Appunti Biotecnologie ortofloricoltura

Biotecnologie per l'ortofloricoltura

Definizione biotecnologie

“Ogni applicazione tecnologica che si avvale di sistemi biologici, di organismi viventi o di loro derivati, per realizzare o modificare prodotti o procedimenti per un uso specifico”.

Settori biotecnologici

Blue biotechnology o biotecnologie marine

Utilizzo delle risorse marine allo scopo di:

• Migliorare le conoscenze in ambito produttivo ed ecologico, potenziando la produzione di alimenti derivati e la loro salubrità;
• Proporre soluzioni per il controllo della proliferazione di organismi acquatici dannosi per l’uomo e l’ambiente;
• Ricercare nuove molecole con potenzialità farmaceutiche.

Grey biotechnology o biotecnologie ambientali

Possono essere suddivise in due gruppi:

• Salvaguardia della biodiversità (biologia molecolare applicata agli esseri viventi – ecosistema);
• Protezione dai contaminanti (utilizzo di microrganismi e piante ad effetto disinquinante, es. metalli pesanti e idrocarburi).

Red biotechnology o biotecnologie mediche, veterinarie e farmaceutiche

Processi biomedici e farmaceutici

• Scoperta della Penicillina da Penicillium spp., scoperta delle Cefalosporine da Cephalosporium acremonium, produzione di Insulina su scala industriale in Escherichia coli;
• Progetto genoma umano (2000);
• Anticorpi, diagnostica, cellule staminali, fecondazione assistita ecc.

White biotechnology o biotecnologie industriali

Soprattutto utilizzo di enzimi nel settore industriale

• Proteasi nel latte vaccino per neonati;
• Beta-galattosidasi nel latte ad alta digeribilità (idrolizza il lattosio);
• Pectinasi scinde la pectina per ottenere succhi di frutta limpidi e stabili;
• Laccasi enzima usato per l’ossidazione del colore indaco (candeggio del jeans), dei composti fenolici per la produzione di etanolo, per la chiarificazione di vino, birra e succhi di frutta;
• Cellulasi nell’industria della carta.

Bioinformatica

Uso di strumenti informatici per descrivere dal punto di vista numerico e statistico determinati fenomeni biologici (sequenze di geni, composizione e struttura delle proteine, processi biochimici nelle cellule, ecc.).

• Genomica strutturale
• Genomica funzionale
• Proteomica

Green biotechnology o biotecnologie agroalimentari

Si occupa del:

• Miglioramento della produzione primaria ossia del miglioramento delle varietà vegetali e delle specie animali;
• Produzione di metaboliti su scala industriale;
• Produzione di vaccini dalle piante;
• Sviluppo di tecnologie a tutela e garanzia della qualità e sicurezza alimentare.

Gli obiettivi che si pone sono:

• Incrementare la produzione di cibo;
• Sviluppo di alimenti funzionali ad alto valore nutraceutico;
• Incrementare l’assortimento di prodotti fitoterapici;
• Fornire prodotti a basso contenuto di contaminanti chimici e biologici;
• Biotechnology-derived vaccines utilizzati in medicina e medicina veterinaria potrebbero essere più economici, più sicuri e più stabili di quelli tradizionali.

Green biotechnology

Le Green Biotech sono pertanto un insieme di tecniche utilizzate per migliorare le piante, gli animali ed i microrganismi basate sulla conoscenza del DNA e delle sue possibili utilizzazioni e/o manipolazioni. I ricercatori hanno sviluppato soluzioni per aumentare le rese e migliorare la qualità in agricoltura mediante le tecniche alternative al breeding tradizionale.

Storia

Le biotecnologie agrarie vengono utilizzate già da parecchio tempo. Per circa 10.000 anni, gli agricoltori hanno migliorato le colture domesticando e selezionando le piante spontanee per caratteri specifici ed hanno prodotto alimenti e bevande attraverso l’uso di microrganismi.

• Mendel nel 1865 aprì la strada al miglioramento genetico.
• Nel 1994 è stato autorizzato il primo OGM.
• Nel 2003, 7 milioni di agricoltori in 18 Paesi coltivavano colture ingegnerizzate e circa un terzo era coltivato in Paesi industrializzati.

Applicazioni

• Ingegneria genetica: le colture migliorate mediante trasferimento di t-DNA sono state sviluppate per aumentare la produttività del comparto agricolo riducendo l’impatto dei fitofagi, dei parassiti e delle infestanti;
• Marcatori molecolari: i ricercatori possono oggi usare marcatori per selezionare piante o animali che possiedono un determinato gene o pool genico anche prima della sua espressione rendendo il breeding più preciso e rapido;
• Coltura di tessuti: es. ottenimento di piante sane. Ha consentito la realizzazione di colture esenti da virus su larga scala;
• Non food: esistono anche applicazioni puramente estetiche come l’ottenimento di nuovi colori, la fissazione di caratteri come la fragranza, la modifica delle dimensioni grazie al riconoscimento di geni che codificano per i caratteri specifici.

Benefici

Grazie all’uso delle biotecnologie è stato possibile migliorare la produttività delle colture introducendo caratteri qualitativi come la resistenza alle malattie, allo stress idrico. In molti casi i geni sono stati trasferiti da specie poco interessanti a specie di notevole interesse economico. Notevoli miglioramenti delle performance economiche di molte colture. Specie per colture di massa tipo mais, cotone e patata trasformate per la resistenza agli insetti consentono di ridurre di molto il costo delle operazioni colturali. Miglioramento del valore nutrizionale, del sapore e della consistenza di molti prodotti ortofrutticoli. Alcuni esempi:

• Super broccolo;
• Soia con più elevato contenuto di proteine;
• Patata a più alto contenuto di amido;
• Fagiolo con più amminoacidi essenziali.

È stato ottenuto un miglioramento nel mantenimento della freschezza di molti prodotti ortofrutticoli. Una meno rapida senescenza o sovra-maturazione di frutta e ortaggi consente di aumentare la shelf life e quindi la possibilità di affrontare trasporti intercontinentali più sicuri dal punto di vista della qualità e del valore nutrizionale. Sicurezza alimentare e ambientale. L’ingegneria genetica finalizzata alla resistenza consente di ridurre l’input di pesticidi nel processo di coltivazione e quindi meno residui nel prodotto, meno lisciviazione di pesticidi nelle acque di falda e in quelle superficiali. Le specie resistenti ai virus hanno minori necessità di essere trattate contro i vettori dei virus stessi. Benefits per i paesi in via di sviluppo. L’ingegneria genetica può aiutare a migliorare le condizioni economiche e di salute dovute alla sottonutrizione nei paesi del terzo mondo (golden rice).

Problematiche

Con le Green Biotech si possono avere tre diversi tipi di problematiche:

Problematiche sanitarie

• Allergeni e tossine: una delle maggiori problematiche messe in discussione riguardo agli OGM è legato al rischio di introdurre nuovi allergeni e tossine nei cibi fino ad ora ritenuti salubri per i consumatori (es. metionina in soia OGM).
• Resistenza agli antibiotici: molte specie sono state trasformate usando come geni marcatori geni per la resistenza agli antibiotici.

Problematiche ambientali ed ecologiche

• Potenziale flusso genico: si ritiene che le colture transgeniche possano dare luogo ad un flusso di geni verso le specie spontanee compatibili conferendo caratteri di resistenza ai diserbanti. Da qui l’impossibilità di controllare le cosiddette “superweeds (superinfestanti)”
• Insetti resistenti: gli insetti potrebbero sviluppare caratteri di resistenza a quei caratteri per cui sono state trasformate alcune specie. Sussiste la paura che l’adozione su larga scala di Bt crops potrebbe determinare caratteri di resistenza alla tossina del Bt. Gli insetti infatti possiedono un’elevata capacità di adattamento alla pressione selettiva ambientale, tuttavia al giorno d’oggi non sono state riscontrate popolazioni resistenti.
• Erosione della biodiversità: molti ambientalisti e agricoltori sollevano preoccupazioni riguardo la perdita di biodiversità legata all’uso degli OGM. L’uso di cultivar migliorate secondo gli schemi tradizionali in passato ha fatto destare le stesse preoccupazioni. Tale problematica ha portato all’istituzione di centri specializzati per la conservazione ex situ di seme delle principali colture agrarie.

Problematiche sociali

• Etichettatura: alcuni gruppi di consumatori si sono attivamente mossi in passato per garantire un’accurata etichettatura dei prodotti derivati dagli OGM.
• Ordine pubblico: scontri a volte violenti legati alle manifestazioni contro le multinazionali del cibo.

Aspetti del comparto florovivaistico e delle tipologie di prodotto dei principali gruppi di specie floro-ornamentali

Quali sono i lineamenti fondamentali del florovivaismo?

- Modesta rilevanza del comparto per quanto attiene all’estensione delle superfici interessate cui si contrappone un elevato valore della p.l.v. per unità di superficie e per addetto.

- Elevato valore degli investimenti, delle tecnologie e dei mezzi di produzione richiesti per realizzare il processo produttivo.

- Pluralità dei settori nei quali si articola il comparto.

- Articolazione, all’interno di ciascun settore, del quadro biologico, delineato da un elevatissimo numero di specie, ciascuna delle quali può essere utilizzata per ottenere tipologie di prodotto diversificate.

- Compresenza di coltivazioni per finalità di mercato accanto ad altre che assumono soltanto significato per hobby, ornamento e scopi didattici.

- Carattere “voluttuario” del consumo dei prodotti che spesso si esprime in maniera temporalmente discontinua.

I principali fattori che influenzano il mercato sono:

• Per il mercato delle ricorrenze: il giusto periodo, la qualità, il prezzo e l’assortimento;
• Per il mercato ordinario: l’impatto, la qualità, il prezzo, la continuità e l’assortimento;

- Frammentarietà del processo produttivo.

Problematiche specifiche del florovivaismo siciliano

Sono:

• Elevato valore di mercato dei terreni;
• Ridotta disponibilità e/o scarsa qualità delle acque di irrigazione;
• Consistenza e costi degli apprestamenti serricoli;
• Elevata, spesso totale, dipendenza dai mercati nazionali e soprattutto esteri per i materiali di propagazione;
• Elevato fabbisogno di mezzi tecnici e di nuove tecnologie, di costo elevato e di rapida obsolescenza;
• Continua innovazione biologica e tecnica del comparto (→ elevata e specifica professionalità degli operatori);
• Esigenza di una puntuale programmazione della produzione;
• Perifericità delle aree di produzione;
• Sistemi distributivi lunghi;
• Variegata tipologia degli assortimenti;
• Polverizzazione e discontinuità della domanda;
• Difficoltà di inserimento su un mercato sempre più internazionalizzato;
• Rapporto qualità/prezzo spesso squilibrato.

Obiettivi di sviluppo del comparto

• Contenimento delle importazioni;
• Maggiore competitività sui mercati;
• Aumento quanti/qualitativo delle rese;
• Innalzare il valore della p.l.v. per unità di superficie;
• Proficua valorizzazione di risorse ambientali ed umane;
• Contributo delle produzioni ai fini della qualità dell’ambiente;
• Innovazione di prodotto e di processo.

Floricoltura industriale o intensiva: classificazione in base alla destinazione del prodotto (ISTAT)

Il comparto floro-ornamentale è talmente variegato da non ammettere classificazioni puntuali e rigorose. Dal punto di vista produttivo e merceologico si può fare riferimento in prima approssimazione alla classificazione ISTAT in base alla destinazione del prodotto. Il comparto è suddiviso in due grandi settori:

• Quello delle piante da fiore, da foglia e da fronda da recidere;
• Quello delle piante intere da vaso (specie “da fiore” e “da fogliame”), per le quali il parametro di riferimento dell’importanza è il numero di vasi.

Caratteristiche dei principali gruppi di piante ornamentali

1. Colture da fiore reciso

• Caratteristiche delle piante: annue (come tali o in coltura) o polienni, erbacee o arbustive;
• Specie: in numero elevato;
• Origine: diversa (flora mediterranea o esotica);
• Varietà: in numero elevato;
• Propagazione: prevalentemente agamica;
• Miglioramento genetico: molto intenso;
• Esigenze: assai diversificate;
• Adattabilità: piuttosto ampia, almeno con riferimento alle condizioni climatiche del nostro Paese;
• Scelta dell'ambiente e delle tecniche colturali: in funzione della qualità del prodotto e del calendario di produzione più che della quantità di produzione;
• Ambienti di coltivazione: la coltivazione in serra è ormai preponderante su quella in pien’aria.

2. Colture da fronda ornamentale da recidere

• Caratteristiche delle piante: polienni, erbacee, arboree, arbustive;
• Specie: in numero elevato;
• Origine: diversa (flora mediterranea o esotica);
• Varietà: poche (in relazione al tipo di prodotto foglia);
• Propagazione: gamica ed agamica;
• Miglioramento genetico: poco intenso;
• Esigenze: assai diversificate;
• Adattabilità: assai diversificata tra le diverse specie (mediterranee, esotiche);
• Scelta dell'ambiente e delle tecniche colturali: dipende dalla specie; per alcune solo raccolta;
• Ambienti di coltivazione: pien’aria e serra.

3. Colture da vaso fiorito

• Caratteristiche delle piante: annue o polienni (quasi sempre annue in coltura), erbacee o arbustive;
• Specie: in numero elevato;
• Origine: diversa (flora mediterranea o esotica);
• Varietà: situazione diversamente articolata in rapporto alle specie;
• Propagazione: gamica ed agamica;
• Miglioramento genetico: variabile in base alla specie;
• Esigenze: variabili ma nel complesso comportanti l’utilizzazione della serra;
• Adattabilità: in genere piuttosto limitata (serra);
• Scelta dell'ambiente: dipende oltre che dalla specie, dalla necessità di ottenere una produzione programmata e di buona qualità;
• Tecniche colturali: substrati; contenitori; concimazione ed irrigazione (volume limitato); controllo delle “dimensioni” della pianta;
• Ambienti di coltivazione: soprattutto serra.

4. Colture da vaso da fogliame

• Caratteristiche delle piante: polienni in coltura, raramente annue;
• Specie: in numero elevatissimo (>1000);
• Origine: prevalentemente esotica;
• Varietà: poche (in relazione all’organo ornamentale foglia);
• Propagazione: quasi sempre agamica (eccezione palme);
• Miglioramento genetico: quasi assente;
• Esigenze: definite ed elevate per temperatura ed umidità;
• Adattabilità: in genere molto limitata (serre condizionate);
• Scelta dell'ambiente: in genere obbligata (serra) in condizioni delle peculiari esigenze;
• Tecniche colturali: substrati; contenitori; concimazione ed irrigazione (volume limitato, estrema sensibilità alla salinità); disposizione delle piante per migliorare l’effetto decorativo;
• Ambienti di coltivazione: serra.

Innovazione del prodotto

L’innovazione del prodotto è un aspetto caratterizzante della floricoltura in cui alla base dell’innovazione vi sta la diversità, la quale serve da stimolo in un mercato tipicamente “voluttuario” qual è quello floricolo; per ciascuna specie e/o cultivar sono possibili diverse tipologie di prodotto ed ognuna presenta diverse esigenze e tecniche colturali. L’innovazione del prodotto è data da:

• Miglioramento genetico di cv. esistenti, costituzione di nuove varietà;
• Nuova utilizzazione di una specie tradizionale (rose antiche);
• Introduzione di nuova specie (da diversa area geografica, dalla flora spontanea – Lilium, tulipano, Centranthus);
• Nuova tipologia di prodotto (girasole in vaso, steli di cotone).

Scopi del miglioramento genetico nelle specie floro-ornamentali

L’importanza dell’originalità

Rappresenta un tratto di fondamentale importanza rispetto alle colture di massa. Originalità di ordine:

• Estetico: al fine di presentare al consumatore un nuovo prodotto (innovazione di prodotto).
• Fisiologico: al fine di adeguare la pianta alle caratteristiche dei sistemi di produzione, spesso ben definite (miglioramento della redditività del comparto).
• Mezzo di diffusione: clonazione.

Specificità e problematiche dell’argomento

• Grado di domesticazione non sempre elevato, spesso non si dispone di informazioni sui protocolli operativi da adottare in relazione agli schemi colturali.
• Livello di conoscenze biologiche diverso a seconda delle specie. Problematiche accentuate dalla scarsa disponibilità di informazioni e dalla discontinuità del lavoro di selezione.
• Le specie secondarie spesso isolate geneticamente sono di scarso interesse nei programmi di miglioramento genetico (ricorso a mutazioni).
• Maggiori sforzi per specie di maggiore ricchezza genetica - elevata eterozigosi.
• Diffusione varietale non è sempre regolamentata.
• Interesse per le colture antiche: coniugare vecchie caratteristiche ornamentali con migliore adattabilità alla coltura e migliore comportamento agronomico.

Specie da fiore reciso e da vaso fiorito

• Caratteristiche estetiche
• Comportamento del prodotto finale in post-raccolta
• Adattabilità ai sistemi colturali
• Resistenza a fattori biotici (funghi, batteri, virus, viroidi, insetti, ecc.)
• Resistenza a fattori abiotici (stress)

Caratteristiche estetiche

• Diversità dei colori.