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