Biomonitoraggio di ozono troposferico mediante Nicotiana tabacum

Ozono troposferico L’ozono è una forma allotropica dell’ossigeno, formata da tre atomi. E’ generato all’interno della troposfera in seguito all’ossidazione, dei composti atmosferici reattivi del carbonio (ossido di carbonio, metano ed altri idrocarburi) alla presenza di NO ed NO 2.

Formazione di O3 Le modalità con cui 03 si genera nell’aria coinvolgono meccanismi chimici e fisici complessi. Si forma per azione della radiazione solare sull’ossigeno in presenza di miscele di idrocarburi e ossidi di azoto, sostanze generate dall’attività industriale, dagli autoveicoli e dal settore energetico. Pertanto, ci si deve attendere un incremento progressivo dell’inquinante nella troposfera dipendente dall’aumento dei suoi precursori nell’aria e dall’irraggiamento solare

Evoluzione dell’atmosfera

Distruzione di O 3 stratosferico

Il “buco” dell’ ozono

Misura dell’Ozono AOT40 (Accumulated exposure Over a Treshold) Questo dato considera i valori orari di O 3 nell’intervallo tra le ore 8 e le ore 20 sommando, in un determinato periodo, le dosi eccedenti la soglia di 40 ppb

Fluttuazione annuale e giornaliera di O 3 AOT40 giornaliero

Tossicità Le piante sono particolarmente sensibili all’O 3 in quanto le foglie hanno un elevato rapporto superficie/volume e al loro interno gli scambi gassosi sono 50 – 100 volte superiori a quelli degli animali. Penetrazione nei tessuti via stomi Influenza sui componenti cellulari e molecolari: produzione di ROS (Reactive Oxigen Species) e stress ossidativo Reazioni di difesa (detossificazione, riparazione)

Interazione con i tessuti vegetali danno in corrispondenza degli stomi analisi istochimica evidenzia H 2 O 2

Effetti sulla vegetazione riduzione della crescita; maggiore sensibilità alle malattie ed agli insetti; rottura dei cloroplasti; clorosi; riduzione/inibizione della fissazione di anidride carbonica; necrosi.

Biomonitoraggio Per valutare la presenza di O 3 vengono utilizzate due cultivar americane di tabacco (Bel W3, sensibile e Bel B, tollerante), al fine di costruire una funzione dose - risposta specifica che mette in relazione la dose di ozono con l’indice di danno fogliare dei biondicatori.

Caratteristiche delle cultivar CULTIVAR Bel-W3 (sensibile): Varietà di tabacco sensibile all’ozono. Evidenti sintomatologie fogliari si presentano quando la concentrazione dell’inquinante supera soglie di ppb, per esposizioni della durata di 4-5 ore. CULTIVAR Bel-B (tollerante): I danni compaiono solo a concentrazioni di ozono di 200 ppb per 2 ore.

Metodologia I semi di tabacco delle due varietà vengono coltivati in assenza di ozono, per circa 40 giorni, fin quando la piantina non sviluppa un numero di foglie che va da 4 a 6. Le piante vengono successivamente collocate all’interno di stazioni di rilevamento, al riparo dalla radiazione solare diretta e dai venti. A tale scopo si crea una centralina dotata di rete ombreggiante. Inoltre è importante garantire un fattore di umidità del 75%. Stazione tipo ( 6 Bel-W3 e 3 Bel-B ): SSR SRS RSS Dopo quattro settimane le piante vengono sostituite con piantine nuove.

Rilievi 1.Identificazione dei sintomi: aree necrotiche tondeggianti del diametro di alcuni mm presenti su entrambe le pagine fogliari, con localizzazione internervale ed evoluzione temporale (dall’apice verso la base; da grigio a bianco avorio) 2.Valutazione dei sintomi: effettuare rilievi in situ a cadenza settimanale sempre nello stesso giorno; contare il numero di foglie e registrare su apposita scheda la % di superficie necrotizzata per foglia tramite comparazione con fotografie dell’apposito manuale standard 3.Esprimere tale percentuale secondo le classi di intensità di danno (da 0 a 7) 0= nessun danno; 1= 0-5%; 2= 5-10%; 3= 10-15%; 4= %; 5= 20-30%; 6= 30-40%; 7= >40% 4.Considerare solo le foglie con lamina di lunghezza superiore a 6 cm 5.Calcolare l’IDF per ogni pianta mediando i valori nell’ambito del sito

Calcolo dell’Indice di Danno Fogliare La valutazione dei sintomi è effettuata a cadenza settimanale, contando il numero di foglie presenti su ogni pianta e registrando le percentuale di superficie necrotizzata. Sono considerate determinate dall’ozono aree necrotiche del diametro di alcuni millimetri con localizzazione internervale. La stima del danno viene invece effettuata mediante l’indice di danno fogliare: IDF= Σ 1 N (Cn-Cn-1)/N n = numero progressivo della foglia dal basso verso l’alto N = numero totale di foglie valutate Cn= danno fogliare alla fine della settimana considerata Cn-1= danno fogliare alla fine della settimana precedente

Scala di riferimento per il danno fogliare La percentuale di superficie necrotizzata viene confrontata con tavole iconografiche che individuano sette classi di danno. 0= nessun danno 1= 0-5% 2= 5-10% 3= 10-15% 4= 15-20% 5= 20-30% 6= 30-40% 7= >40%

Scala di riferimento per il danno fogliare

Indice del danno cotiledonare (IDC) Per i germinelli di tabacco, viene invece calcolato l’indice del danno cotiledonare (IDC). Il protocollo infatti, può talvolta essere miniaturizzato usando dei germinelli disposti secondo il seguente schema (16 Bel-W3, 7 Bel-B ): R S S S S R S R + S R S S S R R S S S S S R S S Classi di danno: 0=nessun danno; 1=0-10%; 2=10-25%; 3=25-50%; 4=>50%

Protocollo con Trifolium repens Questa metodologia si basa sulla valutazione comparata della produzione di biomassa epigea di due cloni di Trifolium repens uno sensibile (NC-S) e l’altro resistente (NC-R). In presenza di livelli significativi di ozono la biomassa di NC-S è ridotta rispetto quella di NC-R NC-S/ NC-R= 0,8 a 60 ppb O 3 (media di 12 h consecutive) NC-S/ NC-R= 0,5 a 80 ppb O 3 (media di 12 h consecutive)