3. RISULTATI
Simulando avverse condizioni ambientali di crescita previste nel 2050, è stata condotta in serra, per un periodo continuativo di 11 settimane (77 giorni complessivi, nei mesi giugno-agosto del 2013), una sperimentazione con piante di Q. ilex di 3 anni di età. Esse sono state suddivise in più lotti e ciascuno sottoposto ad un trattamento, riproducente un determinato scenario: (i) scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato); (ii) esposizione ad O3 (80-100 ppb, 5 h giorno-1, dalle 10 alle 15, ora solare); (iv) presenza di entrambi gli agenti di stress. Analogo lotto di piante, mantenuto in aria filtrata, con idoneo approvvigionamento idrico giornaliero (pari al 100% dell’evapotraspirato), è stato usato come controllo.
Durante la sperimentazione sono state effettuate stime in vivo volte a valutare le risposte ecofisiologiche delle piante, in termini di performance fotosintetica, e potenziale idrico fogliare. Alla fine della prova sul materiale campionato sono state condotte misure biometriche e analisi biochimiche.
3.1. Manifestazioni sintomatiche e misure biometriche
Manifestazioni sintomatiche apprezzabili sono state palesate esclusivamente da piante sottoposte a insufficiente regime idrico, in presenza o meno di O3. Nel corso della sperimentazione, infatti, esse hanno mostrato una senescenza precoce e progressiva della chioma, ravvisabile in un disseccamento graduale della lamina fogliare, a partire dalle parti distali e marginali (Figura 17), affatto riscontrato nei soggetti di controllo o esposti al solo inquinante. Inoltre tali piante, come si evince dalla Figura 18 e dai dati biometrici riportati nella Tabella 2 (ricavati da misure distruttive condotte alla fine della prova) hanno subito, rispetto ai controlli, una più incisiva riduzione di taglia e una sensibile e statisticamente significativa contrazione nella resa in biomassa secca (-60% e -45%, rispettivamente con stress idrico singolo e combinato). Il rapporto tra parte epigea/ipogea, invece, è risultato inferiore in tutte le tesi “trattate” e in maniera più marcata nello stress combinato (-53%).
Figura 17. Foglie completamente espanse, campionate al termine della sperimentazione (77 giorni), da piante di Quercus ilex cresciute: in aria filtrata con idoneo approvvigionamento idrico, usate come controllo (control); sottoposte a scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato, H2O); esposte ad ozono (80 – 100 ppb 5 h giorno-1, O3); allevate in presenza di entrambi gli stress (O3+H2O).
Figura 18. Aspetto generale al termine della sperimentazione presentato dalle piante di Quercus ilex cresciute: in aria filtrata con idoneo approvvigionamento idrico, usate come controllo (control); sottoposte a scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato, H2O); esposte ad ozono (80 – 100 ppb 5 h giorno-1, O3); allevate in presenza di entrambi gli stress (O3+H2O).
Tabella 2. Parametri biometrici [peso secco totale (espresso in grammi) e rapporto parte epigea/ipogea, come media ± deviazione standard)] rilevati al termine dell’esposizione in piante di Quercus ilex cresciute: in aria filtrata con idoneo approvvigionamento idrico (controllo); sottoposte a scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato, stress idrico); esposte ad ozono (80 - 100 ppb 5 h giorno-1, stress ozono); allevate in presenza di entrambi gli stress (stress combinato). I dati sono stati esaminati con ANOVA ad una via e Fisher’s LSD test; a lettere diverse (in colonna) corrispondono differenze statisticamente significative per : *** = P≤0,001.
Trattamento Peso secco totale (g) Parte epigea/ parte ipogea
Controllo 53 ± 4,2 b 3,4 ± 0,27 c
Stress idrico 21 ± 4,0 a 2,4 ± 0,27 b Stress ozono 59 ± 18,1 b 2,4 ± 0,26 b Stress combinato 29 ± 7,5 a 1,6 ± 0,08 a
P *** ***
3.2. Potenziale idrico fogliare
Nel corso della sperimentazione, dopo 14, 42 e 77 giorni dall’inizio della stessa, sono stati stimati i potenziali idrici fogliari prima dell’alba (PDΨw) Dall’analisi statistica (Tabella 3) si evince che seppur tutti gli individui sottoposti ai vari stress (O3, idrico singoli e in combinazione), subiscano dopo 14 giorni una significativa riduzione di tale parametro, scendendo a livelli rispettivamente di 3, 4 e 7 volte inferiori al controllo, solo nelle due ultime tesi (quelle soggette a insufficiente adacquamento, con o senza inquinante) i valori restano decisamente più bassi, sia nel successivo rilievo, il 42° giorno (circa 3 volte inferiore) che al termine della prova, cioè alla fine dell’11° settimana (circa 2,5 volte inferiore).
Tabella 3: Valori (espressi in MPa come media ± deviazione standard) di potenziale idrico fogliare prime dell’alba (PDΨw,) stimato dopo 14, 42 e 77 giorni su foglie di Quercus ilex cresciute: in aria filtrata con
idoneo approvvigionamento idrico (controllo); sottoposte a scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato, stress idrico); esposte ad ozono (80 - 100 ppb 5 h giorno-1, stress ozono); allevate in presenza di entrambi gli stress (stress combinato). I dati sono stati esaminati con ANOVA ad una via e Fisher’s LSD test; a lettere diverse (in colonna) corrispondono differenze statisticamente significative per : * = P≤0,05; *** = P≤0,001.
Trattamento 14° giorno PDΨ42° giorno w (MPa) 77° giorno Controllo -0,3±0,03 d -0,6±0,06 b -0,4±0,05 b Stress idrico -1,2±0,14 b -1,9±0,02 a -1,1±0,05 a Stress ozono -0,8±0,05 c -0,4±0,06 b -0,5±0,12b Stress combinato -2,2±0,36 a -1,8±0,38 a -1,0±0,20 a
3.3. Misure ecofisiologiche
Durante i 77 giorni di sperimentazione, mediante la stima di parametri fotosintetici relativi agli scambi gassosi e/o alla fluorescenza della clorofilla a, sono state studiate in vivo le risposte ecofisiologiche delle piante, sia a cadenza settimanale (a partire dalla 2°) che in termini di profilo circadiano nel corso dell’ultimo giorno di sperimentazione.
3.3.1. Misure ecofisiologiche settimanali: scambi gassosi e fluorescenza della clorofilla a
Nel corso del periodo di prova, come chiaramente emerge dai grafici riprodotti nella Figura 19, i livelli di fotosintesi netta (A) e conduttanza stomatica (gs) di tutte le piante trattate, hanno subito (secondo l’analisi ANOVA a una via per misure ripetute) contrazioni statisticamente significative rispetto ai controlli (Figura 19 a e b). In particolare gli individui sottoposti a stress idrico, in presenza o meno di O3, hanno mostrato sensibili flessioni in A (-60%, Figura 19 c e g), con concomitante accentuata riduzione di gs (-62%; Figura 19 d e h) già al termine delle prime due settimane di trattamento. Questo andamento si è protratto per tali parametri e in entrambi le tesi suddette per tutta la durata della sperimentazione, raggiungendo il 77° giorno valori in A inferiori all’incirca al 70% rispetto ai controlli (precisamente -77% e -75%, con O3 o meno) e -60% (-79% e -55%) per gs. Un trend simile seppur altalenante, meno marcato e procrastinato, è stato registrato anche per gli individui esposti a solo O3 (Figura 19 e ed f). Decrementi statisticamente significativi sono stati riscontrati, infatti, per i livelli di fotosintesi netta 27%) e di conduttanza stomatica (-32%) a partire rispettivamente dalla 4° (-27%) e 3° settimana (-(-32%), cioè 28 e 21 giorni; essi si sono mantenuti a livelli più bassi rispetto ai controlli sino al termine della prova (-38% e - 39%) sebbene non in modo continuativo.
Alla generale riduzione riscontrata nei valori di A e gs delle piante trattate rispetto ai controlli non ha fatto riscontro una variazione apprezzabile di concentrazione intercellulare di CO2. Infatti, è stata registrata una diminuzione statisticamente significativa dei livelli di Ci in tutte le tesi soggette a stress solo alla fine della 6° settimana (dati non mostrati).
Nel complesso, una minore performance fotosintetica delle piante trattate rispetto al controllo, particolarmente evidente nelle piante soggette a insufficiente irrigazione (con o senza O3), piuttosto che a quelle esposte al solo inquinante, è emersa nel corso della sperimentazione, in termini statistici (secondo l’ANOVA a una via per misure ripetute), anche dai rilievi settimanali di alcuni parametri relativi alla fluorescenza della clorofilla a (Figura 20: a-h). In particolare, i valori di Y subiscono una riduzione nei soggetti sottoposti a carenza idrica in presenza o meno di O3,
rispettivamente dopo 21 e 28 giorni dall’inizio della sperimentazione (-57% e -27% rispettivamente; Figura 20: c e g). Negli individui sottoposti a stress combinato, la resa quantica effettiva non differisce in termini statistici dal controllo già dopo 42 giorni (fatta eccezione per la 9° settimana). Ancora meno accentuate e più contenute in termini temporali sono le contrazioni in resa quantica effettiva del PSII delle piante esposte al solo inquinante: si registrano unicamente nei primi tre rilievi settimanali (Figura 20 e), a partire dal 14° giorno (-38%). Il profilo delineato dal quenching non fotochimico, seppur in modo non perfettamente speculare e vistosamente altalenante, sembra ricalcare in senso contrario, il trend osservato nei dati di Y di cui sopra. I dati in qNP nelle piante sottoposte a stress idrico e combinato, infatti, subiscono un aumento continuativo significativo solo nel primo periodo sperimentale, rispettivamente sino alla fine della 6° e 4° settimana, a iniziare dalla 2° (+14 e +5% rispetto ai controlli; Figura 20 d e h); nei tempi successivi gli andamenti diventano incostanti. I soggetti esposti al solo stress da O3 assumonoinvece livelli di qNP estremamente oscillanti, con incrementi discontinui nei tre rilievi condotti i primi 49 giorni e addirittura un decremento alla fine dell’8° settimana.
Al contrario il quenching fotochimico (qP), non mostra alcuna differenza statisticamente apprezzabile tra le tesi nel tempo (dati non mostrati) e, del resto, per tutte, alla fine della sperimentazione, anche gli stessi dati di Y e qN risultano pari al controllo (fatta eccezione per il qN più alto, nello stress combinato). Il rapporto Fv/Fm, invece, sebbene esibisca significatività statistica in riferimento al solo fattore “trattamento”, presenta valori che rientrano ampliamente nel range 0,80-0,86, conforme con i livelli assunti da una pianta sana (dati non mostrati).
3.3.2. Misure ecofisiologiche lungo il profilo circadiano: scambi gassosi
Alla fine dell’undicesima settimana, cioè l’ultimo giorno di prova (il 77°), stimando ogni 2 ore, dalle 7:00 alle 19:00, alcuni parametri fotosintetici relativi agli scambi gassosi delle piante oggetto di sperimentazione, è stato possibile tracciare il relativo profilo circadiano. Dall’elaborazione statistica, mediante ANOVA a una via per misure ripetute, sono emerse variazioni significative nei livelli e andamenti di A e gs di tutte le piante trattate, rispetto ai controlli (Figura 21 a e b). Nello specifico, in quest’ultime il profilo giornaliero dell’attività fotosintetica netta sembra seguire una parabola, che raggiunge un plateaux nelle ore centrali della giornata (dalle 11:00 alle 15:00, comprese; Figura 21 a). Delle altre tesi, solo quella soggetta all’inquinante (Figura 21 e), sembra delineare un andamento simile, con livelli più alti nel medesimo intervallo, seppur più amplio e con valori significativamente più bassi (-38%, -39%, -36% e –35%), rispettivamente dalle 11:00 alle 17:00. Gli individui sottoposti a carenza idrica in presenza o meno di O3 subiscono, invece, una
sensibile contrazione durante tutto l’arco giornaliero (-72% come media complessiva rispetto ai controlli) con un concomitante appiattimento dell’intero profilo (Figura 21 c e g). E’ interessante osservare che la conduttanza stomatica, come chiaramente si evince dai grafici della Figura 21 b-h, sembra ricalcare in modo quasi analogo, per ciascuna tesi, il trend osservato nei dati di A di cui sopra.
Controllo A (mmo l C O2 m -2 s -1 ) 0 4 8 12 16
Stress idrico Stress ozono Stress combinato
14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 g s (mol H 2 O m -2 s-1 ) 0,00 0,07 0,14 0,21 0,28 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 ab hil hil g-l abc a-e c-g g-l m d-h q-t q-tpqr op st t t q-t rst q-t q-t opq mn m m no qrs op rst m hil m a b-f a-d e-i l f-l il d-h qr nop hil mno mn pq rs s pqr pqr ef ef cde a ab abc c-e b-d h-m c-e qr gh fg ghi gh i-m o-q g-ih-m l-n ef gh aba-d a-d ef gh b-d de gh Trattamento*** Tempo*** Trattamento x Tempo *** Trattamento*** Tempo*** Trattamento x Tempo ***
Giorni Giorni Giorni Giorni
a) b) c) d) e) f) g) h)
Figura 19. Profilo settimanale dei parametri di scambi gassosi, fotosintesi netta (A) e conduttanza stomatica (gs) (espressi, come media ± deviazione standard)
rilevati, in vivo, a partire dalla 2° settimana (14 giorni) dall’inizio della sperimentazione in piante di Quercus ilex: a) e b) cresciute: in aria filtrata con idoneo approvvigionamento idrico, usate come controllo; c) e d) sottoposte a scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato); e) e f) esposte ad ozono (80 - 100 ppb 5 h giorno-1); g) e h) allevate in presenza di entrambi gli stress. I dati sono stati esaminati con ANOVA ad una via per misure ripetute e Fisher’s LSD test; a lettere diverse (per singolo parametro) corrispondono differenze statisticamente significative per : *** = P≤0,001.
! ! Y 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Giorni 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 qNP 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 Giorni 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Giorni 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Giorni 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 a bc g-l cd b i-n b l-n e-g g-l b d-f g-l i-n cd e-h g-m bc h-n f-i l-pn-p h-n l-n h-n g-m f-i p l-o l-o op c-e a a bc a i-n d-g d-i b-d r-u d-l q-u g-o s-v l-p d-h s-v l-o t-v c-f h-m e-l m-q g-m v b
r-u r-u r-u n-r
l-o f-m p-t uv r-v o-s g-m r-v uv c-f Trattamento *** Tempo*** Trattamento x Tempo*** Trattamento *** Tempo*** Trattamento x Tempo*** e-g a h-n f-i b de de g-m cd m-p
Controllo Stress idrico Stress ozono Stress combinato
, , , , , , , , , , a) b) c) d) e) f) g) h) !
Figura 20. Profilo settimanale dei parametri di fluorescenza della clorofilla a, resa quantica effettiva del foto sistema II (Y) e quenching non fotochimico (qN) (espressi, come media ± deviazione standard) rilevati, in vivo, a partire dalla 2° settimana (14 giorni) dall’inizio della sperimentazione in piante di Quercus ilex: a) e b) cresciute: in aria filtrata con idoneo approvvigionamento idrico, usate come controllo; c) e d) sottoposte a scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato); e) ed f) esposte ad ozono (80 - 100 ppb 5 h giorno-1); g) e h) allevate in presenza di entrambi gli stress. I dati sono stati esaminati con ANOVA ad una via per misure ripetute e Fisher’s LSD test; a lettere diverse (per singolo parametro) corrispondono differenze statisticamente significative per : *** = P≤0,001.
Controllo A (m mo l C O m2 -2 s -1 ) 0 4 8 12
Stress idrico Stress ozono Stress combinato
7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 gs (m ol H 2 O m -2 s-1 ) 0,00 0,09 0,18 0,27 7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 a bcd d abcd bcd cd abc e ef fg g fg e d abcd abcd bcd bcd cd bcd ab e h i i i ef d abc abc abcd b-f ilmn ghil abc mno o l-o l-o o h-m e-i abc ab abc c-g a-d b-e d-h f-i ho p p q h-m b-e Trattamento*** Tempo*** Trattamento x Tempo *** Trattamento*** Tempo*** Trattamento x Tempo *** a) b) c) d) e) f) g) h)
Figura 21. Profilo circadiano dei parametri di scambi gassosi, fotosintesi netta (A) e conduttanza stomatica (gs) (espressi, come media ± deviazione standard)
rilevati, in vivo l’ultimo giorno di sperimentazione (il 77°) in piante di Quercus ilex: a) e b) cresciute: in aria filtrata con idoneo approvvigionamento idrico, usate come controllo; c) e d) sottoposte a scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato); e) ed f) esposte ad ozono (80 - 100 ppb 5 h giorno-1); g) e h) allevate in presenza di entrambi gli stress. I dati sono stati esaminati con ANOVA ad una via per misure ripetute e Fisher’s LSD test; a lettere diverse (per singolo parametro) corrispondono differenze statisticamente significative per : *** = P≤0,001.
3.4. Analisi biochimiche
Alla fine della prova, 77° giorno, sulle foglie campionate sono state condotte analisi biochimiche, volte alla determinazione del contenuto in prolina, acido abscissico (ABA), pigmenti fotosintetici (clorofille a e b) e accessori (carotenoidi). I dati ottenuti, esibenti variazioni apprezzabili in termini statistici, sono riepilogati nella Tabella 4.
La prolina, noto osmolita compatibile, sembra significativamente accumularsi a livello fogliare in tutte le piante soggette alle tre tipologie di stress (da scarso regime idrico, da O3 e combinato), rispettivamente di circa 1,5, 2,0 e 6,5 volte rispetto ai controlli. In modo analogo, seppur solo nelle tesi esposte all’inquinante, risultano incrementati i livelli in ABA, i quali si assestano su valori approssimativamente di 2,4 e 3,2 volte superiori ai controlli, in relazione alla presenza o meno di idoneo adacquamento. Circa gli esiti delle analisi sul contenuto in pigmenti fotosintetici (clorofilla a e b) e accessori (carotenoidi), l’elaborazione statistica non ha restituito differenze significative tra le singole tesi, fatta eccezione, nell’ambito di quest’ultimi, della neoxantina. Tale composto, annoverato tra i precursori dell’ABA, subisce una riduzione di circa 1,6 e 1,3 volte nei soggetti sottoposti a stress idrico, rispettivamente in presenza o meno di O3. Nonostante la non significatività emersa nelle dotazioni degli altri pigmenti, risulta statisticamente apprezzabile il rapporto tra carotenoidi e clorofille totali. Esso, assimilabile ad un vero e proprio indice cromatico della foglia, esprimente l’intensità della colorazione verde di fondo (tanto inferiore quest’ultima, quanto maggiore è il dato), mostra una variazione percentuale significativa identica, ma di senso contrario, nelle piante “assetate” (+4%) rispetto a quelle fumigate (-4%).
Tabella 4. Contenuti in prolina, acido abscissico (ABA), neoxantina e rapporto tra carotenoidi totali/clorofille totali ottenuti alla fine della prova, il 77° giorno, da foglie di piante di Quercus ilex: cresciute in aria filtrata con idoneo approvvigionamento idrico (controllo); sottoposte a scarso regime idrico (volume di adacquamento giornaliero ridotto al 30% del corrispettivo evapotraspirato, stress idrico); esposte ad ozono (80 - 100 ppb 5 h giorno-1, stress ozono); allevate in presenza di entrambi gli stress (stress combinato). I dati sono stati esaminati con ANOVA ad una via e Fisher’s LSD test; a lettere diverse (in colonna) corrispondono differenze statisticamente significative per : * = P≤0,05; ** = P≤0,01; *** = P≤0,001.
Trattamento Prolina (mg g-1 PF) ABA (µg mg-1 PF) Neoxantina (µg mg-1 PF) Carotenoidi totali/ clorofille totali Controllo 0,02±0,002 a 0,027±0,0020 a 1,71±0,108 b 0,49±0,012 b Stress idrico 0,03±0,004 b 0,029±0,0014 a 1,34±0,058 a 0,51±0,005 c Stress ozono 0,04±0,005 c 0,065±0,0076 b 1,66±0,435 b 0,47±0,009 a Stress combinato 0,13±0,008 d 0,086±0,0100 c 1,08±0,017 a 0,50±0,005 bc P * *** ** **
3.5. Indice di plasticità
In Tabella 5 sono riportati gli indici di plasticità (IP) calcolati per i parametri biometrici, biochimici ed ecofisiologici saggiati e determinati al termine della prova sperimentale. E’ possibile osservare che la media totale dei vari indici risulta di 0,55. Tra i dati biometrici, il contributo maggiore è fornito dal peso secco totale (IP 0,64), parametro le cui variazioni si traducono in una risposta più efficiente agli stress a cui la pianta è sottoposta, in confronto al modificarsi del rapporto parte epigea/ipogea. Tra quelli biochimici la prolina risulta il parametro con il più alto valore (IP 0,84), ad indicare che il leccio ha un elevata capacità nel modulare il suo contenuto in condizioni di stress. Per i parametri ecofisiologici risulta la conduttanza stomatica (IP 0,78) il carattere con più alta plasticità il che indica che la pianta è in grado di regolare l’apertura stomatica efficientemente in risposta a carenza idrica e/o ozono.
Tabella 5. Indice di plasticità come in Valladares et al. (2000) calcolati per tutti i caratteri biometrici, fisiologici e biochimici saggiati e determinati al termine della prova sperimentale in piante di Quercus ilex.
Come riportato in Figura 22, i contributi delle plasticità presi in esame, risultano rispettivamente di: 35% (plasticità biometrica, PB), 25% (plasticità biochimica, PBC) e 40% (plasticità ecofisiologica, PF). Il maggior contributo è rappresentato dai caratteri fisiologici.
Categoria Variabile Indice di Plasticità
di Quercus ilex Caratteri biometrici Peso secco totale Parte epigea/parte ipogea 0,64 0,52
media 0,58 Caratteri fisiologici A 0,72 gs 0,78 Y 0,48 qNP 0,62 media 0,65
Stato idrico PDΨw media 1,75 1,75
Caratteri biochimici
Prolina 0,84
ABA 0,68
Neoxantina 0,36
Carotenoidi totali/Clorofille totali 0,07 media 0,42
Figura 22. Percentuali del contributo di plasticità biometrica (PB), biochimica (PBC) e fisiologica (PF) sull’indice di plasticità totale di Quercus ilex.
4. DISCUSSIONE E CONCLUSIONI
Il cambiamento climatico è una certezza: nel futuro gli esseri viventi saranno esposti a stress che prevedono (i) temperature più alte, (ii) riduzione delle precipitazioni in climi già aridi o comunque, un’accentuata disomogeneità nella distribuzione temporale e spaziale delle stesse; (iii) eventi estremi più frequenti; (iv) livelli più elevati di inquinamento dell’aria. Il primo volume del Quinto rapporto del 1° Gruppo di Lavoro (Working Group I) dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (settembre 2013), mostrando un’ampia panoramica sullo stato dell’arte della conoscenza scientifica sui cambiamenti climatici ed una rassegna completa ed esauriente sui principi fisici alla base delle variazioni in corso, conferma i risultati presentati nel precedente rapporto (AR4 del 2007). In quest’ottica, la presenza degli alberi è essenziale anche per il suo effetto positivo sulla qualità dell’aria; infatti, essi garantiscono almeno due ordini di benefici: a) sequestrano e stoccano carbonio atmosferico ed altri contaminanti, quali O3 troposferico; b) assicurano il miglioramento del microclima, riducendo i consumi energetici e i relativi carichi inquinanti (Pellegrini e Campanella, 2012). Negli ultimi decenni purtroppo in Europa si constata un diffuso e progressivo deterioramento delle foreste e più in generale dello stato sanitario del patrimonio arboreo (Allen et al., 2010). Questa tendenza è particolarmente pronunciata nelle latifoglie, colpendo soprattutto popolamenti di Quercus spp., in Europa e in Italia. Alle nostre latitudini ed in particolare nelle regioni centro-meridionali, quale esito di un evidente e massivo cambiamento climatico, sono proprio le alterate condizioni edafiche ed in particolare idriche ed atmosferiche dei siti forestali e urbani a rappresentarne le principali cause. I prolungati e ripetuti periodi siccitosi accompagnati dai crescenti livelli di inquinanti atmosferici (quali l’O3) indeboliscono l’individuo predisponendolo ad ulteriori stress sia biotici che abiotici. Partendo da questo presupposto è stata condotta una sperimentazione volta a valutare le risposte ecofisiologiche e biochimiche indotte su piante di Q. ilex, da condizioni di carenza idrica e O3, simulati singolarmente e in combinazione.
Nel corso della sperimentazione lo stato di carenza idrica è stato pienamente confermato dai più bassi (più negativi) valori in PDΨw delle relative tesi ottenuti all’alba nei rilievi periodici effettuati, in accordo ad altre ricerche (Schwanz e Polle, 2001; David et al., 2007). E’ tale stress, più dello stesso inquinante, che sembra aver indotto nelle piante di leccio le maggiori alterazioni a livello fisiologico, biochimico e morfologico. E’ noto che specie vascolari esposte ad O3 possano manifestare sintomi macroscopici a livello fogliare, consistenti o in una generica clorosi o
bronzatura o più specificatamente (in alcuni casi, poco confondibili) in diffuse necrosi puntiformi (stippling) o circoscritte a pochi mm (flecking), interessanti il tessuto a palizzata delle regioni internervali (Lorenzini e Nali, 2005). E’ quanto osservato su esemplari di frassino (Contran e Paoletti, 2007) e liriodendro (Pellegrini et al., 2013), fumigati sperimentalmente in cella climatica. Ma è frequente anche in siti naturali. Bussotti e Ferretti (2009) hanno riportato che, nel periodo dal 2003 al 2007, un totale di 45 taxa vegetali presentavano sintomi da O3; in Europa, in particolare, oltre 30 colture e 80 specie vegetali semi-naturali tipiche di 16 Paesi hanno mostrato, nel periodo compreso tra il 1994 e il 2006, danni da O3, consistenti in sintomi visibili, ma anche in contrazioni della produttività e della biomassa (Mills et al., 2011). In questa sperimentazione le piante di Q. ilex, non hanno, invece, manifestato alcun sintomo macroscopico caratteristico da O3 a livello fogliare ma, piuttosto, hanno palesato un’evidente sintomatologia comune alle piante in sofferenza idrica, quale una precoce e progressiva senescenza della lamina e riduzione di taglia e biomassa, indipendentemente dalla presenza o meno dell’inquinante. Manifestazioni fogliari sintomatiche simili sono state rilevate da Vollenweider e Menard (2010) su Quercus robur, Quercus petraea e Quercus pubescens stressate idricamente e in Betula pendula irrigata moderatamente ed esposta a trattamento artificiale con O3 (130 ppb per 36 giorni) (Pääkönen et al., 1998). Una riduzione in taglia e in biomassa è tipica, del resto, di alberi, arbusti e specie erbacee sottoposte a insufficienti adacquamenti; si prenda quale esempio gli esiti di ricerche condotte su: Quercus macrocarpa e Quercus prinus da Drunasky e Struve (2005); Eucalyptus microtheca da Li e Wang (2003); Cicer arietinum da Kashiwagi et al.(2013); Medicago fruncatula da Yousfi et al. (2010). E’ risaputo che la carenza idrica inibisca la crescita vegetativa (Kramer, 1980), con differenze fra specie, fasi di sviluppo, organi e tessuti (Plaut, 1995; Senaratua et al.,1995; Torrecillas et al., 1995; Chiatante et al.,1995) con conseguente riduzione della superficie traspirante e aumento dell’efficienza nell’uso dell’acqua disponibile. L’eventuale influenza dell’O3 quale effetto macroscopico almeno sinergico, non appare comunque chiara in questa sperimentazione. Risposte fogliari asintomatiche, del resto sono emerse anche nel corso di altre ricerche da Ribas et al., (2005) e Bianco e Dalstein (1998) rispettivamente su Quercus ilex e Ceratonia siliqua (fumigati per due anni a 40 ppb). E’ noto, infatti che l’inquinante, possa causare modificazioni, di tipo cronico o acuto, non sempre ravvisabili in macroscopiche manifestazioni sintomatiche (Lorenzini e Nali, 2005), ma piuttosto in alterazioni impercettibili ad occhio nudo, subliminali, a carico di processi fisiologici e reazioni biochimiche, di non immediato o appariscente effetto, al pari di altri stress. E’ questo quanto riscontrato d’altronde nelle piante esposte al solo O3, sia in relazione ad alcuni parametri biometrici che in termini di risposte ecofisiologiche, seppur anche in questo caso, in modo meno eclatante rispetto agli effetti indotti dallo scarso regime idrico.
A livello biometrico tutte le piante, quindi anche quelle con ozono, hanno in effetti subito una riduzione del rapporto parte epigea/ipogea. Queste modifiche a livello strutturale, che sono considerate comprese in un processo di acclimatazione della pianta, sono causate da un preferenziale accumulo di sostanze di riserva (coinvolte nel metabolismo del carbonio e dell’azoto) negli organi basali e sotterranei, rispetto alla chioma (Noctor et al., 2002). Risultati analoghi sono stati mostrati da Di Iorio et al.(2011), in soggetti di Quercus pubescens in assenza di un adeguato approvvigionamento idrico e da Alonso et al., (2013) in giovani esemplari di Quercus ilex ssp. ballota esposte a O3 in OTC per due anni.
Nell’ambito delle risposte ecofisiologiche emerge distintamente la riduzione della fotosintesi netta in tutte le piante trattate, seppur con una maggiore incidenza, sempre in quelle soggette ad un ridotto regime idrico, che potrebbe giustificare la minore resa secca e lo sviluppo più contenuto di queste ultime. Tale esito sembra essere imputabile, più che a danni dei fotosistemi, ad una serie di altre variabili, quali: alla corrispettiva e contemporanea minore conduttanza stomatica; a possibili incrementi dei processi respiratori (ravvisabili in una mancata variazione dei livelli di CO2 interni); ad una possibile riduzione dell’efficienza del processo carbossilativo (i decrementi della resa quantica effettiva del PSII, possono riflettere un limitato uso del NADPH). Quanto detto è in effetti corroborato dalla mancata differenza significativa dei valori assunti dal qP e dai livelli ottimali del rapporto Fv/Fm. Ribas et al., (2005) riportano analoghi risultati in giovani piante di Quercus ilex in esperimenti condotti in OTC (40 ppb per 10 ore consecutive, per due anni). Farage (1996) giunge ad analoghe conclusioni conducendo prove sperimentali in condizioni controllate. Questo risultato, del resto, non stupisce se messo in relazione con quanto dichiarato da Epron et al. (1993), i quali hanno affermato che un calo del rapporto Fv/Fm si verifica nel genere Quercus solo a partire da livelli di PDΨw fogliari di -4 MPa, mai raggiunti per tutta la durata dell’esperimento. I sistemi fotosintetizzanti, evidentemente risultano sufficientemente protetti dall’attivazione di processi di dispersione di ciò che si configura, a seguito del rallentamento generale delle reazioni coinvolte, ormai come un surplus radiante. Questo si evince dall’aumento dei valori di qN, nonostante essi non siano costanti nel tempo. L’incremento significativo dei livelli di quenching non fotochimico suggerisce, infatti, che queste piante sono in grado di attivare meccanismi fotoprotettivi, quali la dissipazione dell’energia di eccitazione in eccesso sottoforma di calore, indicando cosi la necessità di diminuire la sovreccitazione a livello delle membrane (Chaves et al., 2002). Quanto esposto potrebbe d’altronde giustificare i livelli simili di clorofilla (a e b) e, complessivamente, dei carotenoidi, riscontrati in tutte le tesi. Il rapporto tra questi due gruppi di pigmenti risulta, seppur con bassa intensità, comunque alterato, con livelli tendenzialmente o significativamente più alti
rispettivamente negli individui sottoposti a stress idrico, con o senza l’inquinante: essi evidentemente riflettono l’incipiente senescenza fogliare, riscontrata a livello sintomatico.
Se è possibile correlare sufficientemente ai potenziali idrici misurati e, secondariamente, alla risposta fisiologica, il contenuto in prolina riscontrato nelle foglie campionate alla fine della prova, appare ciò meno esaustivo per i livelli di ABA, soprattutto in relazione alla minore e perdurante conduttanza stomatica rilevata in tutte le tesi trattate. La prolina è considerata uno dei maggiori osmoprotettori organici prodotta negli organismi vegetali come risposta a stress abiotici (Ashraf e Foolad, 2007). I nostri risultati sono quindi in accordo con studi che riportano che le specie incrementano il loro contenuto in prolina sotto forti condizioni avverse (Sofo et al., 2004) per raggiungere una diminuzione del potenziale osmotico e permettere una maggiore chiusura stomatica (El-Gendy et al., 2012). Quest’ultimo processo è, del resto, notoriamente regolato dall’ABA, o comunque ne è, coinvolto. Tale ormone, però, sembra elevarsi solo nelle tesi ozonate (irrigate o meno) e invece non differire dai controlli, proprio nelle piante sottoposte al solo stress idrico. Una possibile e parziale giustificazione potrebbe essere data dai livelli di neoxantina, anch’essi più bassi in questi soggetti: tale composto quale precursore dell’ABA (North et al., 2007), sarebbe presumibilmente dirottato, proprio, verso questa via metabolica.
Nel complesso, per quanto le caratteristiche morfo-anatomiche e la loro elevata plasticità siano state a lungo considerate i principali fattori conferenti a specie legnose del Mediterraneo un’alta tolleranza allo stress (Gratani, 2014), ad essa sembra concorrere in modo incisivo anche la capacità di regolare plasticamente le funzioni fisiologiche. L’indice di plasticità è stato utilizzato per valutare la variazione fenotipica indotta da fattori ambientali (Ridchardson et al., 2001). Seppur spesso con esiti controversi (Gratani, 2014), le indagini in merito si rivelano cruciali nel predire come le specie vegetali possano rispondere ai futuri cambiamenti climatici. Dall’analisi condotta in questo lavoro sperimentale emerge, in effetti, che i parametri fisiologici di Q. ilex rivestono un ruolo importante nei processi di acclimatazione della pianta, molto più marcato rispetto ai parametri morfo-anatomici, in accordo con quanto riscontrato anche da Niinemets e Valladares (2004) e da Gimeno et al. (2008). Tale specie, quindi, per quanto considerata tipica della macchia Mediterranea con habitus xerofito, risulta maggiormente stressata dal prolungato scarso approvvigionamento idrico piuttosto che da perduranti ed alte dosi di inquinante. Essa resta, comunque, un’interessante candidata all’inserimento nell’ambiente urbano del futuro, purché adeguatamente irrigata nei periodi di maggiore siccità.
