concentrazione di 20 ppm, effettuando 3 trattamenti durante il periodo sperimentale, nello stesso giorno (ma nel pomeriggio) in cui si è effettuava il trattamento spray fogliare con paclobutrazolo.
Fig. 2.7. Effetto della concentrazione di KI 300 M, del paclobutrazolo presente nella
soluzione nutritiva (100 ppm) e dell’acido gibberellico (20 ppm) sull’altezza dello stelo (cm), sulla superficie fogliare, e sul peso totale di due varietà di basilico coltivate in floating system. L’acido gibberellico è stato somministrato per via fogliare all’inizio ogni 7 giorni dall’inizio del trattamento. T= tigullio; RR= Red Rubin.
L’esperimento è stato condotto nel mese ottobre 2015 e a causa della ridotta traspirazione delle piante, si è utilizzata una concentrazione di KI superiore a quelle utilizzate in precedenza, per assicurare un buon effetto brachizzante. Infatti una scarsa traspirazione, avrebbe potuto ostacolare l’accumulo nelle foglie più vecchie e quindi la manifestazione della riduzione di crescita.
In questo esperimento in entrambe le due varietà, sia il paclobutrazolo che il trattamento con KI hanno prodotto una simile riduzione dell’area fogliare e del peso secco totale, mentre l’effetto di riduzione dell’altezza del fusto, pur essendo simile tra il paclobutrazolo e il KI nelle due specie, è stato meno accentuato nella varietà Red Rubin. L’effetto di riduzione della crescita viene quasi totalmente revertito dalla applicazione della GA3 nel caso del paclobutrazolo, mentre viene solo attenuato nel caso del trattamento con KI. Come previsto, l’applicazione del GA3 sul controllo ha incrementato in maniera significativa l’altezza del fusto rispetto al controllo stesso, in entrambe le varietà. I risultati ottenuti lasciano ipotizzare che i meccanismi con cui lo iodio induce una riduzione di crescita sulla pianta non siano solo quelli legati al metabolismo ormonale delle gibberelline. Tuttavia, per poter escludere con certezza un eventuale interazione dello iodio con il metabolismo della sintesi o del catabolismo delle gibberelline saranno necessari ulteriori prove, appositamente progettate per chiarire questo aspetto.
2.4 Conclusioni.
La carenza di iodio nella alimentazione umana causa ancora oggi in una larga parte del mondo seri disturbi psico-fisici, in nazioni anche industrializzate.
La prevenzione della carenza di iodio nella dieta umana è stata affrontata in passato principalmente attraverso l’uso di sale iodato: il metodo pur essendo efficace, non è adatto a tutta la popolazione, in quanto contrasta con la risoluzione di altre importanti patologie come l’ipertensione.
L’uso di piante biofortificate è un ottima ed economica alternativa al sale iodato per prevenire la sindrome da deficienza di iodio.
Nonostante vi sia una ricca bibliografia sulla biofortificazione di ortaggi, cereali e frutta con lo iodio, al momento, per le mia conoscenza, nessun autore ha ancora pubblicato studi sulla biofortifiocazione con iodio del basilico.
Il presente lavoro di tesi è stato svolto per studiare gli aspetti operativi per la produzione di basilico biofortificato con iodio e ha dimostrato la realistica possibilità di produrre piante di basilico biofortificate con iodio in modo semplice ed economico, aggiungendo piccole concentrazioni di ioduro, alla soluzione nutritiva utilizzata nei sistemi di coltivazione fuori suolo come ad esempio il floating system.
Il lavoro sperimentale ha anche confermato, come già noto per altre specie di ortaggi, che anche in basilico lo iodio si accumula nelle foglie, portato dal flusso traspiratorio, provocando oltre una certa soglia, fenomeni di fitotossicità che si traducono dapprima in una riduzione di crescita, fino alla manifestazione di diffuse clorosi nelle fogli basali seguito da filloptosi.
Secondo le prove da noi effettuate si può affermare che:
- a parità di concentrazione la forma ioduro è assai più efficace della forma iodato: in Tigullio la riduzione di crescita inizia fra la concentrazione di 10 e 50 M, e già alla concentrazione di 100 KI nella soluzione nutritiva si ha una riduzione nella produzione di sostanza secca pari al 60%. Al contrario, la forma iodato alla medesima concentrazione di 100 M nella soluzione nutritiva, non produce nessuna riduzione di crescita.
-la varietà Red Rubin ha dimostrato una minore riduzione di crescita rispetto a quella evidenziata dalla varietà Tigullio;
- la maggiore tolleranza non è attribuibile a restrizione degli scambi gassosi come evidenziato dalle prove di scambi gassosi; inoltre,la fotosintesi misurata nelle foglie più giovani, non ancora interessate dall’accumulo di iodio, non ha dimostrato differenze significative fra le piante trattate e quelle del controllo, anche se le piante del Red Rubin hanno livelli di fotosintesi netta di circa il 25-30 % inferiori a quella della varietà Tigullio
-la maggiore tolleranza mostrata dal Red Rubin, non è dovuta a meccanismi di esclusione o minore assorbimento a livello radicale, in quanto, a parità di concentrazione della soluzione nutritiva, il contenuto di iodio contenuto nei tessuti, espresso come ppm su peso secco è più alto nel Red Rubin che nel Tigullio;
- la maggiore tolleranza del Red Rubin appare quindi legata , ad una crescita più lenta e ad un maggior contenuto in antiossidanti nei tessuti, che potrebbe permette di attenuare i danni dei fenomeni di ossidazione e iodinazione dei componenti cellulari che
riducono la fotosintesi netta delle foglie dove si sta progressivamente accumulando lo iodio, trasportato principalmente attraverso il flusso traspiratorio (flusso xilematico).
Dai dati ottenuti,si evidenzia che la produzione di basilico con concentrazioni di 10 M di ioduro di potassio aggiunto nelle soluzioni nutritive, può contenere fino a 300 ppm di iodio nella sostanza secca delle foglie, senza riduzioni di crescita. Ipotizzando un contenuto di sostanza secca sul peso fresco di circa 8.5% e un fabbisogno di iodio di 150 µg per persona per giorno, il fabbisogno giornaliero di iodio di una persona adulta potrebbe essere soddisfatto consumando 0.5 g di sostanza secca di basilico, equivalente a circa 6 g di peso fresco di foglie, una quantità facilmente consumabile da una persona adulta.
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