Biologia e fisiologia delle colture erbacee “Crop physiology” Di che cosa si occupa questa disciplina?

“Crop physiology” Che cosa è la “crop physiology” coltivazioni erbacee fisiologia vegetale agronomia botanica biochimica ecologia coltivazioni erbacee “Crop physiology”

Che cosa è la “crop physiology” Pur essendo un approccio multidisciplinare, si distingue dalla fisiologia vegetale e dalle altre discipline citate per i seguenti punti: Studio in profondità, dal livello cellulare alla scala di campo, della fisiologia di tutte quelle specie vegetali che danno una produzione per il consumo diretto (cereali, orticole, leguminose da granella...), indiretto (foraggere, leguminose da foraggio..) o che forniscono una produzione per scopi industriali (oleaginose, piante da fibra, biocarburanti..) specializzazione di studio l’unità colturale avvero l’insieme delle singole piante presenti nell’unità colturale unità di studio identificare quei processi che possono migliorare, quantitativamente o qualitativamente, la produzione agraria obiettivo

DEFINIZIONE Studio dei processi fisiologici che direttamente o indirettamente determinano la produttività (--> accrescimento) delle specie vegetali di interesse agrario Per meglio comprendere le differenze analizziamo l’accrescimento: Punto di vista Fisiologia vegetale Laccrescimento vegetale è dato da: - divisione cellulare - distensione cellulare - differenziazione Fisiologia delle colture L’accrescimento è il processo che porta ad un incremento della sostanza secca utile a scopi produttivi

L’accrescimento di una coltura è un processo di trasformazione dell’energia solare radiante in energia chimica potenziale nelle parti raccolte (amido nella granella dei cereali, amido nei tuberi, lipidi nei semi delle oleaginose..) La trasformazione dell’energia solare radiante è basata su 3 processi: 1) intercettazione della radiazione solare incidente da parte della “canopy” (canopia o copertura vegetale della coltura) 2) conversione fotosintetica delle energia radiante in energia chimica (quest’ultima, per convenzione, espressa in termini di sostanza secca prodotta) 3) ripartizione della sostanza secca prodotta tra i diversi tessuti e organi delle piante in coltura Questi processi possono essere inclusi in una formula unica che permette di evidenziare le componenti della produzione

Y = Q x [ I x e x H ] Formula generale della produttività dove: 1) intercettazione dela radiazione solare incidente 2) conversione fotosintetica 3) ripartizione della sostanza secca prodotta dove: Y= sostanza secca prodotta nell’unità di superficie colturale in una determinata unità di tempo Q= radiazione solare incidente I= frazione di Q intercettata dalla copertura vegetale della coltura e = efficienza fotosinetetica (espressa, solitamente, come s.s. prodotta per unità di radiazione intercettata) H = indice di raccolta (Harvest index = frazione della sostanza secca totale allocata nelle parti raccolte della coltura; è un indice di efficienza di ripartizione)

Y = Q x [ I x e x H ] x [1-IS] Formula generale della produttività agrometeorologia - noi ci occuperemo principalmente di questi 4 argomenti di studio: “fondamenti di biologia e fisiologia delle colture erbacee” - la “crop physiology” comprende numerosi punti che noi non affronteremmo x [1-IS] IS= indice di stress Fisiologia delle colture Abbiamo identificato le quattro macro-aree di indagini della fisiologia delle colture: 1) I = studio della copertura vegetale (o “canopy”) 2) e = studio dell’efficienza fotosintetica 3) H = studio della ripartizione ........ 4) IS = studio della fisiologia dello stress Fisiologia delle colture

- 22 ore di lezioni frontali - 8 ore di esercitazioni: Il nostro percorso di studio: fondamenti di biologia e fisiologia delle colture erbacee Definizione e scopi “crop physiology” 1 ore 5-6 ore La produzione vegetale - 22 ore di lezioni frontali - 8 ore di esercitazioni: induzione di proteine “da stress” in mais adattamenti a stress da eccesso idrico Accenni di analisi dell’accrescimento Biologia delle colture -l’accrescimento -botanica di base Con riferimenti a possibili interventi biotecnologici !! Accenni relativi alla radiazione solare (Q) 9-10 ore Efficienza fotosintetica (e) -fotosintesi -respirazione Intercettazione della radiazione solare (I) -la copertura vegetale La ripartizione (H) -indice di raccolta Fisiologia delle colture 5-6 ore Lo stress: stress biotici e abiotici

Come ho strutturato il corso 1) Nel limite del possibile ho cercato di ridurre sovrapposizioni (un delirio!!!) 2) Enfasi ad un percorso logico (non date troppo peso ai numeri!!!) 3) Per motivi di tempo ---> aspetti fondamentali 4) Alcune parti sono forse un po’ pesanti: preferisco fare eventualmente meno rispetto al programma stabilito 5) Il mio obiettivo didattico primario ---> alla fine del percorso dovreste essere in grado di rispondere ad una domanda che spesso sorge spontanea: “A me, studente di biotecnologie agrarie, a cosa serve conoscere la “crop physiology”??

Y = Q x [ I x e x H ] x (1-IS) Produttività potenziale ed effettiva Y = sostanza secca prodotta nell'unità di superficie e nell’unita di tempo Q = energia (= massa!!) nell'unità di superficie e nell’unita di tempo I, e , H, IS = valori adimensionali (percentuali, range 0-1) Produttività effettiva (valore medio stimato) ponendo Q= 100 per I=0.7-0.8 (in alcune fasi la maggior parte delle colture riescono ad interecttare fino al 90-100% della Q, difficilmente possono mantenere una simile intercettazione per tutto il ciclo biologico), per e =0.05-0.03 (la fotosintesi è un processo fortemente dissipativo) per H=0.5-0.6 (nonostante i progressi del miglioramento genetico, si ritiene comunemente che non sia possibile ottenere valori H >0.6) per IS=0.20 (nonostante tutti i progressi della tecnica agronmica, non è pensabile eliminare comletamnete ogni forma di stress per la coltura) Y = 1-1.5 (specie spontanee Y=0.1) Produttività potenziale ponendo Q= 100 per I=1 (tutta la radiazione Q è intercettata dalla coltura), per e =1 (tutta la radiazione intercettata è trasformata in energia chimica) per H=1 (tutta l’energia chimica è traslocata nelle parti raccolte della coltura) per IS=0 (assenza totale di stress: idrico minerale, competizione, patogeni...) Y = 100 Alcune considerazioni: - 10000 anni di miglioramento genetico e di affinamento delle tecniche agronomiche di coltivazione hanno portato ad un incremento dell’efficienza complessiva del processo produttivo di circa 10 volte - anche se può sembrare un dato scoraggiante, deve essere visto in termini fortemente positivi - questo esempio è chiaramente “estremo” - per svariati motivi, vedremo che la produttività potenziale in realtà per le diverse colture erbacee deve essere stimata su valori molto più bassi