UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PISA
Dipartimento di Scienze Agrarie Alimentari e Agro-Ambientali
EFFETTI DI DIVERSI REGIMI IRRIGUI SULLA FISIOLOGIA E QUALITÀ
DEL FRUTTO DI OLIVO (OLEA EUROPAEA L.) E SUSINO
CINO-GIAPPONESE (PRUNUS SALICINA LINDL.)
Relatore: Candidato: Prof. Riccardo Gucci Dott.ssa Clizia Gennai
Scuola di Dottorato in Scienze Agrarie e Veterinarie
Programma di Produzioni Vegetali
2 Indice
Pag.
Indice delle figure………..4
Indice delle tabelle ………..13
Riassunto………..15
Introduzione ……….………..18
Effetti del deficit idrico sullo sviluppo del frutto e sulla qualità dell’olio in olivo (Olea europaea L.) var. Frantoio ……….22
Materiali e metodi ………..24
Caratteristiche del sito e dell’oliveto………24
Fenologia, irrigazione e stato idrico dell’albero………..27
Produzione e analisi del frutto e analisi dell’olio………30
Disegno sperimentale e analisi statistica ……….32
Risultati ………...………33
Prove di deficit controllato nel 2012 e 2013……….39
Discussione ………..61
Bibliografia ……….66
Sitografia ……….69
Effetti di diversi regimi idrici sull’espressione di alcuni geni responsabili della sintesi di composti secondari delle classi dei polifenoli nel frutto di olivo (Olea europaea L.) var. Frantoio ………...………70
Materiali e metodi ………..71
Caratteristiche del sito e prove irrigue ………71
3
Disegno sperimentale e analisi statistica ……….73
Risultati ………...77
Discussione ………..94
Bibliografia ……….97
Effetti di diversi regimi idrici sulla qualità del frutto di due varietà di susino cino-giapponese (Prunus salicina Lindl.), var. Angeleno e var. Red Beaut ………..…99
Materiali e metodi ………....102
Materiale vegetale e disegno sperimentale ………102
Microscopia e analisi istologiche ………..……103
Disegno sperimentale e analisi statistica ………...………107
Risultati ……….108 Discussione ………129 Bibliografia ………...133 Sitografia ………...…135 Conclusioni generali ……….136 Ringraziamenti ……….138
4 Indice delle figure
Pag. Figura 1: Schema di una parcella dell’oliveto sperimentale del Dipartimento di Scienze
Agrarie Ambientali e Agro-ambientali (DISAAA-a) dell’Università di Pisa situato a Venturina (43° 01’ N; 10° 36’ E), Livorno, Italia. L’ago rosso della bussola riprodotta sopra l’immagine indica il Nord. Con colori diversi sono state rappresentate le diverse varietà e la loro distribuzione in ogni parcella, la linea azzurra tratteggiata rappresenta l’ala gocciolante dell’impianto di sub-irrigazione situata a 0.4 m di profondità e distante 0.8 m dal fusto delle piante sul lato sud-ovest, lungo la linea i gocciolatori sono distanti 0.8 m l’uno dall’altro. ... 25 Figura 2: Foto aerea dell’oliveto scattata il 1 marzo 2012. Sono numerate le file (da F1 a
F35) e le piante (da P1 a P4). Sono identificate le parcelle in cui il suolo viene periodicamente lavorato tramite erpicatura superficiale (Lavorato) mentre le altre parcelle presentano una copertura permanente naturale (Inerbito). Sono riportati la scala di riferimento e il Nord (https://maps.google.it/). ... 26 Figura 3: Potenziale idrico misurato all’alba (PD ΨW) per la tesi pienamente irrigata (FI)
e asciutta (DI) nel 2011. Ogni punto è la media di 4 dati. La linea orizzontale in basso rappresenta il periodo irriguo. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di rilievo. ... 35 Figura 4: Concentrazione di alcuni composti fenolici presenti nel mesocarpo dell’oliva
espressi come mg di composto/g di peso fresco della polpa per la tesi pienamente irrigata (FI) e asciutta (DI) nel 2011. Ogni punto è la media di 4 dati. La linea orizzontale in basso rappresenta il periodo irriguo. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 36 Figura 5: Potenziale idrico misurato all’alba (PD ΨW) per la tesi pienamente irrigata (FI),
deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2012. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di rilievo. ... 41
5 Figura 6: Volume dei frutti (ml) ) per la tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla
fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2012. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 42 Figura 7: Percentuale dell’olio presente nella polpa essiccata delle olive per la tesi
pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2012. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 43 Figura 8: Andamento della concentrazione di alcuni composti fenolici presenti nel
mesocarpo dell’oliva espressi come mg di composto/g di peso fresco della polpa per la tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2012. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 45 Figura 9: Andamento della concentrazione di alcuni composti fenolici presenti nel
mesocarpo dell’oliva espressi come mg di composto/g di peso secco della polpa per la tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2012. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 46
6 Figura 10: Potenziale idrico misurato all’alba (PD ΨW) ) per la tesi pienamente irrigata
(FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2013. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di rilievo. ... 53 Figura 11: Volume dei frutti (ml) per la tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla
fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2013. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 54 Figura 12: Percentuale dell’olio presente nella polpa essiccata delle olive per la tesi
pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2013. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 55 Figura 13: Andamento delle concentrazione di alcuni composti fenolici presenti nel
mesocarpo dell’oliva espressi come mg di composto/g di peso fresco della polpa per la tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2013. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 56 Figura 14: Andamento delle concentrazione di alcuni composti fenolici presenti nel
mesocarpo dell’oliva espressi come mg di composto/g di peso secco della polpa per la tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di
7 accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo (DI 2°) nel 2013. Ogni punto è la media di 4 dati. Le linee orizzontali in basso rappresentano il periodo idrico, le linee evidenziate in grassetto rappresentano la mancanza dell’irrigazione in quel periodo per la tesi corrispondente. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05) entro ogni data di campionamento. ... 57 Figura 15: Schema delle putative vie metaboliche dei principali composti secondari delle
olive. Sono sottolineati gli enzimi corrispondenti ai geni analizzati nell’anno 2011 (in rosso) e nel 2012 (in verde). (Fonte: Alagna et al. 2012) ... 74 Figura 16: Espressione relativa del gene DXS in 5 date di campionamento dell’anno
2011 per le tesi pienamente irrigata (FI) e in asciutto (DI). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. ... 79 Figura 17: Espressione relativa del gene GES in 5 date di campionamento dell’anno
2011 per le tesi pienamente irrigata (FI) e in asciutto (DI). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. ... 80 Figura 18: Espressione relativa del gene SLS4 in 5 date di campionamento dell’anno
2011 per le tesi pienamente irrigata (FI) e in asciutto (DI). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. ... 81 Figura 19: Espressione relativa del gene ADH in 5 date di campionamento dell’anno
2011 per le tesi pienamente irrigata (FI) e in asciutto (DI). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. ... 82 Figura 20: Espressione relativa del gene PAL in 5 date di campionamento dell’anno 2011
per le tesi pienamente irrigata (FI) e in asciutto (DI). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. ... 83 Figura 21: Espressione relativa del gene CuAO in 5 date di campionamento dell’anno
2011 per le tesi pienamente irrigata (FI) e in asciutto (DI). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. Le lettere rappresentano le differenze significative secondo ANOVA (p=0.05) tra le tesi irrigue. ... 84
8 Figura 22: Espressione relativa del gene TYRD in 5 date di campionamento dell’anno
2011 per le tesi pienamente irrigata (FI) e in asciutto (DI). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. ... 85 Figura 23: Espressione relativa del gene GLU in 5 date di campionamento dell’anno
2011 per le tesi pienamente irrigata (FI) e in asciutto (DI). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. Le lettere rappresentano le differenze significative secondo ANOVA (p=0.05) tra le tesi irrigue. ... 86 Figura 24: Espressione relativa del gene GES in 5 date di campionamento dell’anno
2012 per le tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase di indurimento del nocciolo (DI 2°). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. Le lettere rappresentano le differenze significative secondo ANOVA (p=0.05) tra le tesi irrigue. ... 89 Figura 25: Espressione relativa del gene ADH in 5 date di campionamento dell’anno
2012 per le tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase di indurimento del nocciolo (DI 2°). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. Le lettere rappresentano le differenze significative secondo ANOVA (p=0.05) tra le tesi irrigue. ... 90 Figura 26: Espressione relativa del gene CuAO in 5 date di campionamento dell’anno
2012 per le tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase di indurimento del nocciolo (DI 2°). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. Le lettere rappresentano le differenze significative secondo ANOVA (p=0.05) tra le tesi irrigue. ... 91 Figura 27: Espressione relativa del gene TYRD in 5 date di campionamento dell’anno
2012 per le tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase di indurimento del nocciolo (DI 2°). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. Le lettere rappresentano le differenze significative secondo ANOVA (p=0.05) tra le tesi irrigue. ... 92
9 Figura 28: Espressione relativa del gene GLU in 5 date di campionamento dell’anno
2012 per le tesi pienamente irrigata (FI), deficit idrico alla fine della prima fase di accrescimento del frutto (DI 1°) e deficit idrico durante la fase di indurimento del nocciolo (DI 2°). Ogni istogramma rappresenta la media di 3 repliche. Le linee verticali indicano la deviazione standard. Le lettere rappresentano le differenze significative secondo ANOVA (p=0.05) tra le tesi irrigue. ... 93 Figura 29: Rappresentazione schematica di un frutto di susino. La linea nera più spessa
all’esterno rappresenta il pericarpo, l’area al suo interno grigio chiaro è il mesocarpo e l’ovale al centro grigio scura è l’endocarpo. La linea sottile nera in alto tratteggiata rappresenta la linea di sutura del frutto, mentre le due linee tratteggiate più spesse delimitano la porzione del frutto campionata per le analisi istologiche. ... 105 Figura 30: Schema di una sezione orizzontale del frutto del susino. La linea spessa nera
più esterna rappresenta il pericarpo; con gradazioni di grigio diverse dall’esterno verso l’interno troviamo: Me I (Mesocarpo I) caratterizzato da cellule con forma e dimensioni irregolari; Me II (Mesocarpo II) che presenta cellule ovoidali con dimensioni simili tra loro; Me III (Mesocarpo III) costituito da cellule allungate, disposte radialmente nel frutto, le cui dimensioni sono uniformi; ed infine con il colore più scuro è rappresentato l’endocarpo (nocciolo). ... 109 Figura 31: Sezioni dello spessore di 12 µm di mesocarpo di P. salicina (cv. Angeleno)
per piante pienamente irrigate. I tre riquadri rappresentano le tre date di campionamento che, dall’alto verso il basso, sono: 71 giorni dopo la piena fioritura (DAFB) che corrisponde con la fine dell’indurimento del nocciolo, 120 DAFB che coincide con la metà della terza fase di accrescimento del frutto ed infine 179 DAFB che è la data di raccolta. All’interno di ogni riquadro troviamo in ordine: una sezione di tutto il mesocarpo del susino dall’epicarpo (a sinistra) fino alla zona più vicina all’endocarpo (a destra), un particolare di Me I (Mesocarpo I) con cellule di forma e dimensioni irregolari; Me II (Mesocarpo II) con cellule ovoidali e dimensioni simili tra loro; Me III (Mesocarpo III) costituito da cellule allungate disposte radialmente nel frutto, e dimensioni uniformi. ... 111 Figura 32: Area media delle cellule in tre diverse aree del mesocarpo del frutto di susino
(cv. Angeleno) pienamente irrigata (A) e in deficit idrico controllato (B). Ogni istogramma rappresenta l’area cellulare media stimata, espressa in mm2, di Me I, Me II e Me III nelle tre date di campionamento: 71 (inizio deficit), 120 (fine
10 deficit) e 179 giorni dopo la piena fioritura. Tutti i valori sono il risultato della media di otto frutti campionati e in entrambi i grafici le lettere indicano le differenze significative tra le tre aree, all’interno della stessa data di campionamento, secondo l’ANOVA con p=0.05. ... 113 Figura 33: Area media delle tre diverse aree del mesocarpo del frutto di susino (cv.
Angeleno) pienamente irrigata (A). Ogni istogramma rappresenta l’area espressa in mm2 di Me I, Me II e Me III nelle tre date di campionamento: 71, 120 e 179 giorni dopo la piena fioritura. Tutti i valori sono il risultato della media di otto frutti campionati le lettere indicano le differenze significative tra le tre aree, all’interno della stessa data di campionamento, secondo l’ANOVA con p=0.05. Nel grafico B sono riportati i dati del grafico A espressi in percentuale dell’area occupata da Me I, Me II e Me III sul mesocarpo totale. ... 114 Figura 34: Numero di cellule stimato in tre diverse aree del mesocarpo del frutto di
susino (cv. Angeleno) pienamente irrigata (A). Ogni istogramma rappresenta il numero medio di cellule stimato di Me I, Me II e Me III nelle tre date di campionamento: 71, 120 e 179 giorni dopo la piena fioritura. Tutti i valori sono il risultato della media di otto frutti campionati le lettere indicano le differenze significative tra le tre aree, all’interno della stessa data di campionamento, secondo l’ANOVA con p=0.05. Nel grafico B sono riportati i dati del grafico A espressi in percentuale del numero medio di cellule stimato per Me I, Me II e Me III sul numero di cellule totali stimate nel mesocarpo totale. ... 115 Figura 35: Area media delle tre diverse aree del mesocarpo del frutto di susino (cv.
Angeleno) in deficit idrico controllato. Ogni istogramma rappresenta l’area espressa in mm2 di Me I, Me II e Me III nelle tre date di campionamento: 71 (inizio deficit), 120 (fine deficit) e 179 giorni dopo la piena fioritura. Tutti i valori sono il risultato della media di otto frutti campionati le lettere indicano le differenze significative tra le tre aree, all’interno della stessa data di campionamento, secondo l’ANOVA con p=0.05. Nel grafico B sono riportati i dati del grafico A espressi in percentuale dell’area occupata da Me I, Me II e Me III sul mesocarpo totale. ... 117 Figura 36: Numero di cellule stimato in tre diverse aree del mesocarpo del frutto di
susino (cv. Angeleno) in deficit idrico controllato (A). Ogni istogramma rappresenta il numero medio di cellule stimato di Me I, Me II e Me III nelle tre date di campionamento: 71 (inizio deficit), 120 (fine deficit) e 179 giorni dopo la
11 piena fioritura. Tutti i valori sono il risultato della media di otto frutti campionati le lettere indicano le differenze significative tra le tre aree, all’interno della stessa data di campionamento, secondo l’ANOVA con p=0.05. Nel grafico B sono riportati i dati del grafico A espressi in percentuale del numero medio di cellule stimato per Me I, Me II e Me III sul numero di cellule totali stimate nel mesocarpo totale. ... 118 Figura 37: Sezioni dello spessore di 12 µm di mesocarpo di susino varietà Red Beaut tesi
pienamente irrigata. Le due foto rappresentano il mesocarpo nelle due date di campionamento: in alto 71 giorni dopo la piena fioritura che corrisponde con la fine dell’indurimento del nocciolo, e in basso 91 giorni dopo la piena fioritura che coincide con la data di raccolta. E’ possibile osservare come nella prima data il Me II sia completamente assente, mentre appare nella foto della seconda data di campionamento. ... 120 Figura 38: Area media delle cellule in tre diverse aree del mesocarpo del frutto di susino
(cv. Red Beaut) pienamente irrigata. Ogni istogramma rappresenta l’area cellulare media stimata, espressa in mm2, di Me I, Me II e Me III nelle due date di campionamento: 71 e 91 giorni dopo la piena fioritura. Tutti i valori sono il risultato della media di otto frutti campionati le lettere indicano le differenze significative tra le tre aree, all’interno della stessa data di campionamento, secondo l’ANOVA con p=0.05. ... 121 Figura 39: Area media delle tre diverse aree del mesocarpo del frutto di susino (cv. Red
Beaut) pienamente irrigata (A). Ogni istogramma rappresenta l’area, espressa in mm2, di Me I, Me II e Me III nelle due date di campionamento: 71 e 91 giorni dopo la piena fioritura. Tutti i valori sono il risultato della media di otto frutti campionati le lettere indicano le differenze significative tra le tre aree, all’interno della stessa data di campionamento, secondo l’ANOVA con p=0.05. Nel grafico B sono riportati i dati del grafico A espressi in percentuale dell’area occupata da Me I, Me II e Me III sul mesocarpo totale. ... 122 Figura 40: Numero di cellule stimato in tre diverse aree del mesocarpo del frutto di
susino (cv. Red Beaut) pienamente irrigata (A). Ogni istogramma rappresenta il numero medio di cellule stimato in Me I, Me II e Me III nelle due date di campionamento: 71 e 91 giorni dopo la piena fioritura. Tutti i valori sono il risultato della media di otto frutti campionati le lettere indicano le differenze significative tra le tre aree, all’interno della stessa data di campionamento,
12 secondo l’ANOVA con p=0.05. Nel grafico B sono riportati i dati del grafico A espressi in percentuale del numero medio di cellule stimato per Me I, Me II e Me III sul numero di cellule totali stimate nel mesocarpo totale. ... 123 Figura 41: Area del mesocarpo espressa in mm2 (A), numero di cellule del mesocarpo
(B) e area media delle cellule del mesocarpo espressa in mm2 (C) nella varietà Angeleno. Ogni punto rappresenta la media di otto repliche. Sono rappresentate le due tesi idriche: Pienamente irrigata (cerchietti neri) e deficit idrico (cerchietti bianchi). La linea orizzontale in basso rappresenta il periodo di deficit idrico. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05 e p=0.01). Gli asterischi evidenziano le differenze statisticamente significative: * significativa, ** altamente significativa. ... 125 Figura 42: Valori medi di otto repliche nella varietà Angeleno (dall’alto verso il basso)
dell’area del mesocarpo espressa in mm2, il numero di cellule del mesocarpo e l’area media delle cellule del mesocarpo espressa in mm2; da sinistra verso destra rappresentazione dei tre parametri per Me I, Me II e Me III. I cerchietti neri rappresentano i valori della tesi pienamente irrigata (FI), i cerchietti bianchi rappresentano la tesi deficit idrico (DI). La linea orizzontale in basso rappresenta il periodo di deficit idrico. Le linee verticali rappresentano la differenza minima significativa (LSD, p=0.05 e p=0.01). Gli asterischi evidenziano le differenze statisticamente significative: * significativa, ** altamente significativa. ... 127
13 Indice delle tabelle
Pag. Tabella 1: Volumi irrigui somministrati alle tesi irrigue nei tre anni di studio ... 29 Tabella 2: Dati produttivi di olivi prodotti da alberi irrigati e non nell’anno 2011, la
raccolta avvenuta il 17 ottobre (146 DAFB). Per ogni voce è riportata la media dei valori misurati su quattro alberi e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le differenze significative tra le due tesi idriche dopo analisi della varianza e calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 37 Tabella 3: Dati qualitativi dei frutti di alberi irrigati e non nell’anno 2011, la raccolta
avvenuta il 17 ottobre (146 DAFB). Per ogni voce è riportata la media dei valori misurati su quattro alberi e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le differenze significative tra le due tesi idriche dopo analisi della varianza e calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 38 Tabella 4: Concentrazione dei composti fenolici nell’olio, espressi come mg/Kg di olio,
prodotto da alberi delle tre tesi irrigue nel 2012. La raccolta è avvenuta il 2 novembre (155 DAFB). Per ogni composto è riportata la media di tre repliche e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le differenze significative tra le tre tesi idriche dopo analisi della varianzaea calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 47 Tabella 5: Dati qualitativi dell’olio prodotto da alberi delle tre tesi irrigue nel 2012. La
raccolta è avvenuta il 2 novembre (155 DAFB). Per ogni elemento è riportata la media di tre repliche e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le differenze significative tra le tre tesi idriche dopo analisi della varianza e calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 48 Tabella 6: Tati produttivi degli alberi delle tre tesi irrigue nel 2012. La raccolta è
avvenuta il 2 novembre (155 DAFB). Per ogni valore è riportata la media di tre repliche e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le differenze significative tra le tre tesi idriche dopo analisi della varianza e calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 49 Tabella 7: Dati qualitativi dei frutti prodotti dagli alberi delle tre tesi irrigue nel 2012. La
raccolta è avvenuta il 2 novembre (155 DAFB). Per ogni composto è riportata la media di tre repliche e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le
14 differenze significative tra le tre tesi idriche dopo analisi della varianza e calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 50 Tabella 8: Dati qualitativi dell’olio prodotto da alberi delle tre tesi irrigue nel 2013. La
raccolta è avvenuta il 22 ottobre (143 DAFB). Per ogni elemento è riportata la media di tre repliche e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le differenze significative tra le tre tesi idriche dopo analisi della varianza e calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 58 Tabella 9: Tati produttivi degli alberi delle tre tesi irrigue nel 2013. La raccolta è
avvenuta il 22 ottobre (143 DAFB). Per ogni elemento è riportata la media di tre repliche e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le differenze significative tra le tre tesi idriche dopo analisi della varianza e calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 59 Tabella 10: Dati qualitativi dei frutti prodotti da alberi delle tre tesi irrigue nel 2013. La
raccolta è avvenuta il 22 ottobre (143 DAFB). Per ogni elemento è riportata la media di tre repliche e la rispettiva deviazione standard. Le lettere evidenziano le differenze significative tra le tre tesi idriche dopo analisi della varianza e calcolo della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). ... 60 Tabella 11: Elenco dei geni analizzati con relative sequenze dei primer (forward e
reverse) e lunghezza in paia di basi del relativo amplificato. ... 75 Tabella 12: Elenco dei geni analizzati, via metabolica nella quale sono coinvolti e codice
di identificazione nel database NCBI GenBank. ... 76 Tabella 13: Valori medi di otto repliche con rispettiva deviazione standard della
lunghezza della cuticola sovrastante a 10 cellule adiacenti dell’esocarpo, altezza e area della stessa cuticola per le due tesi irrigue: pienamente irrigate (FI) e in deficit idrico controllato (DI). Nell’ultima colonna sono riportati i valori della differenza minima significativa (LSD, p=0.05). * indica le differenze statisticamente significative. ... 128
15 Riassunto
L’olivo (Olea euroaea L.) e il susino cino-giapponese (Prunus salicina Lindl.) sono due specie arboree che vengono irrigate per migliorarne le capacità produttive. Attualmente è importante ottimizzare la quantità di acqua somministrata a tali colture sia per mantenere delle buone produzioni che per migliorare alcuni aspetti qualitativi del prodotto finale, tenuto conto anche della riduzione delle precipitazioni per effetto dei cambiamenti climatici nel bacino mediterraneo.
Gli esperimenti condotti sull’olivo hanno riguardato gli effetti di diversi regimi idrici sulle caratteristiche del frutto e dell’olio di tre diverse annate. In particolare, nel 2011 è stata effettuata la differenziazione tra una tesi pienamente irrigata e una in deficit idrico a partire da 56 giorni dopo la piena fioritura; nel 2012 e 2013 le tesi idriche sono state tre, di cui una pienamente irrigata, una che ha previsto un periodo di deficit alla fine della prima fase di accrescimento del frutto e una tesi di deficit idrico durante la fase d’indurimento del nocciolo. Durante l’accrescimento del frutto sono state misurate le concentrazioni del mesocarpo di alcuni composti fenolici (3,4-DHPEA, p-HPEA, verbascoside, 3,4 DEHPEA-EDA, oleuropeina, p-HPEA-EDA, (+)-1-acetossipinoresinolo, (+)-pinoresinolo) e ne è risultato una maggiore quantità di polifenoli totali nelle tesi in deficit, in particolare per quella in cui lo stress veniva è imposto nelle prime fasi di accrescimento del frutto; la maggiore concentrazione nel frutto di tali composti corrisponde anche ad una loro maggiore concentrazione nell’olio prodotto alla raccolta. Nel 2012 e 2013 la dimensione del frutto è diminuita in alberi irrigati in deficit, soprattutto se imposto precocemente, mentre l’andamento dell’accumuli dell’olio nel mesocarpo non è stato influenzato negativamente dal deficit idrico. L’efficienza produttiva degli anni 2012 e 2013 non ha manifestato differenze tra le tesi irrigue, sia in termini di produzione di olive per albero che di produzione di olio per albero e come numero di frutti per albero. Rispettivamente nel 2013 le tesi in deficit hanno dato una produzione minore del controllo del 51% e del 34% per il deficit più precoce e quello durante l’indurimento del nocciolo.
Inoltre, sono state svolte analisi sull’espressione di alcuni geni durante l’accrescimento del frutto coinvolti nella sintesi dei composti fenolici in funzione dello stress idrico. Per i campioni di olive degli anni 2011 e 2012 è stata analizzata l’espressione relativa rispettivamente di otto e cinque geni (2011: secologanina sintasi (SLS4), fenilalanina ammonio-ossidasi (PAL) e 1-deossi-D-xilulosio sintasi (DXS) a cui si aggiungono quelli del
16 2012: geraniolo sintasi (GES), alogenato deidrogenasi (ADH), rame-ammino ossidasi (CuAO), tirosino decarbossilasi (TYRD) e ß-glucosidasi (GLU)).
Le indagini svolte hanno confermato l’andamento tempolare dell’espressione genica presenti in letteratura per altre varietà di olivo con una chiara riduzione dell’espressione durante la maturazione dei frutti (ad eccezione di PAL e CuAO), in accordo con la riduzione nella polpa della concentrazione dei metaboliti corrispondenti. I geni GES, CuAO e GLU hanno dato risposte molto chiare allo stress idrico: sia per l’anno 2011 che per il 2012 alla fine dei periodi di stress le tesi in deficit evidenziano espressioni maggiori della tesi di controllo per il gene GES; il gene CuAO risponde positivamente allo stress in entrambe gli anni di studio, ma non se lo stress è imposto precocemente come nel caso del primo stress del 2012; il gene GLU ha una risposta negativa allo stress per entrambe gli anni di studi. Il gene DXS, se pur non significativa, ha mostrato una riduzione dell’espressione in condizioni di deficit idrico, altri hanno fornito risposte di più difficile interpretazione come PAL e TYRD persino assenti.
Per il susino cino-giapponese è stato investigato l’effetto del deficit idrico controllato sull’anatomia del mesocarpo. L’indagine istologica del mesocarpo del susino svolta sulla varietà tardiva Angeleno e sulla precoce Red Beaut ha evidenziato la presenza di tre regioni con caratteristiche diverse, dall’esterno verso l’interno: Me I con cellule di dimensione e forma irregolari, Me II con cellule di forma ovoidale e dimensioni uniformi; Me III con cellule di dimensioni simili tra loro e con forma allungata, il cui asse maggiore è orientato radialmente nel frutto. La varietà Angeleno presenta tutte le aree durante tutte la terza fase di accrescimento del frutto, mentre la varietà Red Beaut non ha la regione Me II alla fine dell’indurimento del nocciolo, ma è presente a raccolta. Sulla varietà Angeleno è stato applicato uno stress idrico nella prima metà della terza fase d’accrescimento del frutto in cui si osserva che tutti i parametri istologici osservati (area e numero delle cellule, area del mesocarpo) hanno una risposta negativa che si annulla in seguito al ripristino dell’irrigazione. Nell’area del mesocarpo più esterna nel frutto (Me I) tutti i valori della tesi pienamente irrigata hanno un andamento analogo a quello del mesocarpo totale, sia come area occupata da tale regione che come dimensioni e area delle cellule che lo compongono. Confrontando i valori con la tesi in deficit idrico si può osservare che, nella seconda data di campionamento, che corrisponde con la fine del deficit idrico, i parametri maggiormente influenzati negativamente dalla carenza idrica sono l’area di Me I e il numero di cellule che lo compongono. L’area delle cellule di Me I non sembra rispondere all’imposizione del deficit. I valori osservati alla raccolta tornano ad essere uguali tra le due tesi idriche. Me II sembra
17 avere una risposta perfettamente opposta a quella di Me I, ovvero l’unico parametro che viene influenzato negativamente dalla carenza idrica è l’area cellulare, anche in questo caso tutti i valori osservati alla raccolta tornano ad essere uguali tra le due tesi idriche. Infine, nella regione più interna del mesocarpo, solo l’area da essa occupata sembra rispondere negativamente allo stress, come per le regini precedenti i valori osservati in raccolta sono uguali tra le due tesi. Dalle analisi svolte sulla cuticola della varietà Angeleno nell’ultima data di campionamento, ovvero alla raccolta, si osserva che il deficit idrico ha aumentato lo spessore della cuticola.
Alla luce di quanto riportato in questo lavoro possiamo concludere che è possibile utilizzare le risorse idriche in modo più accurato ed efficiente per l’irrigazione dell’olivo e del susino cino-giapponese. In olivo si è evidenziato che un migliore utilizzo dell’acqua può ridurre i costi gestionali delle aziende può migliorare le caratteristiche nutraceutiche dell’olio prodotto. Nel caso del susino cino-giapponese l’irrigazione in deficit modifica lo sviluppo dei tessuti del mesocarpo in modo differenziale.
18 Introduzione
Secondo il report del 2014 dell’Intergovermental Panel of Climate Change (IPCC, 2014, http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/syr/SYR_AR5_FINAL_full_wcover.pdf) sono evidenti i cambiamenti climatici di origine antropica. Dal 1970 al 2000 i gas serra sono aumentati del 1.3%, mentre dal 2000 al 2010 sono aumentati del 2.2%, ed oggi vi è la più alta quantità di gas serra emessi nell’atmosfera. Le attività che maggiormente emettono tali gas nell’atmosfera sono, in ordine decrescente, la produzione di energia elettrica, l’industria, i trasporti. Anche l’agricoltura ne emette una notevole quantità contribuendo per il 10% a livello mondiale. I gas serra vengono in parte immagazzinati da oceani (ne assorbono il 40% circa e questo porta ad un aumento dell’acidità di queste acque), piante e suolo, ma i sistemi naturali non riescono più a tamponare completamente la maggiore emissione di questi gas, che risultano essere i primi responsabili del riscaldamento globale. Dal 1880 al 2012 la temperatura media del suolo e degli oceani è aumentata di 0.85 °C ed è previsto un aumento da 0.3 a 0.7 °C entro il 2035. Nel bacino del Mediterraneo la temperatura si è alzata di circa 1 °C negli ultimi 100 anni e le precipitazioni sono diminuite da 5 a 10 mm/annui; se le emissioni dei gas serra continueranno ad aumentare con l’andamento attuale, le simulazioni prevedono un aumento della temperatura di 5-7 °C nei prossimi 100 anni e una riduzione del 20% delle precipitazioni nel Mediterraneo con conseguenze disastrose; la riduzione della disponibilità idrica, sia come quantità che qualità dell’acqua disponibile è uno dei problemi di
maggiore attualità per l’agricoltura. Secondo i dati FAO del 2014
(http://www.fao.org/docrep/014/i2096e/i2096e.pdf) la disponibilità idrica in Italia non è cambiata degli ultimi 20 anni, ma l’aumento della popolazione ha ridotto la quantità di acqua disponibile pro capite di 200 m3. Il consumo di acqua in Italia è distribuito per il 44.1% in agricoltura, il 35.9% nell’industria e il 20.1% per uso domestico.
Secondo i report dell’Agenzia Europea dell’Ambiente (AEA 2015,
http://www.eea.europa.eu/it/themes/climate#tab-articles) a livello mondiale il 40% del cibo deriva da agricoltura irrigata e il 20% dei terreni coltivati sono irrigati. In Europa il 24% dell’acqua estratta è utilizzata in agricoltura e solo un terzo di questa viene restituita ai corpi idrici; nel sud Europa tali dati sono notevolmente maggiori rispetto alla media del continente, in Italia l’80% dell’acqua estratta viene utilizzata in agricoltura. A livello europeo l’Italia è il quarto stato europeo come percentuale di superficie agricola irrigata su quella utilizzata, al primo posto troviamo Malta, seguita da Cipro e dalla Grecia.
19 Ne risulta che, anche in agricoltura, è necessario attuare nuove strategie gestionali per ridurre l’emissione di gas serra nell’atmosfera e ottimizzare l’utilizzo delle risorse idriche. La minore reperibilità di acqua comporterà un aumento dei costi di gestione delle colture, ed una soluzione potrebbe essere di creare una relazione tra le aree agricole e le reti urbane per poter meglio gestire le risorse idriche ed utilizzare in agricoltura le acque reflue. Inoltre, è anche importante approfondire gli studi su tecniche agronomiche che consentano di risparmiare acqua. Ad esempio, il deficit idrico controllato, ovvero la somministrazione alle piante di un volume d’acqua minore del fabbisogno di evapotraspirazione giornaliero in modo da indurre periodi temporanei di stress idrico, stimola nelle piante risposte che portano vantaggi economici (Fereres et al., 2003). Condizioni di deficit idrico comportano generalmente un aumento della produttività dell’acqua, ovvero la produzione per unità di acqua evapotraspirata (Fereres e Soriano, 2007).
Periodi di deficit idrico controllato possono ridurre il vigore vegetativo, per cui la minor crescita dei germogli riduce la competizione che questi esercitano per l’utilizzo dei fotoassimilati da parte dei frutti. Gli effetti che il deficit idrico controllato può avere sulle piante sono molteplici e le risposte della colture cambiano in base al periodo del ciclo produttivo in cui tale deficit viene imposto (Geerts e Reas 2009). Periodi di deficit idrico riducono la crescita dei germogli, l’area e il numero delle foglie, aumentano le escursioni diurne del diametro del tronco e favoriscono la crescita dell’apparato radicale. La carenza idrica diminuisce la produzione, in termini di numero di frutti, dimensioni e qualità (Ruiz-Sanchez et al., 2010). Il deficit idrico stimola una maggiore produzione di fiori, riduce le dimensioni dei frutti che risultano essere più compatti e ne anticipa la maturazione. Anche alcune proprietà organolettiche del frutto vengono influenzate dalla ridotta disponibilità idrica, come l’acidità, la quantità di solidi solubili totali e la concentrazione dei minerali. Alternando correttamente periodi di deficit idrico e piena irrigazione è possibile modificare alcune caratteristiche del prodotto per aumentarne il valore commerciale e, allo stesso tempo, diminuire gli sprechi di acqua con conseguenti vantaggi economici e ambientali (Behboudian e Mills, 1997; Naor, 2006).
Esempi di quanto sopra riportato sono comuni nella letteratura sugli alberi da frutto. Nella vite un deficit idrico controllato dopo l’allegagione riduce il vigore vegetativo (riducendone i costi di potatura), la dimensione delle bacche con conseguente riduzione della resa finale e migliora le caratteristiche organolettiche del vino prodotto per via dell’aumento di antociani e polifenoli (McCarthy, 2002). Nel mandorlo si osserva una riduzione della crescita del tronco e una minore pezzatura dei frutti, ma le piante con una maggiore
20 disponibilità idrica possono presentare una maggiore incidenza di attacchi fungini ai frutti (Goldhamer e Viveros, 2000). Nel giuggiolo è stato osservato che un deficit idrico controllato riduce il vigore vegetativo ma stimola la produzione di un numero maggiore di fiori e frutti; inoltre un deficit idrico controllato influisce su alcune proprietà organolettiche delle giuggiole, cioè è stato osservato un maggiore accumulo di zuccheri e di vitamina C nella polpa e una riduzione della concentrazione di proteine solubili (Cui et al., 2008). Nel limone (Garcìa-Tejero et al., 2010) e nel mandarino (Navarro et al., 2010) applicare un deficit idrico controllato induce un aumento della concentrazione dei solidi solubili totali e degli acidi titolabili, inoltre i frutti maturano prima di quelli delle piante pienamente irrigate. Nel mandarino sono stati osservati anche un aumento dei fenoli totali, del licopene, di glucosio e fruttosio, questi ultimi due sono responsabili dell’aumento degli zuccheri totali (Navarro et al., 2010). Nel ciliegio è stato dimostrato che riducendo la quantità di acqua durante il periodo produttivo si ha un aumento della compattezza dei frutti (Marsal et al., 2010). Anche nel pero è stato osservato che applicare un deficit idrico controllato determina un aumento della concentrazione dei solidi solubili totali, un aumento dell’acidità titolabile e i frutti risultano essere più compatti, è stato inoltre dimostrato che tali caratteristiche si mantengono anche dopo la raccolta se i frutti vengono conservati in un luogo freddo (Lopez et al., 2011). Nel pesco una riduzione dei rami a frutto determina una potenziale riduzione della produzione (Dichio et al., 2007). Nel melo un deficit idrico controllato aumenta la concentrazione di etilene nel frutto anticipandone la maturazione, il peso dei frutti risulta essere minore rispetto ai frutti pienamente irrigati, ma ne aumenta la compattezza e la concentrazione di solidi solubili totali (Edel et al. 1993); la quantità di amido nel frutto è influenzata negativamente da periodi di stress e a differenza da quanto osservato nel limone e nel mandarino la concentrazione dell’acidità titolabile diminuisce con il deficit idrico. Secondo Intrigliolo e Castel (2010) anche nel susino è possibile bilanciare la proporzione tra i rami vegetativi e quelli a frutto tramite strategie di deficit idrico controllato, aumentando la produzione e riducendo i costi di potatura. Nel melo la concentrazione dei solidi solubili totali e dell’acidità titolabile è maggiore nei frutti delle piante per le quali è stato imposto in deficit idrico. Nell'albicocco il vigore vegetativo e la crescita del tronco sono influenzati negativamente dalla presenza di un deficit idrico controllato, mentre la quantità dei frutti risente leggermente ma non in modo significativo (Ruìz-Sanchez et al., 2000). Nella fase di stoccaggio i frutti di albicocco sottoposti a deficit idrico hanno evidenziato una minore perdita di peso e una percentuale di attacchi fungini inferiore alle piante pienamente irrigate (Pérez-Pastor et al., 2007).
21 L’olivo (Olea europaea L.) è una coltura ampiamente diffusa in Italia, ove gran parte degli oliveti presenti sono volti alla produzione di olio d’oliva. Secondo i dati FAOSTAT (http://faostat.fao.org/) nel 2013 la produzione di olio d’oliva in Italia è al quinto posto con una produzione annua di circa 442.000 tonnellate, dopo i prodotti caseari, il grano, l’uva e i pomodori; se osserviamo i dati in termini di valore. In Italia l’olio d’oliva viene esportato, secondo i dati FAOSTAT 2011 (http://faostat.fao.org/) ogni anno vengono esportati 363564 tonnellate di olio (al decimo posto tra i prodotti esportati), pari ad un valore di 1.633.436 mila dollari (al sesto posto al livello nazionale). Su scala mondiale l’Italia è il secondo produttore di olio d’oliva dopo la Spagna, in ordine a seguire tra gli stati produttori troviamo la Grecia, la Turchia e il Marocco.
Per quanto riguarda la coltura del susino, nel 2013 al livello mondiale 2.5 milioni di ettari di terreno agricolo sono stati destinati alla produzione di susine e prugne con una produzione media di 4.3 tonnellate all’ettaro (FAO 2013); lo stato primo produttore al mondo di susine e prugne è la Cina con ben 6.100.000 tonnellate di produzione annua pari ad un valore di 3.580.608 dollari. Italia e Spagna si trovano, rispettivamente, al nono e dodicesimo posto a livello mondiale per la produzione di susine e prugne. Secondo i dati FAOSTAT del 2013 la Spagna produce annualmente 172.400 tonnellate di susine e prugne pari ad un valore di 102.882 mila dollari, mentre l’Italia segue con una produzione annua di 210.398 tonnellate pari ad un valore di 125.558 mila dollari. Le principali specie coltivate sono due Prunus domestica L. (susino europeo) e P. Salicina Lindl. (susino cino-giapponese).
Obiettivo generale di questa tesi è quello di approfondire le conseguenze della riposta dell’olivo e del susino cino-giapponese a periodi di deficit idrico controllato. Nel caso dell’olivo sono stati determinati gli effetti che diversi trattamenti irrigui hanno sulla produzione, la fisiologia del frutto, con particolare attenzione all’accumulo dei composti fenolici in esso, e sulle caratteristiche quantitative e qualitative dell’olio prodotto; inoltre osservare come l’espressione relativa di alcuni geni putativi delle vie metaboliche dei polifenoli varia durante l’accrescimento dei frutti e in funzione del deficit idrico imposto. Nel caso del susino cino-giapponese lo scopo è stato quello di approfondire le conoscenze sulle caratteristiche istologiche del mesocarpo di due varietà di susino (una varietà tardiva Angeleno e una precoce Red Beaut) ed in particolare di caratterizzare il tipo di cellule nei diversi strati; inoltre, sono state determinate le variazioni di tali caratteristiche in funzione di periodi di deficit idrico controllato per la varietà Angeleno in pieno campo.
22 Effetti del deficit idrico sullo sviluppo del frutto e sulla qualità dell’olio in olivo (Olea europaea L.) var. Frantoio
L’olivo è tra le colture arboree da frutto più resistenti alla siccità; sebbene sia sempre stato coltivata in asciutto, attualmente l’irrigazione è diffusa anche in tale coltura per numerosi benefici. Infatti, una buona disponibilità idrica stimola l’attività vegetativa, i processi riproduttivi e influenza le caratteristiche del prodotto (Gucci, 2006). Secondo i dati ISTAT del 2014 in Italia il 19.8% delle aziende agricole che hanno impianti d’irrigazione hanno oliveti, il che corrisponde ad una superficie stimata di oliveti irrigati pari a 78867 ha. La maggior parte degli oliveti irrigati si trova nelle regioni meridionali (68,8% degli oliveti) e nelle isole 20.9%, a seguire troviamo il centro con il 4.6%, il Nord Ovest col 3.6% e il Nord Est 2%. Inoltre l’olivo è l’ottava coltura in Italia in termini di utilizzo di acqua, il 3.5% dell’acqua utilizzata in agricoltura è impiegata in oliveti, tale percentuale corrisponde a 392321360 m3 di acqua annui, distribuiti per il 70.2% nelle regioni meridionali, 20.3% nelle isole, il 3.1% nel centro, l’1% nel Nord Ovest e il 0.4% nel Nord Est.
La resistenza dell’olivo alla siccità dipende dall’efficienza che tale specie ha nell’utilizzare l’acqua presente nel suolo (Tognetti et al., 2002). Una della caratteristiche che mantiene alta la capacità di assorbire acqua dal suolo in condizioni sfavorevoli è la tomentosità della pagina inferiore delle foglie in quanto, la presenza di peli, riduce l’evapotraspirazione in condizioni di vento (Gucci, 2006). Generalmente piante in condizioni di carenza idrica chiudono gli stomi delle foglie durante le ore più calde del giorno per evitare che la quantità di acqua persa tramite l’evapotraspirazione sia maggiore di quella assorbita dall’apparato radicale; nell’olivo gli stomi rimangono aperti per molto più tempo anche in condizioni di stress idrico ed in questo modo assorbe acqua dal suolo per più tempo rispetto alle altre piante arboree (Moriana et al. 2002). Inoltre, l’olivo ha un forte potere di aggiustamento osmotico, ovvero sintetizza nelle cellule dei soluti con un alto potere osmotico che non alterano le funzioni metaboliche delle cellule stesse impedendo la disidratazione delle foglie. Infine, a causa anche della rigidità delle pareti cellulari delle foglie, queste non perdono di turgore anche quando è presente una differenza di potenziale tra radici e chioma a favore delle radici, permettendo una più efficiente estrazione dell’acqua dal suolo (Gucci et al., 1998).
Tognetti et al. (2006) hanno osservato che nell’anno di carica anche con una restituzione del 66% dell’acqua evapotraspirata la produzione era paragonabile a quella delle piante pienamente irrigate. Inoltre, nell’anno di scarica le piante pienamente irrigate hanno
23 uno produzione molto più alta di quelle in deficit idrico o non irrigate, per cui l’irrigazione migliora le capacità produttive della coltura soprattutto negli anni di scarica; una corretta irrigazione può ridurre l’alternanza di produzione sia per quanto riguarda il numero di frutti che la quantità di olio prodotto (Lavee et al., 2007).
Se i livelli di stress idrico vengono mantenuti sopra un certo limite la crescita vegetativa, la densità dei frutti nella chioma e la produzione di olio non ne risentono negativamente (Motilva et al. 2000, Patuni et al. 2002 e D’Andria et al. 2009). Secondo Grattan et al. (2006) nella varietà Arbequina la restituzione del 71% del fabbisogno idrico giornaliero non determina differenze né per la crescita dell’albero né per il carico di frutti rispetto alla tesi pienamente irrigata, mentre con la restituzione del 57% del fabbisogno idrico giornaliero la densità dei frutti e la produzione di olio non ne risentono, ma la crescita vegetativa è minore rispetto alle tesi pienamente irrigata. D’Andria et al. (2009) riportano che non ci sono differenze sulla produzione di olio e olive con una restituzione del 66% dell’acqua evapotraspirata nelle cultivar Frantoio e Leccino.
Per quanto riguarda la qualità dell’olio è noto che il deficit idrico non ha effetto sulla composizione di grassi acidi e zuccheri, mentre i composti fenolici vengono influenzati positivamente dalla carenza idrica; anche il profilo delle caratteristiche sensoriali dell’olio varia in condizioni di deficit idrico, in condizioni di stress idrico l’olio prodotto presenta delle note di piccante e a amaro più evidenti, mentre il sentore di erbaceo e fruttato ne risentono negativamente (Gucci e Servili, 2006). Tali dati sono stati osservati in diverse varietà di olivo quali: Kalamata (Patumi et al., 2002), Arbequina (Berenguez et al., 2006), Leccino (Servili et al., 2007) e Cornicabra (Gòmez-Rico et al., 2007).
Lo scopo di questo lavoro è stato di determinare, per la varietà Frantoio, gli effetti che diversi trattamenti irrigui hanno sulla fisiologia del frutto e sulla produzione. Nello specifico sono state analizzate le variazioni sullo sviluppo e composizione del frutto a diversi deficit idrici, con particolare attenzione all’accumulo dei polifenoli nella polpa delle olive; sono stati analizzati anche gli effetti che lo stress idrico può avere sulla qualità e la quantità di olio prodotto.
24 Materiali e metodi
Caratteristiche del sito e dell’oliveto
Durante gli anni 2011, 2012 e 2013 sono state svolte prove d’irrigazione su olivo presso i campi sperimentali del Dipartimento di Scienze Agrarie Ambientali e Agro-ambientali (DISAAA-a) dell’Università di Pisa situati a Venturina (43° 01’ N; 10° 36’ E), in provincia di Livorno, Italia. L’oliveto oggetto di studio è stato impiantato nel 2003 in un terreno sabbio-limoso (60 % sabbia, 25 % limo e 15 % argilla) con un pH di 7.9, sostanza secca del 1.84 %, capacità di scambio cationico di 13.7 meq/100g, un alto contenuto di Ca e Mg, medio di N, K e Na e basso di P. Tutti i parametri sono stati misurati a 0.4 m di profondità nel 2003 e nel 2008.
L’oliveto intensivo ha un sesto d’impianto di 5 x 3.9 m per una densità di 513 alberi ad ettaro ed è costituito da 12 parcelle, ogni parcella comprende tre file di quattro piante, eccetto l’ultima formata da solo due file; abbiamo quindi un totale di 140 piante suddivise in 35 file. Il terreno di tre parcelle è lavorato mediante erpicatura superficiale, mentre sulle altre parcelle è presente una copertura naturale. La lavorazione del terreno e lo sfalcio del prato avvengono in concomitanza 3-4 volte l’anno. La varietà più presente in campo è il Frantoio con 84 piante (varietà sulla quale sono state svolte le analisi del presente manoscritto), ma sono presenti anche le varietà 12 piante di Leccino, 12 di Moraiolo, 12 di Pendolino, 10 di Ciliegino e 10 di Arbequina. La Figura 1 riporta uno schema dettagliato delle parcelle, mentre in Figura 2 è possibile osservare una foto aerea (Google Maps) dove sono state messe in evidenza le parcelle e il tipo di lavorazione del suolo per ognuna di esse. Le piante prese in esame per questo lavoro solo le piante centrali (varietà Frantoio) delle parcelle inerbite con coperture naturale.
L’oliveto è fornito di un impianto di sub-irrigazione con l’ala gocciolante situata a 0.4 m di profondità e distante 0.8 m dal fusto sul lato sud-ovest, lungo la linea i gocciolatori sono distanti 0.9 m l’uno dall’altro.
L’area d’interesse è caratterizzata da un clima sub-umido mediterraneo. Una centralina climatica presente nell’oliveto ha fornito l’andamento dei principali parametri climatici negli anni oggetto di studio, quali: temperatura, precipitazioni, umidità dell’aria, velocità del vento, evapotraspirazione e radiazione solare.
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Figura 1: Schema di una parcella dell’oliveto sperimentale del Dipartimento di Scienze Agrarie Ambientali e Agro-ambientali (DISAAA-a) dell’Università di Pisa situato a Venturina (43° 01’ N; 10° 36’ E), Livorno, Italia. L’ago rosso della bussola riprodotta sopra l’immagine indica il Nord. Con colori diversi sono state rappresentate le diverse varietà e la loro distribuzione in ogni parcella, la linea azzurra tratteggiata rappresenta l’ala gocciolante dell’impianto di sub-irrigazione situata a 0.4 m di profondità e distante 0.8 m dal fusto delle piante sul lato sud-ovest, lungo la linea i gocciolatori sono distanti 0.8 m l’uno dall’altro.
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Figura 2: Foto aerea dell’oliveto scattata il 1 marzo 2012. Sono numerate le file (da F1 a F35) e le piante (da P1 a P4). Sono identificate le parcelle in cui il suolo viene periodicamente lavorato tramite erpicatura superficiale (Lavorato) mentre le altre parcelle presentano una copertura permanente naturale (Inerbito). Sono riportati la scala di riferimento e il Nord (https://maps.google.it/).
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
F10
F11
F12
F13
F14
F15
F16
F17
F18
F19
F20
F21
F22
F23
F24
F25
F26
F27
F28
F29
F30
F31
F32
P1 P2 P3 P4
Lavorato
Lavorato
Lavorato
Inerbito
Inerbito
Inerbito
20 m
27 Fenologia, irrigazione e stato idrico dell’albero
Nei tre anni di studio sono state determinate le date di piena fioritura, ovvero il giorno in cui il 50% dei fiori delle infiorescenze è aperto nel 50% delle infiorescenze (Caruso et al. 2013); per determinare questo dato è stato contato il numero di infiorescenze e il numero di infiorescenze aperte di tre branche, omogeneamente distribuite nella chioma dell’albero, per quattro alberi per tesi irrigua. Le date di piena fioritura sono state il 24 maggio per il 2011, il 3 giugno per il 2012 e il 1 giugno per il 2013; la raccolta delle olive è avvenuta il 17 ottobre per il 2011, ovvero 146 giorni dopo la piena fioritura, il 5 novembre nel 2012 (155 DAFB) e il 22 ottobre nel 2013 (143 DAFB).
Nei tre anni di prova sono stati imposti diversi regimi idrici, per l’anno 2011 l’irrigazione è stata differenziata nel seguente modo:
piena irrigazione (FI), che prevedeva la restituzione del 100% del fabbisogno idrico giornaliero delle piante. Il periodo irriguo è iniziato 57 giorni dopo la piena fioritura (DAFB) ed è terminato 139 DAFB. In questo intervallo di tempo sono stati somministrati 734 m3/ha di acqua che corrispondono a 1431 l/albero;
asciutto (DI) dove le piante sono state lasciate in asciutto con solo un’irrigazione di soccorso che ha previsto una somministrazione di 33 m3/ha di acqua (ovvero 63 l/albero), per evitare danni permanenti agli alberi. Il periodo di deficit è iniziato con la fase d’indurimento del nocciolo (56 giorni dopo la piena fioritura DAFB) e terminato con l’inizio delle precipitazioni atmosferiche (142 DAFB).
Nel 2012 il periodo irriguo è durato da 28 a 103 DAFB e sono state confrontate tre tesi irrigue:
piena irrigazione (FI) con la restituzione del 100% del fabbisogno idrico giornaliero calcolata su base settimanale. In totale sono stati somministrati 4958 l/albero di acqua pari a 2277 m3/ha;
irrigazione in deficit dalla metà della prima fase di sviluppo del frutto fino all’inizio della fase di indurimento del nocciolo (DI 1°), precisamente dal 23° al 41° giorno dopo la piena fioritura; a partire da 41 DAFB l’irrigazione è stata ripristinata fino alla fine del periodo irriguo. La quantità di acqua somministrata corrisponde a 3916 l/albero corrispondenti a 1724 m3/ha;
28 irrigazione in deficit durante la fase di indurimento del nocciolo (DI 2°), gli alberi hanno ricevuto piena irrigazione dall’inizio del periodo irriguo fino al 41° giorno dopo la piena fioritura, è seguito un periodo di deficit idrico da 41 a 71 DAFB e nuovamente il ripristino della piena irrigazione fino alla fine del periodo irriguo; la quantità di acqua somministrata corrisponde a 1215 l/albero pari a 1215 m3/ha.
Nel 2013 l’irrigazione è stata effettuata da 23 a 100 giorni dopo la piena fioritura e i regimi irrigui sono stati simili a quelli del 2012, nello specifico le tesi irrigue sono state:
piena irrigazione (FI) durante tutto il periodo irriguo con la restituzione del 100% del fabbisogno idrico giornaliero. Sono stati somministrati complessivamente 1648 m3/ha di acqua che corrispondono a 3212 l/albero; irrigazione in deficit dalla seconda parte della prima fase di sviluppo del frutto
fino all’inizio della fase di indurimento del nocciolo (DI 1°), cioè dal 28° al 60° giorno dopo la piena fioritura; a partire da 60 DAFB fino alla fine del periodo irriguo è stata ripristinata la piena irrigazione, la quantità di acqua somministrata corrisponde a 799 m3/ha ovvero 1558 l/albero;
irrigazione in deficit nella fase di indurimento del nocciolo (DI 2°) che ha previsto una fase di piena irrigazione dall’inizio del periodo irriguo fino al 60° giorno dopo la piena fioritura, una fase di deficit idrico dal 60° al 85° giorno dopo la piena fioritura e nuovamente il ripristino della piena irrigazione da 85 DAFB fino alla fine del periodo irriguo, la quantità di acqua somministrata corrisponde a 1108 m3/ha ovvero 2160 l/albero.
29 Tabella 1: Volumi irrigui somministrati alle tesi irrigue nei tre anni di studio
Tesi irrigua 2011 2012 2013
l/albero m3/ha l/albero m3/ha l/albero m3/ha Piena
irrigazione 1431 734 4958 2277 3212 1648
Soccorso 63 33
Deficit 1° 3916 1724 1558 799
30 Nei tre anni di studio, il regime irriguo di piena irrigazione è stato determinato calcolando l’evapotraspirazione effettuata dall’oliveto secondo l’equazione di Penman-Monteith:
ET = ET ∗ Kc ∗ Kr ETo corrisponde all’evapotraspirazione giornaliera, Kc coefficiente colturale,
Kr corrisponde a:
Kr = 2SC/100 SC = 3.142 ∗ D ∗ N/400
D è il diametro medio delle chiome e N il numero di piante per ettaro
Ogni anno, per monitorare lo stato idrico degli olivi, sono state eseguite le misure di potenziale idrico prima del sorgere del sole (PDΨw) di quattro alberi per tesi irrigua, con cadenza pressoché settimanale secondo i protocolli riportati in Caruso et al. (2013), ovvero su foglie pienamente espanse prelevate nella parte mediana di rami a frutto. Il potenziale è stato misurato con camera a pressione Scholander-type (Tecnogas, Pisa, Italia).
Produzione, analisi del frutto e analisi dell’olio
Nel 2011, durante il periodo di accrescimento dei frutti sono stati svolti campionamenti di frutti su quattro piante per tesi irrigua; i frutti campioni, distribuiti omogeneamente su tutta la chioma degli alberi, sono stati congelati in campo in azoto liquido e in seguito conservati a -80° C. Successivamente sono stati utilizzati per analisi di tipo chimico e genetico descritte in seguito.
Le analisi chimiche sono state svolte presso il Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Ambientali (Università di Perugia, Italia). Le frazioni fenoliche misurate sono state: 3,4-DHPEA, p-HPEA, verbascoside, 3,4 DEHPEA-EDA, oleuropeina, p-HPEA-EDA, (+)-1-acetossipinoresinolo, (+)-pinoresinolo. Tali analisi sono state svolte secondo il metodo Montedoro et al. 1992 con cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC, High Performance Liquid Chromatography) e svolte su frutti di sette date di campionamento omogeneamente distribuite durante il periodo di accrescimento dei frutti.
Nel 2012 sono state svolte le stesse analisi descritte per l’anno 2011 con la differenza che le date di campionamento sono state cinque e non sette. Durante questo anno sono state regolarmente monitorate e misurate: l’accrescimento dei frutti, il rapporto polpa/nocciolo e la
31 curva di accumulo di olio nel frutto. Ogni dieci giorni circa, sono stati campionati 10 frutti, per ogni frutto è stata accuratamente separata la polpa dal nocciolo con l’ausilio di coltelli o bisturi; per entrambe le parti del frutto (polpa e nocciolo) sono stati misurati il peso fresco e il peso secco, quest’ultimo è stato rilevato ponendo il materiale biologico in stufa a 70°C fino a peso costante; con tali dati è stato possibile calcolare il rapporto polpa/nocciolo e peso fresco/peso secco. La polpa essiccata dei frutti a diversi stadi di accrescimento è stata utilizzata anche per misurare la percentuale di olio contenuto tramite NMR (Oxford Instruments, Oxon, Regno Unito), con tali dati è stato possibile creare la curva di inoliazione espressa come percentuale di olio nella polpa essiccata.
Nell’anno di produzione 2013 sono state eseguite in quattro date di campionamento tutte le analisi descritte precedentemente per l’anno 2012.
In tutti e tre gli anni di studio sono stati misurati, per quattro alberi per tesi, la produzione di olive per albero espressa in grammi, il numero medio di frutti per albero e la quantità di olio prodotto per pianta. Il numero di frutti per albero è stato ottenuto pesando tre campioni di 50 frutti l’uno per quattro alberi, tali dati sono stati utilizzati per poter calcolare il peso medio di un frutto e quindi stimare il numero di frutti per albero dividendo la produzione per il peso medio del frutto. Per determinare la quantità di olio prodotta per pianta è stata applicata la seguente formula:
∗ . . . . ∗ . . . . ∗% 100 Dove:
P. f. corrisponde a Peso fresco, P. s. corrisponde a Peso secco.
La produzione per albero, il numero di frutti e la produzione di olio per albero son stati riportati anche come rapporto con l’area della sezione trasversale dell’albero misurata a 40 cm dal suolo (TCSA); in modo da studiare l’efficienza produttiva.
32 Disegno sperimentale e analisi statistica
Gli alberi selezionati per le analisi appartengono a parcelle inerbite omogeneamente distribuite nel campo. Di ogni parcella sono stati esclusi gli alberi più esterni per evitare l’effetto margine. Per ogni tesi irrigua sono stati monitorati quattro alberi sui quali sono stati svolti i vari campionamenti. Le medie di quattro repliche (tre per le analisi genetiche) sono state analizzate tramite test ANOVA all’interno di ciascuna data di campionamento (con p=0.05 per distinguere i dati significati e p=0.01 per distinguere i dati altamente significativi). Il programma usato a tale scopo è stato CoStat (CoHort Software, Monterey, USA). I grafici sono stati elaborati con i programmi CoPlot (CoHort Software, Monterey, USA) e Microsoft Excel.
33 Risultati
Gli andamenti dei potenziali idrici delle diverse tesi idriche, misurati prima del sorgere del sole (PDΨw) nel 2011 sono riportati in Figura 3. I valori di potenziale idrico della tesi pienamente irrigata oscillano tra un massimo di -0.79 MPa e un minimo di -1.43 MPa, mentre il potenziale idrico della tesi in asciutto raggiunge il minimo di -3.86 MPa 142 giorni dopo la piena fioritura (DAFB). La differenziazione delle due tesi idriche inizia stabilmente a 56 DAFB e tale differenza rimane significativa fino alla fine del periodo irriguo (142 DAFB). Il potenziale idrico della tesi in asciutto evidenzia una risalita (113 DFAB) dovuto a precipitazioni atmosferiche avvenute in quel periodo, ma il valore rimane comunque significativamente inferiore a quello del controllo.
Alla raccolta, le piante pienamente irrigate presentano una produzione maggiore rispetto alle piante non irrigate. La produzione di frutti per albero della tesi pienamente irrigata è 55.9% in più della tesi in asciutto, mentre esprimendo la produzione in funzione del diametro trasversale medio del tronco misurato a 0.4 m dal suolo (TCSA), la tesi di controllo produce il 39.7% in più della tesi in asciutto. Osservando il numero di frutti per pianta non si evidenziano differenze tra i trattamenti irrigui, sia come numero di olive per pianta sia come numero di olive per TCSA (Tabella 2). I frutti della piante pienamente irrigate sono più grandi e pesanti (sia come peso secco che come peso fresco) delle olive delle piante in asciutto. Tale differenza è presente sia per il mesocarpo che per l’endocarpo. Anche la concentrazione di olio nel mesocarpo delle olive pienamente irrigate è maggiore del 14.5% rispetto alle non irrigate e tale differenza è presente anche sulla quantità di olio per pianta (59.6% in più per la tesi di controllo). Tuttavia se la quantità di olio prodotto per albero viene espressa su TCSA, le tesi risultano simili (Tabella 3).
Il peso fresco di mesocarpo, endocarpo e frutto intero, il peso secco di mesocarpo e frutto intero, il rapporto tra peso fresco e peso secco, il rapporto del peso fresco mesocarpo e endocarpo ed infine il rapporto del peso secco mesocarpo e endocarpo, sono parametri che alla raccolta risultano essere maggiori per la tesi pienamente irrigata fatta eccezione per l’indice di maturazione dei frutti in cui è la tesi in deficit idrico ad avere valori maggiori e per il peso secco dell’endocarpo che non evidenzia differenze tra i trattamenti irrigui (Tabella 3). Il peso fresco e il peso secco del frutto della tesi di controllo sono maggiori del 45% e 23%, rispettivamente, della tesi in asciutto.
La concentrazione iniziale dei composti fenolici nell’oliva è elevata e poi progressivamente diminuisce durante lo sviluppo del frutto. Infatti, i valori più alti di concentrazione polifenolica su peso fresco delle olive si osservano nella prima data di
