1 Introduzione generale alla difesa in campo

Le linee guida di difesa dalle avversità devono necessariamente tenere conto degli aspetti relativi alle colture a cui vengono applicate, quali le modalità di coltivazione, l’abito morfologico delle piante, le tecniche fitoiatriche praticabili e le valutazioni di ordine economico.

Le piante considerate in questa Parte 1a, sono in buona parte accomunabili per alcuni aspetti botanici e agronomici rilevanti e anche sotto il profilo della gestione fitoiatrica: infatti l’estensione colturale, la generale annualità dei cicli delle piante coltivate, la densità e la resa (in termini economici) per unità di superficie messa a coltura rendono sicuramente preferibile e vantaggiosa la programmazione di alcune strategie di intervento sull’ospite (pianta) che possono essere attuate, tramite il miglioramento genetico o addirittura le biotecnologie, per migliorare la resistenza verso i patogeni. Inoltre alcune semplici misure profilattiche, molto efficaci contro certi patogeni, come la concia delle sementi o il ricorso all’applicazione di consolidati criteri agronomici (es. scelta oculata nella successione colturale, evitare la pratica della semina su sodo, bruciatura o interramento dei residui colturali infetti), laddove possibile, sono procedure operative basilari e applicabili indipendentemente dalle verifiche fitopatologiche sulla coltura in atto.

I trattamenti in pieno campo con mezzi chimici o biotecnologici sono realizzabili generalmente solo per le specie a taglia bassa oppure per le prime fasi di crescita di quelle più alte e fittamente coltivate; in un secondo tempo la distribuzione di antiparassitari richiede macchine speciali, che tuttavia difficilmente sono in dotazione alle singole aziende, le quali all’occorrenza devono rivolgersi a contoterzisti, con l’inevitabile incertezza sulla tempistica e di conseguenza sull’efficacia dell’intervento fitoiatrico (l’uso del mezzo aereo in Italia richiede speciali autorizzazioni).

Attualmente, tuttavia, un concreto aiuto alle linee di difesa, che prevedono l’impiego di prodotti fitosanitari in pieno campo, è offerto dalla modellistica agrometeorologica, che consente un moderno approccio strategico di tipo integrato.

Per quanto concerne le valutazioni di ordine economico circa gli interventi fitosanitari, vi sono elementi di nuovo interesse che possono essere più o meno transitori, come l’oscillazione dei prezzi dei cereali, o di stabile tendenza, come la maggiore possibilità di vendita di prodotti sani (assenza di micotossine) e di qualità, in particolare quelli destinati alla trasformazione in farine; si tratta di circostanze che nel complesso inducono a mettere in atto pratiche di difesa dalle malattie, sia fogliari che sulla spiga, anche in aree dove non si usava effettuare trattamenti contro determinate malattie a eziologia fungina.

Esemplificazione di strategia di difesa: il modello previsionale per la fusariosi del frumento

Tra le fitopatie del frumento, la fusariosi della spiga è attualmente oggetto di speciale attenzione sia per i danni che può arrecare alla produzione sia per la presenza di micotossine nelle cariossidi.

La malattia ha come agenti causali diversi patogeni, quali Fusarium culmorum, Fusarium graminearum, Fusarium avenaceum, Fusarium poae, Microdochium nivale [ 1 ], e alcuni di essi rilasciano tossine che si possono poi trovare nelle farine destinate all’alimentazione umana o impiegate nei mangimi.

Il genere Fusarium è un raggruppamento generico di Funghi imperfetti, comprendente numerose specie e, al loro interno, varietà e forme specializzate con caratteri instabili il cui aspetto morfologico non è in relazione con l’effettiva patogenicità; per alcune specie è conosciuto il teleomorfo (es. la forma teleomorfica di F. graminearum è Gibberella zeae). La moltiplicazione asessuale avviene per mezzo di conidi di due tipi: microconidi di piccole dimensioni, uni- o bicellulari, e macroconidi plurisettati, di aspetto a volte falciforme e con una base a “calcagno”; spesso compaiono anche clamidospore, forme di perpetuazione con carattere di resistenza [ 2 ].

La sintomatologia da fusariosi su cereali varia anche in funzione della specie di patogeno e si può manifestare con marciumi e imbrunimenti a livello delle radici, della parte basale del culmo (mal del piede, accompagnato frequentemente da comparsa di micelio fioccoso), del culmo (necrosi e striature tra gli internodi), delle foglie e delle guaine (imbrunimenti), della spiga (per effetti indiretti sulle radici/culmo: sbiancamenti, ridotto sviluppo, aborti fiorali; o per effetti diretti: le cariossidi si presentano infettate dal micelio [ 3 ]). Inoltre possono essere colpiti i germinelli che degenerano.

I patogeni si possono trasmettere sia per mezzo del seme sia conservandosi nel terreno in forma di micelio, e soprattutto di clamidospora, oppure conducendo vita saprofitaria o sviluppandosi su piante spontanee per poi infettare l’ospite tramite i conidi.

Le micotossine sono metaboliti secondari prodotti da molte specie di funghi saprofitari, come quelli appartenenti ai generi Aspergillus e Penicillium, ma anche fitopatogeni, come quelli appunto del gen. Fusarium: in quest’ultimo caso esse sono chiamate anche fusario-tossine. Si tratta di sostanze che possono contaminare le derrate alimentari, di varia pericolosità e meccanismo tossico su uomo e animali: alcune di esse, in particolare aflatossine, ocratossine, fumotossine, tricoteceni e zerealenone, sono sottoposte all’attenzione delle competenti Commissioni Comunitarie e del Ministero della Salute, che hanno dettato regolamenti e norme relativi ai limiti ammissibili nei prodotti destinati all’alimentazione umana e degli animali [ 4 ].

Le fusario-tossine più frequenti sul frumento sono il deossinivalenolo (DON), il nivalenolo (NIV) e lo zearalenone (ZEN).

4 (a) Quadro riassuntivo delle principali micotossine prodotte da funghi saprofiti e fitopatogeni, in relazione ai loro effetti tossicie alle piante e prodotti derivati in cui si possono trovare. (b, c) Tabelle UE relative ai limiti massimi delle fusario-tossine DON e ZEN nei cerali(ppb = parts per billion, ossia parti per miliardo).

APPROFONDIMENTO 2

Aflatossine nocive per l’uomo

Le micotossine più pericolose per la salute umana sono le aflatossine, in particolare quella contrassegnata con la sigla B1. L’EFSA (European Food Safety Authority) nel 2020 ha confermato le precedenti valutazioni: le aflatossine sono agenti genotossici e cancerogeni. Dell’aflatossina B1 sono stati stabiliti limiti in vari tipi di alimenti: cereali, mais e frutta secca (arachidi, mandorle, nocciole e noci del Brasile, pistacchi, fichi, frutta a guscio, spezie).

Il modello di stima del rischio di infezione della fusariosi della spiga, denominato FHB-wheat (Fusarium Head Blight on wheat), è stato sviluppato traendo informazioni da prove di laboratorio ed esperienze di campo [ 5 ].

5 Rappresentazione schematica dei processi simulati nel modello FHB-wheat: viene considerato sia il rischio di infezione basato sulla sporulazione sia quello di produzione di micotossine nei tessuti infettati; con l’evasione dei propaguli infettivi del patogeno iniziano altri cicli (da Rossi V. et al.).

Esso è costruito sulla base della Teoria dei sistemi: dunque vengono prese in considerazione le funzioni di stato (lo stato è il sistema su cui si lavora, rappresentato nei grafici come un rettangolo soggetto a flussi contrassegnati da frecce), definite come lo stato del patogeno in un dato momento, le funzioni di flusso, definite sia come tassi di cambiamento delle funzioni di stato nel tempo sia in rapporto alle funzioni di alcune variabili di riferimento che possono essere costanti oppure parametri che forzano i flussi. I tassi sono rappresentati da equazioni matematiche che esprimono le relazioni con le condizioni meteorologiche o con le fasi di crescita dell’ospite. Per dare un’idea concreta della costruzione del modello, esaminiamo i passaggi del diagramma relazionale [ 6 ].

Si parte dallo stato costituito dalla sorgente di inoculo, contrassegnato in figura dalla sigla MIS (Mycelium Inoculum Source = sorgente miceliare di inculo), costituito da micelio presente nei residui di vegetazione e nella porzione basale del grano (il modello assume che l’inoculo sia presente sempre e in parti uguali per le quattro specie fungine in esame); il suo passaggio al successivo stato di SIS (Sporulation Inoculum Source = sorgente di inoculo di sporulazione), che rappresenta la sorgente diffusiva di infezione, è condizionato dalla funzione di flusso SPO (Sporulation rate = tasso di sporulazione), ossia da un tasso di cambiamento influenzato dalla temperatura dell’aria T (Temperature = temperatura). Poiché il modello prende in considerazione quattro diverse specie di Fusarium (F. graminearum, F. culmorum, F. avenaceum, F. nivale), ognuna di esse ha un proprio parametro FS (Fungal Species). L’ulteriore passaggio prevede lo stato di contaminazione della superficie delle spighe SHS (Spore landed on Head Surface) ed è regolato da un tasso di dispersione delle spore DIS (Dispersal rate) assoggettato alla temperatura T, all’umidità relativa RH (Relative Humidity = umidità relativa), alla pioggia in termini di mm caduti R (Rainfall = pioggia) e di sequenza di giorni di pioggia DAR (Days of Assiduous Rainfall = giorni di pioggia continua). Nel quarto passaggio di stato viene considerata la proporzione di tessuto delle spighe infettata HTI (Head Tissue Infected = tessuto della spiga infetto), passaggio che è regolato dal tasso di infezione INF (Infection rate = tasso di infezione), a sua volta condizionato da fattori collegati alla fase fenologica di sviluppo dell’ospite GS (Growth Stage = stadio di accrescimento), alle caratteristiche della specie fungina FS, alla temperatura T, all’umidità relativa RH, al periodo di bagnatura W (Wetness duration = durata bagnatura). A questo punto il modello prevede lo stato in cui compaiono i sintomi di malattia sulla spiga SHT (Scab on Head Tissue = alterazione sul tessuto della spiga), la quantità di micelio fungino che invade i tessuti HIH (Hyphae Invading Head tissue = tessuto della spiga invaso da ife), la quantità di micotossine accumulate sulla spiga MAH (Mycotoxin Accumulation on Head = accumulo di micotossine sulla spiga); i passaggi sono regolati, rispettivamente, dai tassi di incubazione INC (Incubation = incubazione), di invasione INV (Invasion = invasione), di accumulo di micotossine MAC (Mycotoxin Accumulation = accumulo micotossine), a loro volta influenzati da funzioni forzanti date da: temperatura T, fase di sviluppo dell’ospite GS, specie fungina in esame FS, acqua disponibile nei tessuti dell’ospite a_w(water activity = attività dell’acqua o acqua libera).

6 (a) Diagramma relazionale del modello FHB-wheat. (b) Diagramma che visualizza parallelamente le macro-operazioni svolte giornalmente dal modello: vengono evidenziati i calcoli effettuati (blu chiaro), le variabili di input per ogni fase (verde-giallo), i parametri di output (rosso-arancio); il calcolo dell’acqua libera nei tessuti viene effettuato allo stadio fenologico della fioritura.

L’analisi dei sistemi è caratterizzata dalla trasformazione delle relazioni grafiche in forme matematiche: a titolo illustrativo mostriamo l’algoritmo usato per calcolare il tasso di infezione INF per Fusarium graminearum, ricavato da procedure matematiche e frequenze di infezione osservate sotto diverse combinazioni di temperatura e di durata della bagnatura:

INF = - 0,009 - 0,363 × t + 0,07808 ×

× T × t - 0,00591 × T² × t + 0,000199 × T³ ×

× t - 0,0000024 × T4 × t

Dove: T è la temperatura in °C, t è il tempo di incubazione in ore, i valori numerici coefficienti determinati matematicamente.

I dati meteo, assieme alle fasi di sviluppo dell’ospite, rappresentano gli input del modello, per cui la sua applicazione in campo prevede la costituzione complementare di stazioni agrometeorologiche [ 7 ] e una fase di validazione effettuata in campo su più annate (FHB-wheat ha ottenuto validazione in Emilia-Romagna e poco dopo in Piemonte, dopo tre anni di sperimentazione condotte su quattro diverse aree della Regione rappresentative di diverse condizioni epidemiologiche).

L’output del sistema prevede un indice di rischio di infezione (FHB-risk) per ciascuna delle quattro specie fungine, un indice di rischio di accumulo di micotossine nelle cariossidi (FHB-tox) per le specie F. graminearum e F. culmorum, che costituisce il dato di base su cui è operata la stima di probabile contenuto di DON nelle cariossidi [ 8 ].

Il modello appena descritto è già in applicazione nell’ambito di uno specifico progetto della Regione Emilia-Romagna denominato FHB-DSS (DSS = Decision Support System = sistema di supporto nelle decisioni). Esso consente di identificare tutte le variabili connesse all’infezione della spiga e all’accumulo di micotossine attribuendo ai rischi valori numerici: di conseguenza è possibile calcolare indici di rischio e in rapporto a questi adottare le misure agronomiche più idonee, valutare l’opportunità di interventi anticrittogamici e prevedere analisi di laboratorio per misurare il grado di contaminazione delle cariossidi.

DIFESA DELLE COLTURE AGRARIE