Riassunto della materia d'esame Produzioni delle sementi

Seme

Tegumenti, tessuti di immagazzinamento ed embrione

Tegumento: Il tegumento protegge il seme impedendo l’ingresso di microrganismi ed agenti patogeni; fa da barriera protettiva contro l’acqua e l’ossigeno. Sul tegumento esterno sono presenti particolari appendici come spine, uncini, peli, ecc., che facilitano la disseminazione da parte di diversi agenti.

Tessuti di immagazzinamento delle sostanze di riserva: Sono endosperma e cotiledoni. L’endosperma è un tessuto di immagazzinamento delle sostanze di riserva (amido, proteine, grassi). I cotiledoni spesso derivano dal trasferimento, durante lo sviluppo del seme, dell’endosperma. In alcuni semi coesistono diversi tessuti di riserva (ad es. cotiledoni ed endosperma), e talvolta con accumulo preferenziale (ad es. proteine nei cotiledoni e carboidrati nell’endosperma).

Embrione: Nell’embrione può essere riconosciuta la forma in miniatura della futura pianta. L’embrione trae origine dalle divisioni mitotiche dello zigote (cellula uovo e nucleo generativo maschile). Nell’embrione di un seme si distingue un asse embrionale con a un estremo l’apice vegetativo caulinare e dall’altro l’apice vegetativo radicale. Sull’asse sono inseriti uno o due primordi cotiledonari, a seconda che si tratti di mono o dicotiledoni. I cotiledoni costituiscono la fonte energetica e di sostanze nutritive indispensabili per la germinazione e lo sviluppo della plantula nei primi 7-10 giorni dopo l’emergenza. La perdita di un solo cotiledone può avere effetti modesti sull’accrescimento della plantula; la perdita di entrambi riduce drasticamente le possibilità di sviluppo.

Vitalità del seme

La vitalità del seme è la capacità di germinare anche dopo periodi relativamente lunghi dalla raccolta. Il seme, per espletare la sua funzione riproduttiva, deve conservarsi vitale. Per vitalità del seme si può intendere la proprietà che gli consente di germinare, anche dopo periodi relativamente lunghi dalla raccolta; ovviamente, previa rimozione di ogni forma di dormienza.

Nel corso della maturazione il seme rallenta i processi metabolici, riducendo con gradualità il suo fabbisogno di ossigeno, fino a portarlo quasi a zero alla maturazione fisiologica. Anche il contenuto di acqua diminuisce con il procedere della maturazione, ma la perdita di umidità prosegue anche dopo la maturazione fisiologica, fino a raggiungere i valori più bassi compatibili con le condizioni ambientali. L’arresto della respirazione e la spinta disidratazione portano il seme a uno stato di vita latente (quiescenza), essenziale per proteggerlo dalle avversità.

La vitalità è massima subito dopo la maturazione, a meno che non sia nascosta dalla dormienza. In seguito, la vitalità decresce (deterioramento del seme) più o meno rapidamente a seconda della specie, della varietà, delle condizioni in cui è maturato il seme, della presenza o meno di danni meccanici, delle condizioni di conservazione del prodotto.

Nel tempo, la vitalità di un lotto di semente segue un andamento sigmoidale negativo: in un primo periodo (di durata variabile con le condizioni di nutrizione, maturazione, umidità e danni meccanici alla raccolta e umidità, temperatura e insetti e funghi da magazzino in post-raccolta) la vitalità decresce lentamente; poi declina in modo rapido verso valori molto bassi; infine rallenta di nuovo, ma il deterioramento prosegue fino alla morte di tutti i semi. Modificazioni possibili nei semi durante la conservazione (deterioramento) sono: perdita di germinabilità; riduzione del vigore e della velocità di germinazione e quindi scarso adattamento ad avverse condizioni di germinazione; formazione di germoglio anormale; cambiamenti esteriori (colore, lucentezza).

Germinazione

La germinazione in senso stretto inizia con l’imbibizione del seme (fase 1) e termina con la rottura dei tegumenti seminali da parte della radichetta (fase 2); la successiva fase di accrescimento dell’apice caulinare e radicale non è considerata un processo riferibile alla germinazione ma all’emergenza della plantula (fase 3). Fattori che influenzano la germinazione sono vitalità e dormienza del seme, acqua, temperatura, composizione dell'atmosfera, luce. L'avvio della germinazione dei semi di molte specie è condizionato dalla luce e si dividono in semi fotoblastici positivi (germinazione indotta dalla luce, circa il 70% delle specie vegetali), semi fotoblastici negativi (germinazione inibita dalla luce, alcune specie agrarie quali cipolla, pomodoro, leguminose foraggere, frumento, mais), semi non fotoblastici (germinazione non dipendente dalla luce, la maggior parte delle specie agrarie).

Fattori che modificano la fotosensibilità dei semi sono temperatura, stato dei tegumenti seminali, condizioni di conservazione, presenza nel mezzo di regolatori di crescita e sali.

Germinazione ipogea: quando i cotiledoni rimangono nel terreno. La piumetta emerge dal suolo per l'allungamento dell'epicotile; l'ipocotile non si allunga. Esempio: cereali.

Germinazione epigea: (circa il 90 % delle specie) quando i cotiledoni sono portati fuori dal terreno dall'allungamento dell'ipocotile; i cotiledoni sono in grado di fotosintetizzare. Esempio: ortive.

Dormienza

Il seme dormiente è quel seme vitale che, posto in condizioni favorevoli, non germina per la presenza interna di fattori inibenti (dormienza primaria); cosa diversa dal seme quiescente, che è quel seme che non germina perché non si verificano le condizioni necessarie per la crescita dell’embrione.

La dormienza primaria è una strategia biologica che permette ai semi di germinare solo quando le condizioni ambientali sono favorevoli. Nella dormienza primaria i semi entrano in dormienza prima del verificarsi di condizioni avverse. Semi che alla maturazione germinano normalmente possono perdere per cause naturali questa facoltà, entrando in uno stato di dormienza secondaria o indotta. È anche possibile che embrioni non dormienti, quando mantenuti in condizioni ambientali sfavorevoli (ad esempio, mancanza di luce per semi fotoblastici positivi o presenza di luce per semi fotoblastici negativi) tali da non consentire la germinazione, entrino in dormienza secondaria. La dormienza secondaria è “consequenziale”, cioè è in risposta a condizioni avverse, non prevedibili, che si verificano quando il seme non dormiente trova condizioni ambientali non adatte alla sua germinazione. Un seme al quale sia stata rimossa la dormienza primaria, può acquisire lo stato di dormienza secondaria; affinché il seme germini è necessaria una seconda rimozione della dormienza.

Cause della dormienza primaria:

• Dormienza meccanico-fisica: Dormienza interna al seme ma esogena all’embrione; non dipende dall’embrione. Nella dormienza fisica il tegumento è impermeabile all’acqua e/o poco permeabile ai gas. Ad esempio il seme di trifoglio è impermeabile all’acqua, a causa del tegumento che è contraddistinto da un notevole spessore di cuticola che ne impedisce la germinazione in risposta alle precipitazioni durante la stagione sfavorevole. La frequenza di questi semi “duri” aumenta quando durante la maturazione dei semi c’è carenza di acqua nel terreno, oppure si verificano condizioni di bassa umidità relativa e alta temperatura dell’aria. L’impermeabilità dei tegumenti può essere rimossa creando varchi nei tegumenti dei semi per consentire l’ingresso dell’acqua. In natura aperture nei rivestimenti seminali possono essere provocate da punture di insetti, attacchi di microrganismi, passaggio attraverso l’apparato digerente degli animali (azione degli acidi o scarificazione meccanica), esposizione a temperature alternate, abrasioni di diversa origine. In laboratorio si elimina immergendo i semi in azoto liquido che provoca screpolature nel tegumento. Nella dormienza meccanica l’endocarpo è provvisto di strutture legnose che oppongono resistenza meccanica all’accrescimento dell’embrione.
• Dormienza morfologica-fisiologica: È una dormienza endogena all’embrione; dipende dall’embrione. Nella dormienza morfologica l’embrione non è normalmente sviluppato, può germinare in ogni periodo dell’anno ma solo quando l’embrione completa lo sviluppo. La dormienza fisiologica è invece legata a meccanismi fisiologici; nella dormienza fisiologica i semi non possono germinare fino a quando non hanno ricevuto uno stimolo (trattamento) in grado di rimuovere la dormienza (ad esempio il disseccamento in estate dei semi all’aria in Brassica japonica). La dormienza fisiologica si rimuove con basse temperature in inverno e alte in estate. Sia la dormienza morfologica che fisiologica dipendono dall’embrione.
• Dormienza chimica: Dormienza interna al seme ma esogena all’embrione; non dipende dall’embrione. Presenza di inibitori chimici. Un inibitore chimico endogeno della germinazione è l’acido abscissico. La dormienza chimica è provocata da un progressivo calo del contenuto in promotori (auxine, citochinine, gibberelline) e da un progressivo aumento degli inibitori (acido abscissico). La fine della dormienza chimica coincide con la diminuzione dell’acido abscissico e con l’incremento del contenuto di citochinine e gibberelline. In alcuni semi come quelli di lattuga, il “congegno di sicurezza” è dovuto all’azione regolatrice del fitocromo presente nei semi: dormienza con fitocromo inattivo (inattivo con il buio o luce con spettro rosso estremo), germinazione con fitocromo attivo (attivo senza buio e luce con spettro rosso chiaro).

Rimozione della dormienza: Post-maturazione dell’embrione per rimuovere la dormienza morfologica (tempo e condizioni favorevoli); rimozione dell'impermeabilità dei tegumenti per rimuovere la dormienza fisica (scarificatura meccanica, chimica con acido solforico, termica, biologica); verificarsi di temperature idonee per rimuovere la dormienza fisiologica (basse (1-10°C), alte o alternate); lavaggio con acqua per rimuovere eventuali inibitori chimici; presenza di particolari sostanze chimiche (cianuro, etilene, auxine, gibberelline, citochinine, acido abscissico, oli essenziali); luce per rimuovere la dormienza fisiologica regolata dal fitocromo; combinazione di più condizioni.

Cause della dormienza secondaria: Assenza o eccesso di luce; condizioni di anaerobiosi; temperature non idonee; stress idrici.

Fattori ambientali della produzione

Tutte le colture sono sotto l’influenza dell’ambiente, inteso come terreno, luce e fotoperiodismo, temperatura, precipitazioni, vento, pronubi, che, interagendo con i fattori genetici della cultivar, determinano il successo o meno della coltivazione. L’uomo controlla i fattori ambientali in modo che la loro interazione con la coltura sia il più favorevole possibile. È importante conoscere l’ambiente per stabilire se è possibile attuare una specifica coltura da seme e stimarne le rese. Le esigenze ambientali variano tra le diverse specie e cultivar perché diverse sono le epoche in cui si svolge il ciclo di ognuna; pertanto non è possibile definire un habitat idoneo a tutte le colture da seme.

Terreno: Per le colture da seme si prestano meglio i terreni di media fertilità, così da evitare un eccessivo rigoglio vegetativo che andrebbe a scapito della produzione di seme.

Luce e fotoperiodismo: Ci sono piante definite longidiurne, che fioriscono solo quando la lunghezza del giorno supera un certo valore minimo e possono anche fiorire con illuminazione continua; altre piante invece sono brevidiurne, e fioriscono solo se il numero di ore di luce del giorno scende sotto un certo valore massimo e non possono fiorire con illuminazione continua; infine le specie neutrodiurne possono iniziare la fioritura con qualsiasi durata del giorno. Quasi tutte le specie di interesse agrario coltivate in Italia riescono a fiorire e maturare il seme alle nostre latitudini. Oltre alla fioritura, il fotoperiodo può regolare anche la formazione dei tuberi (patata), dei bulbi (cipolla) e l’emissione degli stoloni (fragola).

Temperatura: In molte specie, la temperatura può essere più importante del fotoperiodo nell’induzione a fiore. Molte specie richiedono un periodo di basse temperature per l’induzione a fiore (vernalizzazione). La vernalizzazione è un meccanismo adattivo con il quale le piante superano senza danno la stagione invernale, rimanendo allo stadio vegetativo; solo dopo l’inverno, con il ritorno delle buone condizioni, le piante riprendono ad accrescersi e a fiorire. La vernalizzazione è abbinata al fotoperiodismo, perfezionando, così, il meccanismo di sopravvivenza della specie. Nelle colture seminate in autunno con maturazione in estate la vernalizzazione chiaramente avviene naturalmente; se invece varietà con esigenze di vernalizzazione si seminano in primavera, se non si interviene con trattamenti a base di acido gibberellico, rimarrebbero allo stadio vegetativo per mancanza di vernalizzazione.

Precipitazioni: La distribuzione delle piogge durante l’anno influenza il successo della coltura. Nelle colture da seme è preferibile che le precipitazioni siano ben distribuite durante il periodo vegetativo (per favorire la crescita delle piante e costituire riserve idriche nel terreno) ma scarse dalla fioritura in poi quando è necessario un clima asciutto e soleggiato per favorire l’attività dei pronubi per la fecondazione dei fiori e per favorire la maturazione dei semi. Eccessi di precipitazioni dalla fioritura in poi possono causare dilavamento del polline causato sugli stigmi, favorire l’insorgere di malattie e determinare pre-germinazione dei semi.

Vento: Il vento favorisce la fecondazione delle piante a impollinazione anemofila ma, in certe aree estese e pianeggianti, lungo le coste, il vento può essere negativo, causando forte evapotraspirazione, allettamento, stroncamento delle piante, rottura delle spighe, deiscenza dei frutti ed erosione del terreno. Nelle colture da seme ad impollinazione entomofila forte vento può impedire il volo dei pronubi, in quelle ad impollinazione anemofila può trasportare il polline troppo lontano.

Pronubi: I pronubi trasportano il polline da un fiore all’altro, a differenza del vento che lo deposita casualmente. Il clima condiziona l’attività dei pronubi: temperature comprese tra 25 e 35 °C favoriscono i pronubi, mentre al di fuori di questi limiti l’attività dei pronubi è ritardata o annullata del tutto; venti troppo forti ostacolano il volo dei pronubi; anche la pioggia ostacola il lavoro dei pronubi, la sola copertura nuvolosa lo rallenta per la diminuita produzione di nettare da parte dei fiori. La produzione di nettare e la sua concentrazione in zuccheri sono caratteri da tenere in considerazione nel costituire nuove varietà di specie ad impollinazione entomofila. È buona norma eliminare le piante spontanee che potrebbero “distrarre” i pronubi dalla coltura da seme. I pronubi più importanti sono gli Imenotteri, in particolare alcune specie di apidi come l’ape e i bombi. L’epoca migliore per l’introduzione dei pronubi in campo è in funzione della varietà da impollinare e delle condizioni climatiche. È necessario preparare per tempo le colonie, in modo che siano numerose e in ottimo stato di salute al momento dell’utilizzazione, e calcolare il numero di arnie da disporre ad ettaro a seconda della concentrazione dei fiori. Per quanto riguarda gli impollinatori selvatici, sono in diminuzione a causa dell’uso irrazionale di insetticidi e diserbanti: gli insetticidi li uccidono, i diserbanti li privano della flora necessaria per il loro sostentamento, indispensabile quando non sono in atto le colture. Pertanto bisogna seguire i principi della lotta integrata.

Zone di produzione del seme in Italia

Per le specie ordinariamente coltivate per i semi come i cereali, le zone di produzione della semente coincidono con quelle in cui sono realizzate le colture commerciali, dato che le condizioni favorevoli a queste ultime lo sono anche per le colture specializzate da seme; così si risparmia anche sui costi di trasporto. Invece, per tutte quelle specie che danno un prodotto commercialmente diverso dal frutto e dal seme, la semente è prodotta, in genere, in zone diverse da quelle di coltivazione per il prodotto commerciale. Questo perché le condizioni richieste per la produzione di semente spesso sono diverse da quelle necessarie per le buone rese di parti vegetative. Ad esempio le colture per l’ottenimento di tuberi-seme di patate sono realizzate in montagna a 800-1000 m; si sceglie questo ambiente non perché particolarmente idoneo alla coltura, ma perché sfavorevole agli afidi che sono i vettori di numerose virosi della patata.