Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali UNIVERSITA’ DI ROMA “SAPIENZA” FACOLTA’ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI Corso di Laurea triennale in Scienze Biologiche Curriculum Ecobiologico Candidato: 1385025 Giulia Rota Nodari Relatore interno: Prof. Dott. Fabio Attorre Dipartimento di Scienze Ambientali Relatore esterno: Prof. Dott.ssa Devra Jarvis Bioversity International

Introduzione Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015

Introduzione Circa il 30% del raccolto mondiale viene perso a causa di malattie e parassiti vegetali Monocolture di varietà ad alto rendimento Perdita di variabilità genetica (da 7000 a 150 specie agricole) Rese più elevate hanno richiesto l’uso di pesticidi Esplosioni di infestazioni e perdita del raccolto Tecniche agronomiche più sostenibili Uso della diversità intraspecifica sotto forma di miscele di cultivar Due casi studio in Uganda e uno negli Stati Uniti Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

1. La diversità delle varietà agricole tradizionali Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015

1. La diversità delle varietà agricole tradizionali Miscele di varietà tradizionali Sono molto popolari tra i piccoli agricoltori (resistenza agli infestanti locali) Gli effetti benefici delle miscele sono stati documentati in diversi studi: in Bhutan (Thinlay et al., 2000; Finckh, 2003), in Africa Centrale (Trutmann, 1993), in Uganda (Mulumba et al., 2012) Le miscele di cultivar non sono state ancora prese in considerazione tra le tecniche della lotta integrataconvenzionale (IPM) Vengono testate miscele di cultivar Sempre più studi sono volti all’identificazione dei principali meccanismi fisiologici, epidemiologici edecologici Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. Casi studio Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015

Fungo Mycosphaerella fijiensis (black sigatoka) 2. Casi Studio Caso 1 Uganda: Diversità delle varietà agricole tradizionali al livello di farm e di comunità “A risk-minimizing argument for traditional crop varietal diversity use to reduce pest and disease damage in agricultural ecosystems of Uganda”, Mulumba et al. 2012. In Uganda, la banana e il platano (Musa spp.) e il fagiolo comune (Phaseolus Vulgaris) sono le principali coltivazioni Gravi perdite dovute a malattie e parassiti: Fungo Phaeoisariopsis griseola (Detto Angular Leaf Spot, ALS) Fungo Mycosphaerella fijiensis (black sigatoka) Punteruolo Cosmopolites sordidus Infezioni micotiche dovute a diverse famiglie di funghi (anthracnose) Nematodi parassiti (black weevils) Mosca del fagiolo Ophiomyia Phaseoli Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. Casi Studio Diverse tecniche agronomiche e l’applicazione di pesticidi I piccoli agricoltori sono soliti coltivare più varietà nel loro appezzamento: Ciascuna varietà in un piccolo appezzamento Arrangiamenti casuali A file Diminuzione della densità Ciascuna varietà in un piccolo appezzamento Notevole diversità intraspecifica sotto forma di varietà tradizionali sia a livello di comunità che di farm Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. Casi Studio Caso 1 Fig. 1: Grafici che mostrano la relazione tra la richness e il Weighted Damage Index (WDI = 0–100) per le malattie per il fagiolo comune: Angular Leaf Spot (ALS) (a) e anthracnose (b); e per la banana/platano (c) black sigatoka e (d) black weevils. Fonte: Mulumba et al., 2012. Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

Miscele di cultivar e controllo delle malattie 2. La diversità delle varietà agricole tradizionali Miscele di cultivar e controllo delle malattie Effetto diluizione ed effetto barriera Diminuzione della probabilità dirilascio dell’ inoculo su ospiti suscettibili (effetto diluizione) Le piante resistenti fungono da barriera alla dispersione delle spore (effetto barriera) Fig. 3: In una miscela di varietà, le piante resistenti in prossimità di quelle suscettibili agiscono da barriera alla dispersione delle spore (effetto barriera). Inoltre, aumentano la distanza tra le piante sensibili riducendo così la probabilità di rilascio dell’ inoculo su ospiti suscettibili (effetto diluizione). Fonte: Castro, 2001. Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. La diversità delle varietà agricole tradizionali Effetto diluizione ed effetto barriera L’effetto positivo di una miscela di varietà diminuisce all’aumentare delle dimensioni degli individui ospiti. Fig. 4: I cerchi concentrici indicano il gradiente di dispersione dell’inoculo a partire dalla pianta infettata, che decresce all’aumentare della distanza da questa. A) Piante di grandi dimensioni, B) Piante di piccole dimensioni. Fonte: Garrett & Mundt, 1999. Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. La diversità delle varietà agricole tradizionali Resistenza sistemica Sintesi di composti antimicrobici e antimicotici (fitoalesine e proteine PR) (risposta locale) Attivazione di una cascata di segnali AS dipendente che induce la stessa risposta anche nelle parti non affette (risposta sistemica) L’effetto di protezione aumenta in un sistema agricolo genotipicamente variabile Fig. 5: L’immagine illustra le fasi della resistenza sistemica. Fonte: http://http://organicgrowersschool.org// Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. La diversità delle varietà agricole tradizionali Alterazione del microclima Alcuni fattori microclimatici nella coltivazione possono rendere il luogo meno favorevole allo sviluppo delle malattie Si possono implementare miscele di varietà con tratti agronomici funzionali Fig. 6: Piante di riso. Fonte: http://nswact.coeliac.org.au/ Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. Casi Studio Caso 2 Uganda: Miscele di varietà tradizionali per il controllo delle infestazioni causate da Ophiomyia Phaseoli “The use of common bean (Phaseolus vulgaris) traditional varieties and their mixtures with commercial varieties to manage bean fly (Ophiomyia spp.) infestations in Uganda”, W. Ssekandi et al. 2015. Importanti infestazioni causate dal dittero Ophiomyia Phaseoli (detto bean fly) Diverse pratiche agronomiche sono utilizzate per il controllo del parassita (la pacciamatura, la “messa a terra”, la policoltura e i pesticidi chimici) Coltivazione di varietà tradizionali e moderne in file o in miscele Selezione di due varietà per testarne l’efficienza nel ridurre il danno Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. Casi Studio Una varietà popolare resistente tradizionale (Kasirila) e una popolare suscettibile commerciale (Nabe 4) Arrangiamenti: a file e random sistematica Proporzione della varietà resistente era presente al 25%, 50% e 75% Fig. 7: Miscela a file alterne, miscela random sistematica. Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. Casi Studio La probabilità di incidenza del danno alle radici (BSM) Fig. 8: Grafici che mostrano la relazione tra la probabilità d’incidenza del danno alle radici (Bean Stem Maggot, BSM) e la proporzione delle piante suscettibili, a sinistra; la probabilità d’incidenza del danno alle radici e le diverse disposizioni spaziali, a destra. Fonte: Ssekandi et al., 2015. Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. Casi Studio Questi risultati hanno fornito importanti indicazioni per gliagricoltori Fig. 9: Grafici che mostrano l’andamento del danno alle radici durante il tempo per sei tipi diversi di arrangiamenti e proporzioni comparati alla coltivazione singola della varietà suscettibile (100% Nabe 4). Fonte: Ssekandi et al., 2015. Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. La diversità delle varietà agricole tradizionali Diversità genotipica e gestione degli artropodi erbivori Limitata ricerca applicata sugli effetti della diversità intraspecifica su parassiti e insetti in sistemi agricoli (Power (1988, 1991); Bush (1991)) Resistenza associativa Una maggiore varietà di fonti alimentari e di habitat alternativi possono determinare la persistenza di popolazionidi predatori di insetti generalisti, portando così ad una riduzione delle popolazioni di artropodi erbivori Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

2. Casi Studio Caso 3 Stati Uniti: Miscele semplici di piante Bt (Bacillus thuringiensis) e non-Bt per preservare la tecnologia transgenica Il “block refuge”, o rifugio a blocco, e negli ultimi anni è stato progressivamente sostituito dal “Refuge in the bag” (RIB) E’ possibile preservare l’efficacia dei geni di resistenza nativi L'utilità di questo approccio e le nuove prospettive sui suoi vantaggi ecologici, hanno portato i ricercatori a considerare l’effettivo utilizzo di miscele di cultivar (rendimento, controllo dei fattori biotici e abiotici) Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

3. Conclusione Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015

3. Conclusione 50% delle coltivazioni di grano in Europa e decine di migliaia di ettari di riso in Cina sono costituite da miscele di varietà Vi è la necessità di sviluppare un sistema agricolo ecologicamente più sostenibile Bisogna individuare gli aspetti funzionali che intervengono a livello di sistema agricolo Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

Ringraziamenti Desidero innanzitutto ringraziare il Professor Fabio Attorre relatore di questo elaborato finale, per la disponibilità e cortesia dimostratemi e per tutto l’aiuto fornito durante la stesura. Vorrei ringraziare anche il Professor Marcello Vitale per i suoi preziosi consigli e per avermi guidato nella preparazione della presentazione. Ringrazio sentitamente la Dott.ssa Devra Jarvis e la Dott.ssa Paola De Santis, che sono state sempre disponibili a dirimere i miei dubbi e per avermi fornito testi, strumenti e dati indispensabili per la realizzazione di questo lavoro. Desidero inoltre ringraziarle per avermi fatto conoscere ed appassionare ai progetti sostenuti da Bioversity International, rendendo più chiare le mie future scelte universitarie. Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015 PAG.

Grazie per l’attenzione. Ridurre il danno da fitopatogeni in agro-ecosistemi attraverso la diversità delle varietà agricole tradizionali 23.07.2015