L'uomo può modificare il metabolismo di una pianta per ottenere un prodotto che rispecchi le caratteristiche richieste dal mercato? La risposta è sì. E per farlo può utilizzare i fattori ambientali a proprio favore in un ambiente controllato come una serra.
L'evento formativo "L'impiego dei Led per la crescita del timo (Thymus vulgaris) e la produzione di oli essenziali: prime sperimentazioni" del 18 novembre 2022 ha affrontato proprio questo argomento: ovvero come nella coltivazione indoor si può intervenire sulle piante, con un focus sulle aromatiche e sulla produzione di olio essenziale.
"Nel 2000 ho cominciato ad occuparmi della possibile influenza di virus e fitoplasmi sulla resa e sulla composizione degli oli essenziali nelle piante aromatiche, e la prima pianta che ho preso in esame è stato proprio il timo. - introduce Maria Grazia Bellardi, professoressa di fitopatologia presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro Alimentari dell'Università di Bologna - Le piante di timo affette da virus presentavano tutti i classici sintomi (giallume, filloptosi, crescita stentata) con una resa in olio essenziale inferiore addirittura al 50%. La cosa interessante fu che la composizione dell'olio estratto dalle piante infette era completamente diversa dalla composizione dell'olio estratto da piante sane".
A distanza di anni da questo studio fitopatologico il timo viene nuovamente preso in considerazione. Questa volta però domandandosi come modificare la resa e la composizione in olio essenziale senza l'utilizzo di agenti patogeni infettivi ma bensì utilizzando parametri ambientali come la luce.
Il progetto di ricerca è stato svolto dal Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro Alimentari - Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie per il Verde e il Paesaggio - dell'Università di Bologna in collaborazione con il Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco dell'Università di Roma Sapienza, il Giardino delle Erbe di Casola Valsenio (Ra) e la Società Italiana per la Ricerca sugli Oli Essenziali (Siroe).
Attraverso il metabolismo secondario tutte le piante producono metaboliti secondari, per esempio i terpeni, che vengono trasformati e commercializzati come oli essenziali.
Il metabolismo secondario, a differenza del primario, produce sostanze che permettono alla pianta di adattarsi e di proteggersi dall'ambiente circostante.
Questi processi fisiologici sono influenzati da diversi fattori interconnessi fra loro: genetica, condizioni pedoclimatiche, presenza o assenza di patogeni, operazioni colturali e per le piante aromatiche il tempo balsamico, ovvero il periodo di raccolta.
Difficilmente controllabili in pieno campo, questi processi fisiologici in serra possono essere modificati in base all’esigenza dell'agricoltore e del mercato perché si può intervenire sui fattori ambientali.
Ed è proprio in indoor che sul timo si è studiata l'influenza di uno dei fattori ambientali più forti, ovvero la luce e le sue diverse lunghezze d'onda.
Questo perché modificare la luce significa modificare il chemiotipo, cioè una popolazione di piante che, pur appartenendo alla stessa specie, si differenzia da tutti gli altri membri della specie per la composizione chimica dei metaboliti secondari.
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In questo studio si è cercato di stimolare separatamente diversi fotorecettori della pianta utilizzando led rossi e blu, perché promuovono la crescita, l'accumulo di biomassa e il fototropismo.
Sono state coltivate 150 piante di timo cultivar 'Faustini', derivanti da propagazione agamica per mantenere il corredo genetico uguale in tutti gli individui, con un fotoperiodo di 16 ore, una temperatura di 23-24 gradi e umidità controllata in tutta la serra in modo da imputare le differenze solamente alle condizioni di luce.
Le piante sono state divise in tre blocchi (A-B-C) e fatte crescere a diverse intensità di luce per tutto il mese di agosto:
In foto, piante di timo sottoposte a led con intensità di 75 micromoli di fotone per metro quadro al secondo
Fonte foto: Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie per il Verde e il Paesaggio
A fine mese, una volta finito il trattamento con la luce, le piante di timo sono state tagliate a 3 centimetri dal fusto, per poter prelevare i rami con i tessuti secretori, e trasferite subito per essere distillate.
Nessuno dei tre blocchi ha mostrato delle differenze per quanto riguarda la crescita ma sono state registrate delle differenze in termini di resa in olio essenziale:
In foto, In foto, piante di timo sottoposte a led con intensità di 50 micromoli di fotone per metro quadro al secondo
Fonte foto: Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie per il Verde e il Paesaggio
Inoltre, è stata misurata la concentrazione di timolo nell'olio estratto da questi tre blocchi: qualitativamente c'è equilibrio ed omogeneità tra i componenti estratti, mentre la differenza riguarda la quantità.
Le percentuali dei composti all'interno dei blocchi A e B sono ridotte rispetto al controllo che è pari al 52%, il blocco A raggiunge il 40% mentre il blocco B un 14%.
Si può dedurre da queste differenze che il parametro della luce ha un'incidenza importante sulla composizione chimica dell'olio estratto, non tanto in termini di qualità quanto più di quantità in timolo.
In foto, timo tagliato e pronto per essere distillato. Il materiale vegetale non viene congelato per evitare perdite in olio essenziale
Fonte foto: Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie per il Verde e il Paesaggio
Essendo questo uno studio ancora nelle prime fasi di sperimentazione i quesiti a cui rispondere sono ancora molti. Ma i primi risultati ottenuti fanno ben sperare sulle future applicazioni nel campo della ricerca, sia per la buona resistenza del timo alle alte frequenze di luce sia per i diversi vantaggi che porta l'utilizzo delle luci led.
"Nelle produzioni in ambiente controllato noi possiamo agire su tantissimi parametri. Nel caso specifico delle serre agiamo sui parametri ambientali quali temperatura, umidità, luce naturale, ventilazione etc. Negli ultimi anni in particolare c'è stato un enorme sviluppo per quanto riguarda le luci led, che hanno fornito una nuova concezione di come dev'essere progettata e concepita una serra" spiega Alberto Barbaresi, ricercatore presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro Alimentari dell'Università di Bologna.
Le piante, esattamente come gli animali, percepiscono la luce. Nel caso dei vegetali però la presenza o assenza di luce regola in maniera fondamentale i loro processi fisiologici di sviluppo in quanto ha funzione sia assimilativa che di controllo.
"L'utilizzo della luce artificiale in serra è nato nei Paesi del Nord Europa perché in queste zone la luce naturale è scarsa, in questo caso la luce artificiale svolge una funzione assimilativa per le colture. - continua Barbaresi - Nell'areale mediterraneo invece non c'è questa necessità di luce supplementare, paradossalmente quindi siamo più indietro su questo aspetto".
La ricerca ingegneristica ha quindi negli anni puntato a trovare alternative luminose più efficienti, sia da un punto di vista produttivo che economico. Ed oggi possiamo montare in serra l'alternativa luminosa più conveniente, ovvero i led.
Le luci led riescono a riprodurre diverse lunghezze d'onda, per lo studio si sono utilizzate le bande del rosso e del blu
Fonte foto: Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie per il Verde e il Paesaggio
Le luci led sono pratiche: non solo sono più economiche perché consumano di meno e hanno una durata maggiore, ma anche perché si può riprodurre una determinata composizione spettrale della luce, cosa che per esempio con le lampade a incandescenza non è possibile.
"La luce è un segnale ambientale fortissimo perché tramite le sue diverse lunghezze d'onda fa capire alla pianta in che fase della giornata si trova e in che modo crescere. Un aspetto questo che per molti anni è stato sottovalutato nelle progettazioni delle serre".
Un lampada led riesce a riprodurre queste diverse lunghezze d'onda e ci permette di creare una specifica "ricetta" luminosa in base alla coltura che vogliamo coltivare.
"Questo è un vantaggio non indifferente, perché selezionando uno spettro luminoso non solo si può somministrare alla pianta quello che vogliamo ma possiamo anche fare studi più specifici sulla pianta stessa e capirne meglio i meccanismi. Possiamo stimolare alcune funzioni della pianta ottenendo risposte morfologiche e biochimiche differenti" conclude Barbaresi.
Sono prodotti biologicamente attivi che derivano dal metabolismo secondario della pianta.
Finché questi prodotti biologici rimangono all'interno della pianta vengono definiti "essenze", quando vengono distillati dall'uomo allora si possono chiamare "oli essenziali".
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Gli oli essenziali vengono usati in diversi settori quali alimentazione, cosmetica, farmacologia, arte e agronomia. Per esempio, per la produzione di insetticidi.
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