L’utilizzo di sostanze naturali per la protezione delle colture
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L’utilizzo di sostanze naturali per la
protezione delle colture
I Bioerbicidi
La lotta biologica
L’uso di organismi viventi e dei loro prodotti, allo scopo di proteggere le piante dagli agenti biotici dannosi (Tremblay, 1990)
La lotta biologica alle piante infestanti
La lotta biologica alle piante infestanti
Batteri
Funghi
Insetti e acari
Nematodi
Virus
Animali erbivori
Classica o inoculativa
Inondativa
StrategieStrategie
La lotta biologica classica o inoculativa
Si realizza introducendo il patogeno in un’area limitata rispetto a quella di diffusione della pianta infestante. Se sussistono idonee condizioni ecologiche, l’epidemia si diffonderà consentendo di controllare l’infestante sull’intera superficie colonizzata.
Due anni fa, circa un acro di terra della nostra azienda era infestato dallo stoppione (Cirsium arvense (L.) Scop.) ma, al momento in cui le piante erano in fioritura, una ruggine le ha attaccate e nessun seme è riuscito a maturare. Abbiamo arato la terra in autunno e, l’altro anno, abbiamo visto appena una pianta. Se questa ruggine potesse essere sparsa per lo stato, lo stoppione ne verrebbe sostanzialmente controllato(Halsted, 1894).
Inoculo
INFESTANTE PATOGENO APPLICAZIONI NAZIONE Acacia saligna Uromycladium tepperianum Aree naturali Sud Africa Ageratina riparia Entyloma ageratinae Pascoli, Foreste Hawaii, USA
Sud Africa
Chondrilla juncea Puccinia chondrillina Frumento, Pascoli Australia USA Argentina
Rubus spp. Phragmidium violaceum Aree naturali, Aree agricole
Chile Australia
Acroptilon repens Subanguina picridis Pascoli, aree naturali Canada, USA, Azerbaijan
Ageratina adenophora Phaeoramularia eupatorii-odorati Aree naturali, Aree urbane
Australia, Nuova Zelanda
Ageratina riparia Entyloma ageratinae Aree naturali Nuova Zelanda Ambrosia artemisifolia Albugo trapogonis Aree naturali, campi
coltivati Russia
Baccharis halimifolia Puccinia evadens Pascoli, Aree naturali Australia Carduus thoermieri Puccinia carduorum Pascoli, aree naturali USA Clidermia hirta Colletotrichum gloesporioides f.sp.
clidemiae Foreste Hawaii, USA
Cryptostegia grandiflora
Maravalia cryptostegiae Pascoli, Aree naturali Australia
Mimosa pigra Spherulina mimosae-pigrae Aree naturali Australia Passiflora tripartita Passiflora mollissima
Septoria passiflorae Aree naturali Hawaii, USA
Xanthium occidentale Puccinia xanthii Aree naturali, Aree agricole
Australia
Puccinia chondrillina
La lotta biologica inondativa
Rilascio di quantità massicce di organismi fitopatogeni in grado di generare rapidamente una malattia di gravità tale da controllare le infestanti. Gli organismi utilizzati, indigeni o esotici, sono inseriti in preparati commerciali, impiegati per rilasci massivi, che per la loro analogia con gli erbicidi chimici sono chiamati micoerbicidi, nel caso di funghi fitopatogeni, o più genericamente bioerbicidi.
Formulato commerciale a base di Colletotrichum gloesporioides f.sp. aeschynomene, registrato in USA nel 1982 per la lotta selettiva contro Aeschynomene virginica, nelle colture di riso e soia. Il prodotto, commercializzato sotto forma di formulato polverulento, contiene il 15 % di spore ed è in grado di infettare foglie, piccioli, fusti, semi e plantule. Le lesioni compaiono dopo 3 giorni nel caso di applicazione in serra, e dopo 7-10 giorni se in campo (TeBeest, 1992).
Registrato in USA nel 1981, è un formulato commerciale a base di Phytophthora palmivora E. J. Butler ed è utilizzato per la lotta contro la Morrenia odorata negli agrumeti. Viene venduto come sospensione liquida contenente 6x105 clamidospore ml-1, da applicare sul terreno. Causa necrosi dei fusti e la morte delle piante in 1-6 settimane a seconda dell’età delle stesse
BioMal E’ stato il primo bioerbicida registrato e commercializzato in Canada, a partire dal 1992. E’ un bioerbicida a base di C.
gloeosporioides f. sp. malvae e viene utilizzato contro Malva pupilla Sm. (Mortensen, 1996).
Lubao-2Autorizzato in Cina, è un formulato commerciale costituito da un
isolato di C. gloeosporioides, impiegato per la lotta contro Cuscuta spp. nelle coltivazioni di soia. (Vurro e Bottalico, l.c.)
StumpoutUtilizzato in Sud Africa su molte specie di Acacia, come Acacia pycnantha e A. mearnsi, importate dall’Australia e che hanno
dato luogo ad infestazioni su vaste aree. E’ un formulato costituito dalle basidiospore del fungo Cylindrobasidium laeve
(Morris et al., 1999).
BioChonA base di Condrosterum purpureum, viene utilizzato per il
controllo di alcune infestanti arboree (de Jong et al., 1990).
INFESTANTE PATOGENO POSSIBILI APPLICAZIONI NAZIONE Abutilon theophrasti Colletotricum coccodes Varie colture Canada Althernanthera philo roides
Nymbia alternatherae Corsi d’acqua, paludi Brasile, USA
Amaranthus spp. Phomopsis amarathicola Alternaria alternata Trematophoma lignicola
Ortaggi USA
Avena fatua Drechslera avenacea Varie colture Australia,Italia Calystegia sepium Stagonospora convolvoli Varie colture Europa Chenopodium album Asccochyta caulina Varie colture Olanda Cirsium arvense Phomopsis cirsii Varie colture, aree naturali Europa Convolvulus arvensis Stagonospora convolvulii Varie colture Europa Cuscuta spp. Alternaria destruens Mirtillo USA Cyperus rotundus Dactylaria higginsii
Cercospora caricis Varie colture Brasile, Israele
Cytisus scoparius Fusarium timidum Arboreti Nuova Zelanda Echinochloa crus-galli Exseohilum fusiforme
E. monoceras Varie colture Vietnam,
Australia Echinochloa spp. Colletotrichum graminicola Non definite Canada Sud
Corea Egeria densa, E. najas Fusarium sp. Centrali idroelettriche Brasile Eichornia crassipes Cercospora piropi
Alternaria eichorniae Corsi d’acqua, laghi, canali d’irrigazione
USA Egitto
Erytroxylum coca Fusarium oxisporium f.sp. erythroxili
Piantagioni di coca Nazioni produttrici di coca
Euphorbia etherofilla Bipolaris euphorbiae Varie colture Brasile
Altri “bioerbicidi” in via di sviluppo (Charudattan, 2001)
Galimsoga ciliata G. parviflora
Colletotrichum gloesporioides Varie colture Russia
Hakea sericea Colletotrichum gloesporioides Arboreti Sud Africa
Hedychium gardnerianum
Ralstonia solanacearum Foreste Hawaii, USA
Imperata cilindrica Colletotrichum caudatum Bipolaris sacchari; Drechslera gigantea
Varie colture Aree naturali, bordi strade
Malaysia USA
Orobanche spp. Fusarium oxysporium Varie colture Sudan, Germania
Pueraria lobata Myrothecium verrucaria Bordi strada, Aree naturali USA
Rotboellia chochinchinensis
Sporisorium aphiuri Colletotrichum gramidicola
Cereali Tailandia, Regno Unito
Sagittaria spp. Rhynchosporium alismatis Riso Australia
Senna obtusifolia Alternaria cassie Soia Brasile
Sesbania esaltata Colletotrichum truncatum Soia e riso Mississippi USA
Solanum viarum Ralstonia solanaceaurum Agrumi Florida USA
Sphenoclea zeylanica Alternaria sp. Colletotrichum gloesporioides
Riso
Filippine, Malaisia
Striga hermonthica Fusarium nygamai Fusarium oxysporium Fusarium semicetum va. majus
Varie colture Sudan, Germania Africa occidentale, Canada
Taraxacum officinale Isolato fungino MAC 1 Tappeti erbosi, giardini Canada
Trianthema portulacastrum
Gibbago trianthemae Varie colture India
Ulex europaeus Fusarium timidum Varie colture Nuova zelanda
Varie infestanti annuali Myrotecium verrucaria Varie colture USA Varie infestanti arboree Chondrosterum purpureum Piantagioni da legno Canada, USA
Varie infestanti graminacee
Drechsleara gigantea, E rohilum longirostratum, E. rostratum
Agrumi, aree naturali USA
Varie infestati Sclerotinia sclerotiorum Varie colture Australia, nuova Zelanda, USA
Xanthium spp. Alternaria zinnie Colletotrichum orbicolare
Varie colture Australia
LE SOSTANZE DI ORIGINE NATURALE
LE SOSTANZE DI ORIGINE NATURALE
Piante superiori
Batteri
Insetti
Funghi
InsettiInsetti
Lytta vesicatoria
Cantaridina da
SOSTANZA BATTERIO PRODUTTORE PIANTA OSPITE Coronatina Pseudomonas siringae pv. atropurpurea Lolium spp. Rizobiotossine Rizobium japonicum Glicine max Faseolotossine Pseudomonas siringae pv. Phaseolicola Diverse Tabtossina Pseudomonas siringae pv. tabaci Nicotiana spp. Tegetitossina Pseudomonas siringae pv. tagetis Tagetis patulo L.
Heliopsis spp.
BatteriBatteri
AttinomicetiAttinomiceti
Streptomyces viridochromogenes(bialaphos, precursore della fosfinotricina)
Le fitotossineLe fitotossine
Sostanze prodotte da funghi patogeni e che risultano tossiche per le piante
Specifiche (tossiche solo per la specie che ospita il fungo produttore)
Aspecifiche (tossiche anche per specie diverse dall’ospite del fungo produttore)
Pathogens of grass weeds producing phytotoxins
Ophiobolin (Drechslera spp.) De-O-Methyldiaportin (Drechslera siccans)
Pyrenophorol (Drechslera avenae)
Eremophilans (Drechslera avenae)
AccrescimentoAccrescimento
Saggi fogliariSaggi fogliari
0 1 2 3 4
0 1 2 3
Leaves
Plantlets
Scale of the phytotoxic effects
Phytotoxicity symptoms
Control
D. siccans culture filtrate
Phytotoxic effects on the roots
ControlD. siccans culture filtrate
Estratto Estratto + Conidi Conidi
Lolium multiflorum
400.000 conidi/ml +estratto 400.000 conidi/ml
Piante superioriPiante superiori
Le piante superiori sono in grado di produrre “prodotti secondari”, cioè metaboliti non facenti parte dei processi metabolici principali coinvolti, fra l’altro, in meccanismi di difesa da funghi patogeni, insetti e nematodi, oltre ad essere utilizzati dalla pianta per competere con altri individui (competizione interspecifica). In quest’ultimo caso si parla di prodotti allelopatici, in quanto fitotossici per altre specie o persino per la specie che li produce (autotossici).
CLASSE CHIMICA COMPOSTO PIANTA D’ORIGINE Chinoni Terpenoidi Flavonoidi Tannini Alcaloidi Cumarine Derivati amminoacidici non proteici Derivati amminoacidici proteici Composti fenolici Acidi aromatici Glucosidi cianogenetici Tiocianati
juglone sorgoleone 1-8 cineolo florizina acido gallico caffeina psoralina xantotossina mimosina ac. amminolevulinico glutine idrolizzato arbutina ac. cinnamico durrina tiocianato
Juglans regia Sorghum spp. Salvia spp. Malus spp. Euphorbia spp. Coffea spp. Psoralea spp. Ammi majus Mimosa spp. Leucaena glauca Zea mais Arctostaphylos uva-ursi Parthenium argentatum Sorghum spp. Brassicaceae
Sostanze prodotte da piante superiori
La farina di glutine di mais è un efficace erbicida di pre-emergenza per numerose infestanti a foglia larga e gradinacee. Il vantaggio è costituito dal fatto che è una sostanza non tossica, relativamente economica e biodegradabile. Poiché contiene una notevole quantità di azoto può essere considerato ed utilizzato sia come erbicida che come fertilizzante. Benché agisca su un numero elevato di malerbe c’è una variazione di efficacia sufficiente per considerarlo in qualche maniera selettivo. È stato utilizzato con successo su tappeti erbosi e su coltura di fragola, bisognerebbe sperimentarlo su altre colture. Essendo un prodotto naturale potrebbe trovare utilizzo in agricoltura biologica (www.aiab.it)
Glutine di mais
Estrazione dei metaboliti
Cover-crops
Pacciamatura o interramento della biomassa
Oli essenziali da piante officinali
Dudai et al., 1999
LE SOSTANZE NATURALI: VANTAGGI
LE SOSTANZE NATURALI: VANTAGGI
Nuove strutture chimiche
Meccanismi d’azione diversi di quelli già conosciuti
Possibilità di costituire la base per la sintesi di nuove molecole ad attività erbicida
Maggiore sicurezza ambientale
Attività sostanzialmente indipendente dalle condizioni ambientali
È opinione diffusa tra molti ricercatori che le fitotossine presentino profili ecotossicologici
migliori delle molecole di sintesi. Tale caratteristica andrebbe verificata caso per caso; tuttavia,
in linea generale, si tratta di sostanze già presenti in natura in quanto provenienti da normali cicli
biologici e quindi anche più facilmente degradabili (Duke, 1986a).
Inoltre le micotossine presentano caratteristiche chimiche che supporterebbero questa tesi. Infatti
nella maggior parte dei casi non sono, come gli erbicidi di sintesi, degli idrocarburi alogenati,
sostanze delle quali è ben nota la pericolosità nei confronti dell’ambiente e dell’uomo (Abbas e
Duke, l.c.).
Compatibilità ambientale delle fitotossine
Random screening, cioè sintesi di composti in maniera casuale e valutazione delle loro
potenzialità erbicide. La maggior parte degli erbicidi sono stati scoperti con questa
metodologia, anche se negli ultimi tempi diventa sempre più difficile trovare nuove molecole
bioattive.
Biorational approach, il quale prevede l’ottimizzazione della struttura chimica dell’erbicida in
base al sito che deve attaccare. Il metribuzin è tra i pochi erbicidi ad essere stato sintetizzato
secondo questa metodologia (Wright et al., 1991).
Modificazione chimica di molecole già brevettate, processo che può portare a variare lo
spettro d’azione o la tecnica di utilizzo.
Isolamento di composti di origine microbica.
Scoperta di nuovi erbicidi
Herbicide resistant grass weeds in Italy
Species Common Name Year Herbicide Mode of Action
Avena sterilis ludoviciana Sterile oat 1992 ACCase inhibitors
Echinochloa crus-galli Barnyardgrass 2000 Ureas and amides
Phalaris paradoxa Hood Canarygrass 1998 ACCase inhibitors
Lolium multiflorum(Multiple Resistance)
Italian Ryegrass 1995 ACCase inhibitorsALS inhibitors
www.weedscience.com
TOSSINA SITO D’AZIONE PRINCIPALE PROCESSO FISIOLOGICO INIBITO
RIFERIMENTO
BIBLIOGRAFICO Fusicoccina K+ -ATPasi Alterazione del potenziale idrico delle
membrane cellulari Gilchrist, 1983
Ofiobolina A Calmodulina Distruzione tessuti cellulari Leung et al., 1985 AAL-tossina Aspartato carbamoil
transferasi Sintesi della pirimidina Gilchrist, 1983
CBT-Tossina ATPasi microsomale Vari Macri et al., 1983 Tentossina CF1-ATPasi Trasferimento energetico Steele et al., J.A., 1976
Fitotossine aventi meccanismo d’azione diverso da quello degli erbicidi in commercio