XXXVIII Convegno Nazionale della Società Italiana di Chimica Agraria

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EDITORI: CAPRI ETTORE, LAMASTRA LUCREZIA, LUCINI LUIGI, SUCIU NICOLETA ALINA, TREVISAN MARCO

XXXVIII CONVEGNO NAZIONALE DELLA SOCIETÀ ITALIANA DI CHIMICA AGRARIA

IL CONTRIBUTO DELLA CHIMICA AGRARIA NEL CONTESTO DI AGENDA 2030 E DEI SUOI SDGS

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Editori CAPRI ETTORE, LAMASTRA LUCREZIA, LUCINI LUIGI, SUCIU NICOLETA ALINA, TREVISAN MARCO

Titolo XXXVIII Convegno Nazionale della Società Italiana di Chimica Agraria Il contributo della chimica agraria nel contesto di Agenda 2030 e dei suoi SDGs

Isbn 978-88-98362-09-7

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INDICE CONTRIBUTI IL CONTRIBUTO DELLA CHIMICA AGRARIA NEL CONTESTO DI AGENDA2030 E DEI SUOI SDGS .................................................................................................................................................... 9 SESSIONE SUOLO ..................................................................................................................... 13 EXPLOITING THE NATIVE SOIL BIODIVERSITY TO PROMOTE CROP PRODUCTIVITY AND SUSTAINABILITY, Stefano Mocali - Keynote Speaker……………………………………………………………14 L’AZIONE SINERGICA DI BATTERI SOLUBILIZZATORI DEI FOSFATI, ACIDI UMICI E FUNGHI MICORRIZICI ARBUSCOLARI INDUCE CAMBIAMENTI NEL MICROBIOMA DEL SUOLO E MIGLIORA L’ASSORBIMENTO DI NUTRIENTI IN ZEA MAYS, Vincenza Cozzolino, Hiarhi Monda, Kornelia Smalla, Alessandro Piccolo ........................................................................................ 15 L’EFFETTO SULLA FERTILITÀ E SULLE PROPRIETÀ CHIMICHE DEL SUOLO IN RISPOSTA AL TRATTAMENTO CON BIOCHAR IN AGRICOLTURA: CASI STUDIO IN AZIENDE VITIVINICOLE, Laura Giagnoni, Silvia Baronti, Anita Maienza, Giancarlo Renella, Tania Martellini, Alessandra Cincinelli, Francesco Primo Vaccari ....................................................................... 16 REDOX-DRIVEN CHANGES IN THE DISTRIBUTION OF FE MINERALS BETWEEN AGGREGATESIZE CLASSES IN THE TOPSOIL AND SUBSOIL OF PADDY SOILS,Beatrice Giannetta, Ramona Balint, Maria Martin,Luisella Celi, Daniel Said-Pullicino .......................................................... 17 IMPROVING AUTOMATED DNA EXTRACTION FROM SOIL FOR NEXT GENERATION SEQUENCING APPLICATIONS, Laura Maretto, Claudia Chiodi, Diego Pizzeghello, Serenella Nardi, Giancarlo Renella, Paolo Manfredi, Massimo Cagnin, Giuseppe Concheri, Andrea Squartini, Piergiorgio Stevanato .............................................................................................. 18 STUDIO DEGLI EFFETTI DEL FUOCO SULLE COMUNITÀ MICROBICHE DI UN SUOLO AGRARIO CONTAMINATO DA CROMO, Ida Rascio, Maddalena Curci, Concetta Eliana Gattullo, Anna Lavecchia, Mohammad Yaghoubi Khanghahi, Roberto Terzano, Carmine Crecchio............... 19 DIFFERENTI SISTEMI DI COLTIVAZIONE A LUNGO TERMINE CAMBIANO LA COMPOSIZIONE MOLECOLARE DELLA SOSTANZA ORGANICA DEL SUOLO E DELLA SUA FRAZIONE UMICA ESTRAIBILE, Claudia Savarese, Marios Drosos, Riccardo Spaccini, Alessandro Piccolo ........... 20 EFFETTO DELLA PRATICA AGRICOLA SULLA DIVERSITÀ BATTERICA E FUNGINA DI UN SUOLO INVESTITO A VIGNETO, M. Signorini, L. Borruso, K. Randall, A.J. Dumbrell, Y. Pii, T. Mimmo, S. Cesco ........................................................................................................................................ 21 EFFETTI DEI VOLATILI EMESSI DAI MICRORGANISMI DEL SUOLO SUL CONTENUTO DI NUTRIENTI IN PIANTE DI MAIS, Cristiana Ariotti, Lara Martìn-Sanchez, Paolina Garbeva, Gianpiero Vigani ...................................................................................................................... 22

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SESSIONE PIANTA .................................................................................................................... 23 ALLELE MINING FOR GENES CONTROLLING THE ADAPTATION OF BARLEY TO ENVIRONMENT, Luigi Cattivelli, Keynote Speaker………………………………………………………………………………………….24 EFFECT OF MYCORRHIZATION AND FERTILIZATION MANAGEMENT ON ORGANIC POTATO GROWN UNDER HIGHLY CALCAREOUS SOILS ASSESSED BY RT-PCR, Cristina Abbate, Sara Lombardo, Gaetano Pandino, Stefania Fontanazza, Aurelio Scavo, Giovanni Mauromicale .. 25 MISURE DI FUNZIONALITÀ ECOSISTEMICA NELL’AMBITO DEL PROGETTO “ALFORLAB”: ANALISI DEGLI ANTIOSSIDANTI FOGLIARI, Luana De Rimini, Nicola Maria Casile, Rosa Vescio, Enrica Alicandri, Agostino Sorgonà, Stefano Covino, Anna Rita Paolacci, Mario Ciaffi, Maurizio Badiani ...................................................................................................................... 26 THE BIOSTIMULANT EFFECT OF PROTEIN HYDROLYSATES FROM DIFFERENT ORIGIN: A COMBINED PHENOMICS AND METABOLOMICS APPROACH, Valentina Buffagni, Begona Miras-Moreno, Youry Pii, Youssef Rouphael, Klàra Panzarova, Giuseppe Colla Luigi Lucini ... 27 EFFECTS OF AMMONIUM TO UREA RATIO ON N NUTRITION IN MAIZE PLANTS, Sara Buoso, Mustapha Arkoun, Jean-Claude Yvin, Daniel Said-Pullicino, Nicola Tomasi, Roberto Pinton, Laura Zanin .............................................................................................................................. 28 L’INFEZIONE CON PLASMOPARA VITICOLA INFLUENZA LA DISTRIBUZIONE E L’ALLOCAZIONE DEGLI ELEMENTI MINERALI NELLE FOGLIE DI VITE, Stefano Cesco, Anna Tolotti, Stefano Nadalini, Stefano Rizzi, Fabio Valentinuzzi, Tanja Mimmo, Carlo Porfido, Ignazio Allegretta, Oscar Giovannini, Michele Perazzolli, Guido Cipriani, Roberto Terzano, Ilaria Pertot, Youry Pii .................................................................................................................................................. 29 PROTEOMICA COMPARATIVA DEI PROFILI DEGLI ORGANELLI CELLULARI IN RADICI DI MAIS IN RISPOSTA A DIFFERENTI CONDIZIONI DI NUTRIZIONE AZOTATA, Gianluca Galli, Chiara Muratore, Bhakti Prinsi, Luca Espen ........................................................................................ 30 IL PROFILO NUTRACEUTICO DI DUE VARIETÀ DI BASILICO È INFLUENZATO DALLA FERTILIZZAZIONE E DALL’INOCULO CON IL PGPR AZOSPIRILLUM BRASILENSE, Simun Kolega, Begona Miras-Moreno, Valentina Buffagni, Luigi Lucini, Fabio Valentinuzzi, Mauro Maver, Tanja Mimmo, Marco Trevisan, Youry Pii, Stefano Cesco. ...................................................... 31 FIRST EVIDENCE OF THE ABILITY OF ANTHOCYANINS TO BIND TO METALLOID IONS (B AND GE), Marco Landi, Laura Estevez, Ricardo Mosquera, Lucia Guidi .......................................... 32 PROTEOMICA DEI PROFILI DI MEMBRANA DI DIVERSE FRAZIONI CELLULARI IN RADICI DI MAIS, Chiara Muratore, Bhakti Prinsi, Luca Espen .................................................................. 33 S STABLE ISOTOPE DISCRIMINATION IN RICE: ISOTOPE VS MOLECULAR PHENOTYPES, Fabio F. Nocito, Viviana Cavallaro, Mariachiara Caschetto, Moez Maghrebi, Gian Attilio Sacchi ... 34

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PHENOLOGICAL, BIOCHEMICAL AND PHYSIOLOGICAL RESPONSE TO SALT STRESS OF RICE (ORYZA SATIVA L.) JAPONICA PUTATIVE SALT-TOLERANT INTROGRESSED LINES IN HYDROPONIC CULTURE, Michele Pesenti, Viviana Cavallaro, Alessandro Abruzzese, Giorgio Lucchini, Silvia Morgutti, Noemi Negrini, Gian Attilio Sacchi .................................................. 35 DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION OF HALOPHYTE-BASED FARMING SYSTEMS IN SALTAFFECTED MEDITERRANEAN SOILS, Marco Santin, Antonella Castagna, Alessia Mannucci, Lucrezia Pomarè, Annamaria Ranieri ...................................................................................... 36 RELAZIONE QUANTITATIVA STRUTTURA-ATTIVITÀ DI BIOSTIMOLANTI UMO-SIMILI DA SCARTI DI PRODUZIONE AGRO-INDUSTRIALE MEDIANTE TECNICHE NMR, Davide Savy, Yves Brostaux, Vincenza Cozzolino, Pierre Delaplace, Patrick Du, Jardin, Alessandro Piccolo ........ 37 THE EFFECT OF GEOGRAPHICAL ORIGIN ON PHYTOCHEMICAL PROFILE AND AUTHENTICITY OF TAGGIASCA EXTRA-VIRGIN OLIVE OIL: A METABOLOMICS APPROACH, Biancamaria Senizza, Luigi Lucini, Marco Trevisan ....................................................................................... 38 QUANTIFICAZIONE IN-SITU DEL RILASCIO DI CITRATO DA PIANTE DI LUPINO BIANCO, Raphael Tiziani, Markus Puschenreiter, Erik Smolders, Tanja Mimmo, José Carlos Herrera, Stefano Cesco, Jakob Santner .................................................................................................. 39 LE SOSTANZE UMICHE DA COMPOST VERDE AUMENTANO LA BIOATTIVITÀ E LE PROPRIETÀ ANTIBATTERICHE DI OLI ESSENZIALI ESTRATTI DA FOGLIE DI BASILICO, Mariavittoria Verrillo, Vincenza Cozzolino, Riccardo Spaccini, Alessandro Piccolo .................................................... 40 LA PROTODIOSCINA, UNA SAPONINA NATURALE AD ATTIVITÀ FITOTOSSICA, Ana Luiza Wagner Zampieri, Emy Luiza Ishii Iwamoto, Fabrizio Araniti, Maria Rosa Abenavoli ............ 41 SESSIONE AMBIENTE ............................................................................................................... 42 TECHNOLOGY OF CARBON SEQUESTRATION INTO SOIL ORGANIC MATTER, Alessandro Piccolo – Keynote Speaker…………………………………………………………………………………………………..43

BIODISPONIBILITÀ DI ELEMENTI POTENZIALMENTE TOSSICI DOPO COLTIVAZIONI RIPETUTE DI BRASSICA JUNCEA IN UN SUOLO AGRICOLO CONTAMINATO, Diana Agrelli, Luigi Giuseppe Duri, Nunzio Fiorentino, Eugenio Cozzolino, Massimo Fagnano, Paola Adamo ...................... 44 PRESENCE OF TRIAZINE HERBICIDES AND THEIR METABOLITES IN GROUNDWATER OF ITALIAN MAIZE-GROWING AREAS, Lucio Botteri, Federico Ferrari, Silvia Ghisoni, Gabriele Rocchetti, Luigi Lucini, Marco Trevisan .................................................................................... 45 VALUTAZIONE DEL RISCHIO PER AMBIENTE E SALUTE UMANA DI UN SUOLO AGRICOLO CON TALLIO DI NATURA GEOGENICA, Antonio G. Caporale, Donato Visconti, Luigi G. Duri, Nunzio Fiorentino, Massimo Fagnano, Paola Adamo .......................................................................... 46

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BIOSTABILIZZAZIONE DI MATRICI SABBIOSE AD OPERA DEL MICELIO DI PLEUROTUS OSTREATUS, Giuseppe Di Rauso Simeone, Emmanuel Salifu, Gianfranco Urciuoli, Grainne El Mountassir, Giacomo Russo, Maria A. Rao ............................................................................. 47 LA FITOTOSSICITÀ DEI PRODOTTI INTERMEDI DI DEGRADAZIONE FOTOCATALITICA: CASO DEL LEVOFLOXACIN, Luca Foti, Filomena Lelario, Hazem Elshafie, Sabino Aurelio Bufo, Laura Scrano....................................................................................................................................... 48 GRASS AND LEGUME SPECIES AND MUNICIPAL WASTES AS BIORESOURCES FOR THE ASSISTED PHYTOSTABILIZATION OF PTE-CONTAMINATED SOILS, Matteo Garau, Giovanni Garau, Stefania Diquattro, Maria Vittoria Pinna, Paola Castaldi ............................................ 49 ABBONDANZA NATURALE DI 15N E 13C NELLA VALUTAZIONE DELL’USO DELL’AZOTO E DELLA CONSERVAZIONE DEL CARBONIO DA COMPOST NEL SUOLO, Marco Grigatti, Paola Gioacchini, Luciano Cavani, Claudio Ciavatta .......................................................................... 50 NUOVI IDROGELI UMO-PECTICI PER IL RILASCIO CONTROLLATO DI AGROFARMACI E BIOSTIMOLANTI, Assunta Nuzzo, Pierluigi Mazzei, Marios Drosos, Alessandro Piccolo ......... 51 APPLICAZIONE DEL BIOCHAR NELLE STRATEGIE DI RECUPERO ECO-COMPATIBILI DI SUOLI E ACQUE INQUINATI DA AGRO-FARMACI, Maria Vittoria Pinna, Caterina Senette, Giovanni Garau ....................................................................................................................................... 52 FIELD EVALUATION OF NITRATE LEACHING: THE ROLE OF FERTILIZERS AND SOIL MICROORGANISMS, Bruno Rizzi, Massimo Zilio, Fulvia Tambone, Piergiorgio Stevanato, Andrea Squartini, Fabrizio Adani ............................................................................................. 53 NANOCOMPOSITI MAGNETICI PER L’EFFICACE RIMOZIONE DI AGROFARMACI E CONTAMINANTI EMERGENTI NELLE ACQUE, Filomena Sannino, Antonello Marocco, Michele Pansini, Serena Esposito, Barbara Bonelli................................................................................. 54 POTENZIALITÀ APPLICATIVE DEI METABOLITI SECONDARI DELLE PIANTE, Giacomo Napolitano, Simone Milan, Sabino Aurelio Bufo, Laura Scrano............................................... 55 THE METABOLOME OF OLIVE XYLEM SAP CAN REFLECT PLANT PHYSIOLOGICAL STATUS IN RESPONSE TO DIFFERENTIAL AGRICULTURAL PRACTICES, Adriano Sofo, Fabrizio Araniti, Luigi Lucini ........................................................................................................................................ 56 COMPOSTING OF AGRO-INDUSTRIAL WASTES BY BLACK SOLDIER FLY (HERMETIA ILLUCENS) LARVAE: PRELIMINARY RESULTS, Adele Muscolo, Orlando Campolo, Francesca Laudani, Vincenzo Palmeri, Agostino Sorgonà ....................................................................................... 57 VALUTAZIONE DELLE FONTI DI CONTAMINAZIONE DELLE FALDE ACQUIFERE DA FITOFARMACI NEI VIGNETI COLLINARI DEL NORD ITALIA, Nicoleta Suciu, Camilla Farolfi, Roberta Zambito Marsala, Elisabetta Russo, Marcello De Crema, Emanuela Peroncini, Fausto

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Tomei, Gabriele Antolini, Marco Marcaccio, Vittorio Marletto, Ruggero Colla, Antonio Gallo, Ettore Capri .............................................................................................................................. 58 L’USO SOSTENIBILE DELLA RISORSA IDRICA NEI SISTEMI RISICOLI: IL CASO STUDIO DELLA LOMELLINA, Alice Tediosi, Federico Ferrari, Arianna Facchi, Alice Mayer, Enrico Chiaradia, Michele Rienzner, Marco Romani, Marco Trevisan ................................................................. 59 MONITORAGGIO E DEGRADAZIONE DEGLI IPA PRESENTI NEI SUOLI DELL’AREA RURALE SULLA SPONDA DEL LAGO INFERIORE DI MANTOVA TRA PORTO CATENA E DIGA MASETTI ATTRAVERSO APPROCCI MICROBIOLOGICI E VEGETALI, Diego Voccia, Lamastra Lucrezia, Simone Anelli, Paolo Nastasio, Pietro Iavazzo, Riccardo Puglisi, Marco Trevisan ................... 60 MONITORAGGIO NELLE ACQUE SUPERFICIALI, DI FALDA E DELLA SOLUZIONE CIRCOLANTE DI CLOMAZONE E MCPA IN RISAIE IRRIGATE CON I METODI WFL, DFL E AWD,Diego Voccia, Lamastra Lucrezia, Alcie Tediosi, Federico Ferrari, Marco Romano, Anna Facchi, A. Ricciarelli, Olfa Gharsallah, Marco Trevisan ............................................................................................. 61 AMMONIA AND ODOUR EMISSIONS FOLLOWING THE USE OF DIGESTATES IN AGRICULTURE, M. Zilio, A. Pigoli, B. Rizzi, F. Tambone, F. Adani ..................................................................... 62

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Il contributo della chimica agraria nel contesto di Agenda 2030 e dei suoi SDGs Piacenza 7-8 Settembre 2020 L’appuntamento annuale della nostra società rappresenta un evento pluridecennale di incontro e condivisione critica della ricerca e sperimentazione nel nostro settore. Anche in questo anno di enormi difficoltà, legate alla diffusione di COVID-19, la SICA intende quindi mantenere questo appuntamento, pur rimodulandone la forma, affinché si possa tenere in modalità telematica. Pertanto, il XXXVIII convegno nazionale della Società Italiana di Chimica Agraria è previsto nei giorni 7 e 8 settembre 2020.

L’evento si inserisce nel contesto degli obiettivi identificati da Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile, sottoscritta nel settembre 2015 dai governi dei 193 Paesi membri dell’ONU. L’evento rappresenta l’occasione per evidenziare il forte legame tra la ricerca che la Chimica Agraria svolge e il programma d’azione definito attraverso i 17 Sustainable Development Goals – SDGs – da sviluppare entro il 2030.

In tale contesto la sfida che la Chimica Agraria è chiamata a raccogliere, per quanto ardua, rappresenta sicuramente un’opportunità per rimarcare il potenziale ed il ruolo fondamentale della ricerca nel nostro settore.

Il programma scientifico si articolerà in tre sessioni che affrontano le tematiche inerenti al sistema suolo, al sistema pianta e agli aspetti ambientali legati all’attività antropica per le produzioni primarie. Per quanto molti aspetti coperti dalla Chimica Agraria siano trasversali ai diversi SDGs, tematiche quali la promozione di un’agricoltura sostenibile, l’uso sostenibile dell’ecosistema terrestre, la lotta al cambiamento climatico e la qualità delle acque appartengono indiscutibilmente alla Chimica Agraria. In aggiunta alla primaria connotazione scientifica, calata nel contesto di cui sopra, l’evento rappresenta altresì occasione di confronto tra ricercatori che operano nei diversi settori di competenza della Chimica Agraria.

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Agenda 07-set-20 Sessione suolo

Chairmen: Vito Armando Laudicina e Lucrezia Lamastra 9.30-10.15

Keynote lecture Stefano Mocali, CREA Roma

10.30 -12.30

Selected speakers

10.30 – 10.50

Laura Giagnoni, Silvia Baronti, Anita Maienza, Giancarlo Renella, Tania Martellini, Alessandra Cincinelli, Francesco Primo Vaccari Università degli studi di Firenze Vincenza Cozzolino, Hiarhi Monda, Kornelia Smalla, Alessandro Piccolo Università degli studi di Napoli Federico II

10.50 – 11.10

11.10 – 11.30

11.30 – 11.50

11.50 – 12.10

12.10 – 12.30

La biodiversità nativa del suolo nel contest della produttività e sostenibilità in agricoltura L’effetto sulla fertilità e sulle proprietà chimiche del suolo in risposta al trattamento con biochar in agricoltura: casi di studio in aziende vitivinicole.

L’azione sinergica di batteri solubilizzatori dei fosfati, acidi umici e funghi micorrizici arbuscolari induce cambiamenti nel microbioma del suolo e migliora l’assorbimento di nutrienti in Zea mays Laura Maretto, Claudia Improving automated DNA Chiodi, Diego Pizzeghello, extraction from soil for Next Serenella Nardi, Giancarlo Generation Sequencing Renella, Paolo Manfredi, applications Massimo Cagnin, Giuseppe Concheri, Andrea Squartini, Piergiorgio Stevanato Università degli studi di Padova Ida Rascio, Maddalena Studio degli effetti del fuoco sulle Curci, Concetta Eliana comunità microbiche di un suolo Gattullo, Anna Lavecchia agrario contaminato da cromo Mohammad Yaghoubi Khanghahi, Roberto Terzano, Carmine Crecchio Università degli studi di Bari Aldo Moro Beatrice Giannetta, Redox-driven changes in the Ramona Balint, Maria distribution of Fe minerals Martin, Luisella Celi, between aggregate-size classes in Daniel Said-Pullicino the topsoil and subsoil of paddy Università degli studi di soils Torino M. Signorini, L. Borruso, Effetto della pratica agricola sulla K. Randall, A.J. Dumbrell, diversità batterica e fungina di un Y. Pii, T. Mimmo, S. Cesco suolo investito a vigneto.

Libera Università di Bolzano

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Sessione pianta

Chairmen: Maria Teresa Ceccherini e Luigi Lucini 14.30-15.15

Keynote lecture Luigi Cattivelli, CREA-GPG Fiorenzuola

15.30-17.30

Selected speakers

15.30 – 15.50

Luana De Rimini, Nicola Maria Casile, Rosa Vescio, Enrica Alicandri, Agostino Sorgonà, Stefano Covino, Anna Rita Paolacci, Mario Ciaffi, Maurizio Badiani Università Mediterranea di Reggio Calabria Sara Buoso, Mustapha Arkoun, Jean-Claude Yvin, Daniel Said-Pullicino, Nicola Tomasi, Roberto Pinton, Laura Zanin Università degli studi di Udine Raphael Tiziani, Markus Puschenreiter, Erik Smolders, Tanja Mimmo, José Carlos Herrera, Stefano Cesco and Jakob Santner Libera Università di Bolzano Marco Santin, Antonella Castagna, Alessia Mannucci, Lucrezia Pomarè, Annamaria Ranieri Università degli studi di Pisa Michele Pesenti, Viviana Cavallaro, Alessandro Abruzzese, Giorgio Lucchini, Silvia Morgutti, Noemi Negrini, Gian Attilio Sacchi Università degli studi di Milano Adriano Sofo, Fabrizio Araniti, Luigi Lucini Università della Basilicata

15.50 – 16.10

16.10 – 16.30

16.30 – 16.50

16.50 – 17.10

17.10 -17.30

Approcci di genomica per la comprensione dell’interazione pianta-ambiente e della risposta agli stress Misure di funzionalità ecosistemica nell’ambito del progetto “ALForLab”: analisi degli antiossidanti fogliari

Effects of ammonium to urea ratio on N nutrition in maize plants

Quantificazione in-situ del rilascio di citrato da piante di lupino bianco

Development and optimization of halophyte-based farming systems in salt-affected Mediterranean soils

Phenological, biochemical and physiological response to salt stress of rice (Oryza sativa L.) japonica putative salt-tolerant Introgressed Lines in hydroponic culture

The metabolome of olive xylem sap can reflect plant physiological status in response to differential agricultural practices

08-set-20 Sessione ambiente

Chairmen: Fulvia Tambone e Nicoleta Alina Suciu 9.30-10.15

Keynote lecture

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Alessandro Piccolo, Università degli studi di Napoli Federico II 10.30 -12.30

Selected speakers

10.30 – 10.50

Biancamaria Senizza, Luigi Lucini and Marco Trevisan Università Cattolica del Sacro Cuore

10.50 – 11.10

Giuseppe Di Rauso Simeone, Emmanuel Salifu, Gianfranco Urciuoli, Grainne El Mountassir, Giacomo Russo, Maria A. Rao Università degli studi di Napoli Federico II Luca Foti, Filomena Lelario, Hazem Elshafie, Sabino Aurelio Bufo, Laura Scrano Università della Basilicata Matteo Garau, Giovanni Garau, Stefania Diquattro, Maria Vittoria Pinna, Paola Castaldi Università degli studi di Sassari Marco Grigatti, Paola Gioacchini, Luciano Cavani, Claudio Ciavatta Università degli studi di Bologna Alma Mater M. Zilio, A. Pigoli, B. Rizzi, F. Tambone, & F. Adani Università degli studi di Milano

11.10 – 11.30

11.30 – 11.50

11.50 – 12.10

12.10 – 12.30

Tecnologie di sequestro del carbonio nella sostanza organica del suolo

The effect geographical origin on phytochemical profile and authenticity of Taggiasca ExtraVirgin Olive Oil: a metabolomics approach Biostabilizzazione di matrici sabbiose ad opera del micelio di Pleurotus ostreatus

La fitotossicità dei prodotti intermedi di degradazione fotocatalitica: caso del Levofloxacin Grass and legume species and municipal wastes as bioresources for the assisted phytostabilization of PTE-contaminated soils

Abbondanza naturale di 15N e 13C nella valutazione dell’uso dell’azoto e della conservazione del carbonio da compost nel suolo Ammonia and odour emissions following the use of digestates in agriculture

Comitato Organizzatore: Marco Trevisan Stefano Cesco Ettore Capri Luigi Lucini Gian Maria Beone Claudio Baffi Marina Gatti Lucrezia Lamastra Nicoleta Alina Suciu

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Sessione Suolo Chair: Prof. Vito Armando Laudicina Co-Chair: Dr. Lamastra Lucrezia

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Exploiting the Native Soil Biodiversity to Promote Crop Productivity and Sustainability Stefano Mocali - Keynote Speaker Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria – Centro di ricerca Agricoltura e Ambiente (CREA-AA), Firenze

Soil biodiversity play a key role in sustainable agriculture. Many ecosystems worldwide face exposure to intensified human use, which has resulted in loss of biodiversity, altered functioning and altered provisioning of ecosystem services. The abandonment of agricultural lands represents one of the most widely used restoration strategies implemented at a global scale, with the potential to promote biodiversity, and associated ecosystem services.

However, the restoration of natural ecosystem functioning and soil properties is known to be a long-term process, dependent upon the time it takes to restore connections between different components of the community. Thus, the use of microbial inocula to enhance the native soil biodiversity and functioning represents an intriguing strategy to promote a sustainable agriculture intensification.

The project H2020 EXCALIBUR “Exploiting the multifunctional potential of belowground biodiversity in horticultural farming” will be briefly presented. It plans to deepen the knowledge on soil biodiversity dynamics and its synergistic effects with prebiotic and probiotic approaches in horticulture, using a multi-actor approach. To pursue this aim, new multifunctional soil microbial inoculants (bio-inocula) and bio-effectors will be tested on three model crops of economic importance (es. tomato, apple, strawberry) under different experimental and open-field conditions across Europe, and the feed-feedback effect of/on native biodiversity monitored. In order to go beyond the multitude of studies on the links between soil biodiversity and plant health, Excalibur will develop a comprehensive strategy of soil management improving the effectiveness of biocontrol and biofertilization practices in agriculture.

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L’azione sinergica di batteri solubilizzatori dei fosfati, acidi umici e funghi micorrizici arbuscolari induce cambiamenti nel microbioma del suolo e migliora l’assorbimento di nutrienti in Zea mays Vincenza Cozzolino1, Hiarhi Monda1, Kornelia Smalla2, Alessandro Piccolo1 1

Centro Interdipartimentale di Ricerca CERMANU, Università di Napoli Federico II, Via Università 100, 80055 Portici, Napoli, Italy 2 Institute for Epidemiology and Pathogen Diagnostics, Julius Kühn-Institut, Federal Research Centre for Cultivated Plants (JKI), Messweg 11-12, 38104 Braunschweig, Germany

Promuovere una gestione degli agroecosistemi che favorisca la presenza di microrganismi del suolo benefici rappresenta un approccio alternativo alle concimazioni convenzionali e utile per ottimizzare la sostenibilità delle produzioni agrarie. Sebbene l’applicazione di singoli bio-effettori in numerosi casi abbia prodotto risultati abbastanza promettenti, ulteriori benefici possono derivare dall’azione combinata di molecole naturali bioattive e di diversi ceppi di microrganismi benefici del suolo.

Nel presente studio, in un esperimento in vaso, abbiamo testato se l’inoculazione con due batteri solubilizzatori del fosforo (P) disponibili in commercio, Pseudomonas spp (B2) e Bacillus amyloliquefaciens (B3), singolarmente o in combinazione con acidi umici estratti da compost verde e/o un inoculo commerciale (M) di funghi micorrizici arbuscolari (FMA), possa influenzare la crescita e l’assorbimento di nutrienti in piante di mais e la composizione delle comunità microbiche.

In tutti i trattamenti inoculati la biomassa prodotta, l’assorbimento di N e P, e la colonizzazione micorrizica radicale sono risultati maggiori in confronto alle piante non inoculate (controllo). Tuttavia, i valori più elevati di P nelle foglie sono stati rilevati nella combinazione Bacillus amyloliquefaciens-acidi umici-inoculo micorrizico (B3HAM) e Pseudomonas-acidi umici (B2HA).

Per accertare possibili cambiamenti nella composizione delle comunità microbiche nei diversi trattamenti, abbiamo utilizzato due approcci sperimentali: l’analisi degli acidi grassi dei fosfolipidi (PLFA) e l'elettroforesi su gel in gradiente denaturante (DGGE).

Il profilo della comunità microbica ottenuto tramite PLFA ha mostrato un cambiamento nella composizione delle comunità microbiche in ogni trattamento rispetto al controllo. I rapporti dei marker specifici FMA/funghi saprofiti, batteri Gram+/Gram- e batteri/funghi hanno evidenziato i valori maggiori in tutti i trattamenti inoculati. In particolare, il trattamento B3HAM ha rivelato valori maggiori per il marker PLFA specifico dei FMA (C16:1ω5) e del rapporto FMA/funghi saprofiti. Il test di permutazione ottenuto con i dati dell’analisi DGGE ha confermato un trend simile, mostrando la variazione più significativa nella struttura della comunità batterica e fungina nei trattamenti in cui i due ceppi batterici B2 e B3 sono stati combinati ad HA e M, in particolare in B3HAM. Quindi, i dati ottenuti indicano che il contenuto di P nella pianta è incrementato nelle piante inoculate, in particolare in combinazione con gli acidi umici e l’inoculo micorrizico, per i cambiamenti indotti nella composizione della comunità microbica. I nostri dati suggeriscono che pratiche agricole innovative ed appropriate, in grado di esaltare il contributo dei FMA ai servizi agroecosistemici, possono determinare un miglioramento delle rese e dell’assorbimento di P.

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L’effetto sulla fertilità e sulle proprietà chimiche del suolo in risposta al trattamento con biochar in agricoltura: casi studio in aziende vitivinicole.

Laura Giagnoni1, Silvia Baronti2, Anita Maienza,2 Giancarlo Renella,3 Tania Martellini,4 Alessandra Cincinelli,4 Francesco Primo Vaccari2 1

Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agrarie, Alimentari, Ambientali e Forestali (DAGRI), Università degli Studi di Firenze, Firenze, Italia 2 Istituto per la Bioeconomica, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Firenze, Italia 3 Dipartimento di Agronomia, Animali, Alimenti, Risorse naturali e Ambiente (DAFNAE), Università degli Studi di Padova, Padova, Italia 4 Dipartimento di Chimica Ugo Schiff, Università degli Studi di Firenze, Firenze, Italia

L’utilizzo del biochar come ammendante in agricoltura ha visto un deciso incremento negli ultimi anni e i benefici di questa pratica in termini di miglioramento della qualità del suolo e ottimizzazione della risorsa idrica sono ben note.

Inoltre, l’applicazione del biochar ai suoli permette non solo di aumentare la fertilità del terreno, ma consente il sequestro di carbonio nei suoli, contribuendo alla mitigazione dei cambiamenti climatici. In particolare, è stato stimato un tempo medio di residenza del biochar nel suolo in circa 1,000 anni, perciò il trattamento con tale ammendante può essere considerato irreversibile. Per questo un’attenta valutazione dell’effetto del trattamento anche nel lungo periodo, attraverso il monitoraggio di esperimenti di campo, risulta necessaria. I risultati riportati in letteratura mostrano gli effetti sul suolo dopo circa 1 anno dal trattamento, quindi non sufficienti per avere una effettiva valutazione dell’effetto di lungo periodo del biochar nel suolo.

Le pratiche agronomiche convenzionali possono determinare una degradazione del suolo con perdite di sostanza organica, compattazione, riduzione dell’infiltrazione di acqua, e accumulo di contaminanti (organici e inorganici), ed i suoli di vigneto sono considerati tra i più degradati e stressati.

Abbiamo studiato l’effetto sulle proprietà chimiche e biologiche del suolo dopo trattamento con biochar in aziende vitivinicole sia in esperimenti di campo di lungo periodo sia dopo circa 1-2 anni dal trattamento, utilizzando dosi diverse di biochar.

In particolare, sono state analizzate la funzionalità, i parametri chimici, la struttura e la composizione delle comunità microbiche presenti e la fertilità del suolo.

I risultati mostrano che il biochar ha un effetto positivo sui parametri valutati in particolare sulle funzioni del suolo e sulla fertilità. L’effetto benefico si esprime sia nel breve che nel lungo periodo dopo il trattamento.

Abbiamo osservato un effetto positivo sui parametri chimici e biologici del suolo, mentre non sono emersi effetti sulle concentrazioni di PAHs o ecotossicità.

In relazione a questi risultati, il biochar usato come fertilizzante in viticoltura, ha mostrato la sua efficacia nel miglioramento della qualità del suolo anche in esperimenti di campo di lungo periodo.

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Redox-driven changes in the distribution of Fe minerals between aggregate-size classes in the topsoil and subsoil of paddy soils Beatrice Giannetta1, Ramona Balint1, Maria Martin1, Luisella Celi1, Daniel Said-Pullicino1 1

Dipartimento di Scienze Agrarie, Forestali e Alimentari, Università degli Studi di Torino, Grugliasco, Italia

Paddy soils experience long-term redox alternations affecting the interactions between the biogeochemical cycling of iron (Fe) and carbon (C). Although the higher soil organic matter (SOM) accumulation rates in paddy topsoils with respect to non-paddy soils is generally assumed to be due to limited mineralization under anoxic soil conditions resulting from frequent field flooding, there is growing evidence questioning this assumption. Moreover, differences in particle aggregation and SOM turnover are likely to both affect and be affected by the trajectory of Fe mineral evolution/crystallinity with redox fluctuations. We hypothesized that redox cycling in paddy soils will affect the particle aggregation, the distribution and mineralogy Fe (hydr)oxides between aggregate size fractions, and consequently the mechanisms of SOM stabilization. In particular, we expect finer aggregate and particle size classes to have a higher proportion of short-range ordered (SRO) Fe oxides with respect to larger aggregates under paddy management, with respect to non-paddy management.

We tested these hypotheses by evaluating mineralogical changes, and the distribution of Fe species and organic C between different aggregate and particle-size fractions in topsoil (eluvial) and subsoil (illuvial) horizons of soils under long-term paddy (P) horizons (Arp1, Arp2, Arpd, Brd1, Brd2) and non-paddy (NP) horizons (Ap1, Ap2, Bgw) in NW Italy. Soil aggregates (microaggregates: <200 μm, free silt: (53-2 μm), free clay: <2 μm, and, after sonication, fine sand, silt and clay within microaggregates) have been obtained from bulk soils using an aggregate and particle size physical fractionation method. After fractionation, Fe phases were evaluated by selective dissolution procedures, X-ray diffraction (XRD) and Fe K-edge extended X-ray fine structure (Fe EXAFS) spectroscopy (Elettra XAFS beamline).

Our results indicate: (1) a depletion in the contents of ferrihydrite in the P topsoil horizons with respect to NP, through redox cycling favoured an increase in ferrihydrite in the subsoil; (2) aggregation was responsible of the formation of more crystalline Fe forms only in the clay fraction within microaggregates of the P topsoil, and that in the clay fraction in the Brd2 subsoil horizon magnetite was observed. In the NP soil the illuvial horizons were not characterized by a significant increase in ferrihydrite. Our hypothesis that finer aggregate and particle size classes have a higher proportion of SRO Fe oxides with respect to larger aggregates under P management, with respect to NP management was confirmed; (3) more organic C was associated with the fine fraction in P with respect to NP suggesting that redox cycling enhances the chemical stabilization of mineral-associated OM. These findings focused on localized Fe dynamics and biogeochemical coupling with SOM, suggesting that redox-driven changes in aggregate-size classes distribution were also linked to the differences in organic C and Fe stocks in these two agro-ecosystems.

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IMPROVING AUTOMATED DNA EXTRACTION FROM SOIL FOR Next Generation Sequencing APPLICATIONS Laura Maretto1, Claudia Chiodi1, Diego Pizzeghello1, Serenella Nardi1, Giancarlo Renella1, Paolo Manfredi2, Massimo Cagnin1, Giuseppe Concheri1, Andrea Squartini1, Piergiorgio Stevanato1 1

Dipartimento di Agronomia, Animali, Alimenti, Risorse naturali e Ambiente - DAFNAE, UniversitĂ degli Studi di Padova, Padova 2 MCM Ecosistemi, Gariga di Podenzano, Piacenza

Whole soil DNA extraction followed by Next-Generation Sequencing (NGS) is the best available technology for the analysis of the soil microbiome. Nevertheless, the characterization of the soil complex microbial assemblages requires careful experimental design and a priori selection of the most suitable DNA extraction and purification method.

The DNA extraction from soil is challenging due to its reaction with the soil inorganic and organic solid phases after cell lysis, whereas the amplification step is potentially hampered by low quality of template DNA and presence of PCR inhibitors. Owing to the broad differences in soil properties, after more than 25 y of studies, there is not an optimal DNA extraction protocol for all soils and all purposes. These peculiar features often limit the potentials of the microbiome analysis either by PCR-metagenetic or metagenomic studies. The objective of this study was to compare different soil DNA extraction methods with the purpose of optimizing NGS, in particular of 16S and Internal Transcribed Spacers (ITS) amplicons were sequenced for evaluating soil bacterial and fungal communities, respectively. In particular, we evaluated mechanical, chemical and enzymatic pre-treatments to enhance DNA yield. Quality and quantity of the extracted DNA were determined by high-sensitivity DNA electrophoresis and fluorimetry, respectively. As case study, we analyzed samples from agricultural soils and polluted and remediated soils covering a broad range of soil physico-chemical properties. The suitability of extracted DNA for downstream molecular analyses was further verified using Ion S5 semiconductor sequencing and real-time PCR targeting the archaeal and bacterial genes coding for enzymes involved in the N cycle.

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Studio degli effetti del fuoco sulle comunità microbiche di un suolo agrario contaminato da cromo Ida Rascio1, Maddalena Curci1, Concetta Eliana Gattullo1, Anna Lavecchia2 Mohammad Yaghoubi Khanghahi1, Roberto Terzano1, Carmine Crecchio1 1

Dipartimento di Scienze del Suolo, della Pianta e degli Alimenti (Di.S.S.P.A), Università degli Studi di Bari “A. Moro”, Bari, 70126, Italy 2 CNR-IBIOM Institute of Biomembranes, Bioenergetics and Molecular Biotechnologies, Via Giovanni Amendola, 122/0, Bari, 70126, Italy

Gli incendi, di natura accidentale o dolosa, possono influenzare profondamente le proprietà fisiche, chimiche e biologiche di un suolo, sia in maniera diretta che indiretta.

La pratica agronomica della bruciatura delle stoppie, largamente diffusa in diverse parti del mondo, potrebbe costituire un rischio se effettuata su suoli ricchi di sostanza organica e interessati da una severa contaminazione da cromo (Cr).

Le alte temperature che si sviluppano durante un incendio, possono causare una diminuzione della permeabilità e della porosità del suolo, un incremento dei valori di pH e C.E., alterazioni mineralogiche, oltre ad una diminuzione e trasformazione della sostanza organica e alterazione dei cicli biogeochimici dei nutrienti. Tali alterazioni potrebbero inoltre modificare la distribuzione e speciazione di elementi potenzialmente tossici, specialmente in suoli contaminati. Questo rischio è particolarmente elevato per elementi come il Cr che, al variare delle condizioni red-ox e della disponibilità di sostanza organica, possono modificare il proprio stato di ossidazione formando specie estremamente mobili e tossiche, come il cromo esavalente, Cr(VI). Tale cambiamento di speciazione può costituire un pericolo sia per le specie vegetali di interesse agronomico che per gli stessi microrganismi del suolo.

Nell’ambito della presente attività di ricerca, sono state eseguite delle prove di inoculo di comunità microbiche, precedentemente estratte da un campione di suolo agrario coltivato a grano e caratterizzato dalla presenza di elevate concentrazioni di sostanza organica e di Cr, su aliquote del medesimo suolo trattato termicamente a 500°C. Ciascuna aliquota di suolo è stata quindi incubata per 3, 7 e 14 giorni a 23°C. Al termine dell’incubazione, è stato estratto il DNA batterico totale (i) dai campioni trattati termicamente e incubati per diversi tempi e (ii) dal suolo non trattato (controllo). Il DNA estratto è stato utilizzato per amplificare la regione V3-16S rDNA e sequenziato mediante strategia PE reads 2x300 su piattaforma Illumina MiSeq. I file fastq ottenuti sono stati processati mediante il programma MG-RAST e confrontati con banche dati, al fine di ottenere il profiling tassonomico fino al livello di genere. L’analisi tassonomica ha rivelato notevoli differenze tra le comunità batteriche estratte dal suolo trattato termicamente precedentemente re-inoculato e le comunità originariamente presenti nel suolo “controllo”. Tali differenze sono ben visibili già a livello di phylum e si proiettano anche nei livelli tassonomici inferiori (classe, ordine e genere). I principali phyla identificati sono: Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Planctomycetes e Proteobacteria. In particolare, i Firmicutes aumentano da 3 a 5 volte nei campioni di suolo trattati termicamente e sottoposti ad inoculo per 3, 7 e 14 giorni, rispetto al controllo. L’analisi SIMPER (SIMilarly PERcentage) ha permesso di valutare il contributo % dei generi maggiormente responsabili delle differenze tra campioni. I generi individuati sono stati sottoposti alla Canonical Correspondence Analysis (CCA) per mettere in relazione la comunità batterica con i parametri chimico-fisici dei suoli e le forme di Cr presenti.

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Differenti sistemi di coltivazione a lungo termine cambiano la composizione molecolare della sostanza organica del suolo e della sua frazione umica estraibile Claudia Savaresea, Marios Drososc, Riccardo Spaccinia,b, Alessandro Piccoloa,b b

Department of Agricultural Sciences, Università di Napoli Federico II, Via Università 100, 80055 Portici, Italy b Interdepartmental Research Centre of Nuclear Magnetic Resonance for the Environment, Agri-Food and New Materials (CERMANU)-University of Naples Federico II, Via Università 100, 80055 Portici, Italy c Institute of Resource, Ecosystem and Environment of Agriculture (IREEA), Nanjing Agricultural University, 1 Weigang Road, 210095, Nanjing, China

La sostanza organica del suolo (SOM) gioca un ruolo cruciale negli ecosistemi, in quanto regola il ciclo globale di elementi essenziali, lo sviluppo di piante e microrganismi, la fertilità e la stabilizzazione della struttura del suolo. Recenti studi hanno dimostrato come la struttura molecolare della SOM venga fortemente influenzata dalla pratiche di coltivazione e di lavorazione utilizzate. L’obbiettivo di questo studio è dunque quello di comprendere le dinamiche molecolari della sostanza organica in suoli sottoposti ad esperimenti di campo a lungo termine (20 anni) con diversi sitemi colturali: i) nessuna coltivazione, nessuna lavorazione (Controllo); ii) mono-coltivazione di mais con lavorazione tradizionale; iii) rotazione mais-favino con lavorazione tradizionale. Tecniche di spettroscopia NMR 13C e termochemolisi in presenza di TMAH-GC/MS sono state utilizzate per ottenere una dettagliata caratterizzazione molecolare della sostanza organica dei tre suoli e delle rispettive frazioni umiche estratte. La mono-coltivazione del mais a lungo termine ha determinato un’alterazione della componente idrofobica della SOM, riducendo il contenuto di composti alchilici ed alifatici (circa il 47.4 % di acidi grassi in meno rispetto al Controllo), ed aumentado quello di componenti idrofiliche labili (42.2 %). Il suolo sottoposto a rotazione mais-favino, invece, ha mostrato una parziale preservazione della componente stabile della SOM, mantenendo alto il contenuto di costituenti idrofobici e lipidici (riduzione di solo 1.8 % di acidi grassi rispetto al Controllo). I risultati ottenuti suggeriscono che differenti sistemi di coltivazione modificano le dinamiche molecolari della sostanza organica, principalmente tramite l’alterazione della componente idrofobica della stessa. In particolare, l’introduzione di una leguminosa in rotazione colturale con il mais sembra essere una strategia vantaggiosa per ridurre la degradazione della sostanza organica di un suolo e le perdite di carbonio organico.

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Effetto della pratica agricola sulla diversità batterica e fungina di un suolo investito a vigneto.

M. Signorini1*, L. Borruso1, K. Randall2, A.J. Dumbrell2, Y. Pii1, T. Mimmo1, S. Cesco1 1 2

Free University of Bolzano, Faculty of Science and Technology, Bolzano, Italy Universuty of Essex, School of life sciences, Colchester, United Kingdom * Correspondence: marco.signorini@natec.unibz.it

I suoli dei vigneti si caratterizzano molto spesso per l’elevato contenuto di metalli in parte ascrivibile al massiccio ricorso all’applicazione di fitofarmaci a base rameica e/o di altri metalli nei piani di difesa della coltura. Tali valori non sono sempre correlati all’entità della frazione biodisponibile dei metalli nel suolo che invece dipende strettamente dalle caratteristiche edafiche, sia chimiche che biologiche. Inoltre, per il diverso impatto spaziale delle pratiche agricole collegate con la coltivazione di una specie perenne quale la vite, si ha ragione di credere che i contenuti di metalli in un vigneto siano eterogenei, variando da fila e interfila alla capezzagna, zona quest’ultima meno direttamente esposta alle applicazioni o agli effetti di deriva. Sulla base di queste premesse, con il presente studio ci si è prefissi l’obiettivo di valutare la biodiversità batterica e fungina in un suolo investito a vigneto da circa 30 anni, considerando anche l’impatto degli eventuali gradienti di concentrazione di metalli sull’appezzamento. A tale scopo sono stati raccolti campioni di suolo rappresentativi di fila, interfila e capezzagna dell’appezzamento considerato. I campioni di suolo sono stati caratterizzati chimicamente e, successivamente, mediante metabarcoding del gene 16SrRNA (per i batteri) e della regione ITS (per i funghi), è stata valutata la biodiversità microbica.

Le analisi chimiche confermano la differenza nella composizione chimica tra i campioni di suolo della capezzagna e della fila/inter-fila. Questa eterogeneità chimica, inoltre, sembra promuovere una differenziazione della composizione delle comunità microbiche.

In particolare, alcuni metalli (in particolare rame, piombo e cadmio), carbonio organico e azoto sembrano essere i parametri che maggiormente determinano la composizione della comunità fungina e batterica (beta diversità), nonostante batteri e funghi risultino diversamente influenzati dai metalli pesanti considerati. Differentemente, le medie della diversità microbica nei diversi campioni (alfa diversità) rimane stabile evidenziando come la biodiversità batterica e fungina non vari tra i campioni stessi (i.e. capezzagna vs file ed interfile). Questi risultati sottolineano ancora una volta come le pratiche agricole di lungo periodo quali quelle di difesa siano determinanti nell’influenzare chimicamente il suolo prossimo alla pianta. A questo proposito e’ interessante notare come queste modifiche si riflettano poi nella composizione microbica del suolo senza influenzarne il livello di biodiversità. Tali risultati sottolineano quindi quanto strategico sia il monitoraggio della stabilità microbica di un sistema agronomico sottoposto a specifiche pratiche agricole quale quello viticolo per una migliore comprensione del livello di fertilità del suo suolo in una visione di lungo periodo.

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Effetti dei volatili emessi dai microrganismi del suolo sul contenuto di nutrienti in piante di mais Cristiana Ariotti1, Lara Martìn-Sanchez2, Paolina Garbeva2 & Gianpiero Vigani1,2 1 2

Dipartimento Scienze della Vita e Biologia dei Sistemi, Università degli Studi di Torino Department of Microbial Ecology, The Netherlands Institute of Ecology (NIOO-KNAW)

Il suolo è caratterizzato da un’estrema variabilità e complessità di condizioni ambientali, che consentono di ospitare un numero molto elevato di organismi viventi che spaziano da piante a microorganismi quali batteri e funghi. Tra queste specie vi è il fungo Fusarium culmorum, uno dei più importanti patogeni delle piante e responsabile di forti perdite di raccolto, in particolare di cereali, come il mais.

In accordo con quanto riportato da Schmidt et al. (2017), i composti volatili prodotti da F. culmorum nel suolo inducono la produzione del metabolita secondario (anche esso volatile) Sodorifen da parte del batterio S. plymuthica PRI-2C. I composti volatili, in inglese volatile organic compunds da cui l’acronimo VOCs, sono molecole a basso peso molecolare in grado di diffondere facilmente nel suolo e permettere quindi la comunicazione tra organismi che non sono a diretto contatto tra di loro siano essi funghi, batteri, piante o altri organismi.

Lo scopo del lavoro è stato quello di testare gli effetti dei volatili prodotti da Fusarium culmorum e da Serratia plymuthica sulle piante di mais. Le piante sono state esposte ai volatili dei microorganismi grazie a un sistema chiamato “pot in jar” descritto da Thair et al.

(2017) a cui sono state apportate delle modifiche. Le plantule di mais sono state trasferite in vasetti di plastica (contenenti il suolo) fissati a dei vasetti di vetro come mostrato in figura. Alla base dei vasetti sono state inserite due capsule di Petri secondo i seguenti trattamenti: (C) controllo: Petri non inoculate (solo mezzo di coltura) (Sp) Serratia plymuthica: una Petri inoculata con il batterio e l’altra solo mezzo di coltura (Fc) Fusarium culmorum: una Petri inoculata con il fungo e l’altra solo mezzo di coltura (Sp+Fc) Serratia plymuthica + Fusarium culmorum: entrambe le Petri inoculate Dopo due settimane di esposizione ai volatili, le piante sono state campionate e i volatili presenti nel suolo sono stati caratterizzati tramite GC/MS. Le piante esposte ai volatili microbici hanno mostrato delle variazioni nel contenuto di nutrienti rispetto al controllo, in particolare nello shoot. In generale, il contenuto di nutrienti come Na, K, Fe, Zn e Mo è stato alterato rispetto alle piante controllo, indicando che i differenti blends di volatili nel suolo hanno avuto un impatto sullo stato nutritivo della pianta. Alcune differenze sono state individuate anche infettando le piante con il fungo Fusarium culmorum.

Questo studio ha messo in luce aspetti ancora poco studiati riguardanti gli effetti dei VOCs sulle piante: i volatili emessi dai microrganismi del suolo come batteri e funghi possono influenzare il contenuto di nutrienti della pianta anche senza un diretto contatto con essa.

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Sessione Pianta Chair: Prof. Maria Teresa Ceccherini Co-Chair: Prof. Luigi Lucini

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Allele mining for genes controlling the adaptation of barley to environment Luigi Cattivelli CREA Centro di ricerca genomica e bioinformatica, Fiorenzuola dâ&#x20AC;&#x2122;Arda

The EU-funded WHEALBI project is taking a multidisciplinary approach to identify, understand and utilise the genetic diversity available in wheat and barley cultivars, landraces and wild relatives. This is strategic to meet the challenge of increasing crop yields while reducing environmental impact. Here we focus on a carefully selected set of 400 barley accessions from extensive ex situ collections which cover the geographical and agroecological adaptive range of barley. Agronomic and life history traits, collected from multienvironment common gardens experiments across Europe, provide a unique dataset to decipher the genetic basis of adaptation to environmental conditions. A comprehensive molecular variant analysis by exome sequencing identified 1.75 million SNPs that have been used to investigate allelic variation at candidate genes driving phenotypic differences for heading date, plant height, etc. We applied these resources to dissect the main loci controlling vernalization and frost tolerance in barley, the analysis has discovered new alleles and copy number variants that shed light on the genomic organization of key genes controlling the adaptation to different environments. This work provides valuable information to identify novel â&#x20AC;&#x2DC;adaptedâ&#x20AC;&#x2122; alleles for future breeding under a changing climate.

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Effect of mycorrhization and fertilization management on organic potato grown under highly calcareous soils assessed by RT-PCR Cristina Abbate, Sara Lombardo, Gaetano Pandino, Stefania Fontanazza, Aurelio Scavo, Giovanni Mauromicale Department of Agriculture, Food and Environment (Di3A), University of Catania, Italy

In the coastal agricultural areas of the Mediterranean basin, the early crop potato is commonly cultivated under calcareous soils, so containing a high concentration of calcium carbonate (CaCO3) and HCO3â&#x2C6;&#x2019;in soil solution, and a reaction included in neutralâ&#x20AC;&#x2019;alkaline range. A reasonable agronomic measure for enhancing early potato organic production is represented by an adequate nutrient management and an improvement of fertilization use efficiency.

Particularly, this may be achievable by applying arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), obligate symbionts of the vast majority of land plants. The AMF application may play a key role under organic farming, since plants may particularly benefit by mycorrhizal symbiosis through a better uptake of mineralized soil nutrients present at low concentrations. However, to our knowledge, few literature data are available concerning the influence of AMF on potato crop performances in a large-scale production system under organic farming. Nevertheless, the role of AMF on organic early potato grown in highly calcareous soils is still unknown. The aim of this research was: 1) to evaluate the influence of AMF application on the yield performances and plant physiology profile of three early potato genotypes organically grown in open-field conditions; 2) to investigate whether it is possible by using AMF inoculants to halve the organic fertilization rate; 3) to verify the exploitation of the inherent advantages of the quantitative real-time PCR (qRTPCR) technique in the detection and quantification of AMF Glomus spp. and Gigaspora spp. in soil.

For RT-PCR, two sets of fungal 28S rDNA primers were used to amplify Glomus spp. and Gigaspora spp. A replicated-space experiment (3 environment) was carried out to investigate the role of mycorrhizal-based inoculants combined with full or halved fertilizer doses in highly calcareous and alkaline soils. The results demonstrated that AMF inoculation is an useful tool for enhancing organic early potato yield and physiological traits in highly calcareous and alkaline soils. These results are particularly noticeable by providing halved fertilization doses to the potato crop.

Despite the detrimental soil conditions, the qRT-PCR highlighted that AMF colonized all the experimental soils, showing good tolerance to high active limestone and pH.

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Misure di funzionalità ecosistemica nell’ambito del progetto “ALForLab”: analisi degli antiossidanti fogliari Luana De Rimini1, Nicola Maria Casile1, Rosa Vescio1, Enrica Alicandri1, Agostino Sorgonà1, Stefano Covino2, Anna Rita Paolacci2, Mario Ciaffi2, Maurizio Badiani1 1 2

Dipartimento di Agraria, Università Mediterranea di Reggio Calabria, Italia DIBAF, Università della Tuscia, Viterbo, Italia

Il ruolo degli ecosistemi forestali nella salvaguardia ambientale e nello sviluppo economico sostenibile è unanimemente riconosciuto sia a livello nazionale che internazionale. Il Progetto ALForLab, “Laboratorio Pubblico-privato per l’applicazione di tecnologie innovative ad elevata sostenibilità ambientale nella filiera foresta-legno-energia” (PON 2007-2013), si è proposto di sviluppare ed integrare tecnologie innovative per migliorare la mobilizzazione e l’utilizzazione delle risorse delle foreste Calabresi, come anche di monitorare e preservare i servizi ecosistemici che esse forniscono.

Nell’ambito di ALForLab ci si è proposti di condurre misure di “verità a terra” di funzionalità ecosistemica mediante campionamento ed analisi di materiale vegetale proveniente dalle 4 Aree Test forestali (AT) previste dal Progetto – ciascuna delle quali assunta come rappresentativa di una delle 4 specie di interesse, cioè pino laricio [Pinus nigra Arn. ssp laricio (Poir.) Maire], AT-Sila; abete bianco (Abies alba Mill.), AT- Serre; castagno (Castanea sativa Mill.), AT-Catena Costiera; faggio (Fagus sylvatica L.), AT-Pollino - da confrontare con i dati ottenuti dalle attività di telerilevamento.

Per ciascuna specie, ed in ciascuna AT, è stato selezionato un subplot costituito da 5 individui adulti, sui quali sono state condotte due campagne di misura su materiale fogliare, aventi per oggetto: a) l’analisi elementare; b) l’analisi quali-quantitativa dei terpenoidi e dei corrispondenti geni biosintetici; c) il contenuto estraibile di metaboliti ed enzimi antiossidanti (pool del glutatione, pool dell’ascorbato, catalasi, guaiacolo perossidasi e superossido dismutasi), oggetto del presente contributo.

I risultati ottenuti dall’analisi dello stato antiossidante fogliare indicano elevata variabilità tra gli individui, pur appartenenti a popolamenti geneticamente omogenei, e forti differenze speciespecifiche nello stato antiossidante fogliare, pur in presenza di comportamenti ricorrenti che differenziano le conifere dalle specie decidue Sovrapponendosi ed interagendo in maniera complessa con lo stato nutrizionale della vegetazione, le variazioni inter-stagionali ed interannuali osservate potrebbero riflettere sia l’influenza di stress ambientale naturale e ricorrente in ambiente mediterraneo (deficit idrico, elevata irradianza, elevate temperature), sia l’effetto di perturbazioni di origine antropica diretta o indiretta, quali inquinamento da ossidanti fotochimici aerodispersi e/o da metalli pesanti, frequenza ed incidenza degli incendi boschivi.

Pertanto, gli antiossidanti fogliari potrebbero essere considerati utili marker e predittori dello stato di salute e strumenti d’aiuto nell’interpretare l'effetto dell'ambiente sulle prestazioni biologiche dei popolamenti forestali e sui servizi ecosistemici attesi.

Il presente contributo afferisce al Progetto "ALForLab" (PON03PE_00024_1) cofinanziato dal Programma Operativo Nazionale Ricerca e Competitivita' (PON R&C) 2007-2013, attraverso il Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (FESR) e risorse nazionali (Fondo di Rotazione (FDR) - Piano di Azione e Coesione (PAC) MIUR.

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The biostimulant effect of protein hydrolysates from different origin: a combined phenomics and metabolomics approach Valentina Buffagni1, Begona Miras-Moreno1, Youry Pii2, Youssef Rouphael3, Klàra Panzarova4, Giuseppe Colla5 and Luigi Lucini1 1

Department for sustainable food process, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza, Italy Facoltà di Scienze e Tecnologie, Libera Università di Bolzano, Italia 3 Department of agriculture, Università degli studi Federico II di Napoli, Italia 4 Photon System Institute, Olomouc, Czech Republic 5 Department DAFNE, Università della Tuscia, Viterbo, Italia 2

The definition of biostimulant properties is a critical process requiring an accurate testing of the effects on the morpho-physiological traits of plants and a deep understanding of the mechanism of action. A screening approach combining high-throughput phenotyping has been applied to protein hydrolysates (PHs) from different botanical origin. Seven PHs (A-G, I) derived from enzymatic hydrolysis of different plant species were foliarly sprayed at different dosages, from 0.001 to 0.1% PH. Arabidopsis thaliana grown under different salt stress conditions was used as a model. For phenotyping, high-throughput non-invasive imaging technologies integrating photosynthetic performance, growth analysis, and color index analysis were used. The digital biomass of the plants sprayed with PH was in general increased, while comparatively lower effects could be noticed for kinetic chlorophyll fluorescence imaging. The best performing PH were then subjected to MS-based untargeted metabolomics analysis to characterize the functional mechanisms underlying the biostimulant effects. The PHs modulated the multi-layer regulation process involving phytohormones and secondary metabolism processes, including redox balance mechanisms.

The metabolic reprogramming following the application of the tested biostimulants allowed unraveling a diversity of plant biochemical processes.

Nonetheless, our experimental results highlight the potential of a combined highthroughput phenotyping and metabolomics approach to sccreen new substances with biostimulant properties and to provide a morpho-physiological and metabolomic gateway to the mechanisms related to PHs activity.

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Effects of ammonium to urea ratio on N nutrition in maize plants Sara Buoso1, Mustapha Arkoun2, Jean-Claude Yvin2, Daniel Said-Pullicino3, Nicola Tomasi1, Roberto Pinton1, Laura Zanin1 1

Department of Agricultural, Food, Environmental and Animal Sciences, University of Udine, Udine, Italy 2 Centre Mondial de l’Innovation Roullier, Laboratoire de Nutrition Végétale, Saint-Malo, France 3 Department of Agricultural, Forest and Food Sciences, University of Torino, Grugliasco, Italy

Roots of plants are constantly exposed to different nitrogen sources concomitantly present in the rhizosphere. In particular the use of mixed nitrogen forms in cultivated soils allows to have urea and ammonium simultaneously available for the root acquisition after a fertilization event. A combination of different nitrogen-sources is known to lead to positive effects on the nutritional status of crops. The aim of the present work was to investigate the physiological response of maize plants when supplied in hydroponic solution with a mixture of urea and ammonium (treatments: 1:0, 3:1, 1:1, 1:3, 0:1 urea:ammonium ratios; as controls: – N and nitrate-fed plants).

After 7 days of treatment, higher nitrogen accumulation in shoots and roots was detected when the inorganic N sources were applied to nutrient solutions (as ammonium or nitrate), while the urea treatment (1:0) determined an overall reduction in the nitrogen concentration of plant tissues. 15N-labelling experiments indicated that within 24 hours of treatment, ammonium-treated plants showed similar influx rates of ammonium by high affinity transport system and similar capability to acquire ammonium (as 15N accumulation in plant tissues), independently of the amount of the cation present in the nutrient solution. After 7 days some changes in ammonium acquisition occurred among treatments, with the highest use efficiency of ammonium in the treatment 3:1 urea:ammonium. On the other hand, no change in the use efficiency of 15N-urea fertilizer by maize plants was observed among treatments, independently of the urea:ammonium ratio in the nutrient solution.

The multivariate analyses (PCA) of elemental composition of maize plants after 7 days of treatment discriminated four groups, where all samples deriving from ammonium-containing treatments clustered together. Data suggest that the elemental composition of maize plants is more influenced by ammonium in the external media than by urea. Furthermore, we provide for the first time the ionomic profile of plants fed with urea as the sole N-source. After 7 days urea-treated plants showed high concentration of P, S, Mg, Mn Fe, Zn in comparison to N plants.

This study provides new insights that can contribute to nitrogen fertilization management in order to maximize the nitrogen use efficiency by crops and limit the economical and environmental impact of nitrogen fertilization.

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L’infezione con Plasmopara viticola influenza la distribuzione e l’allocazione degli elementi minerali nelle foglie di vite Stefano Cesco1, Anna Tolotti1, Stefano Nadalini2, Stefano Rizzi2, Fabio Valentinuzzi1, Tanja Mimmo1,3, Carlo Porfido4, Ignazio Allegretta4, Oscar Giovannini5, Michele Perazzolli5,6, Guido Cipriani2, Roberto Terzano4, Ilaria Pertot5,6, Youry Pii1 1

Facolà di Scienze e Tecnologie, Libera Università di Bolzano, Italia Dipartimento di Scienze Agroalimentari, Ambientali e Animali, Università di Udine, Italia.

3 Competence Centre of Plant Health, Libera Università di Bolzano, Italia 4 Dipartimento di Scienze del Suolo, della Pianta e degli Alimenti, Università di Bari “Aldo Moro’’, Italia 5 Dipartimento Agroecosistemi Sostenibili e Biorisorse, Centro Ricerca e Innovazione, Fondazione Edmund Mach, Italia.

6 Centro Agricoltura Alimenti Ambiente (C3A), Università di Trento, Italia.

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Plamopara viticola è uno dei patogeni fungini della vite piu’ temuti le cui perdite produttive possono avere forti ripercussioni economiche sull’intero comparto viti-vinicolo. A livello di vigneto, il controllo delle infezioni viene assicurato grazie all’applicazione di fungicidi, tra cui anche formulati a base di rame (Cu). Cio’ nonostante, l’accumulo dei loro residui nel suolo rappresenta una crescente preoccupazione per la sostenibilità ambientale della difesa fitosanitaria della vite. Per questo motivo, l’implementazione di pratiche agronomiche alternative all’utilizzo di agrofarmaci è fortemente incoraggiata. In tal senso, una valida opportunità è rappresentata dall’utilizzo di varietà resistenti di vite. Tali varietà presentano i geni Rpv (Resistance to Plamopara viticola) nel proprio genoma, i quali, mediante meccanismi diversificati, conferiscono alla pianta di vite una certa resistenza ai patogeni fungini. Benchè tali varietà resistenti e la loro interazione con P. viticola siano state caratterizzate in dettaglio a livello molecolare, il possibile coinvolgimento dei nutrienti minerali nella risposta ai patogeni non è ancora stato investigato, anche se dati sperimentali ottenuti in lattuga e olivo hanno dimostrato come il profilo ionomico possa giocare un ruolo fondamentale nel livello di espressione della resistenza alle infezioni.Sulla base di queste considerazioni, due varietà resitenti di vite (Sauvignon Kretos e Cabernet Volos) e le rispettive controparti suscettibili (Sauvignon Blanc e Cabernet Sauvignon) sono state allevate in condizioni controllate e inoculate con P. viticola. I tessuti fogliari sono stati campionati e sottoposti ad analisi chimica, per la quantificazione (ICP-OES) e distribuzione (µXRF) degli elementi minerali, e analisi molecolare, per l’espressione genica dei trasportatori coinvolti nella mobilizzazione/allocazione degli elementi. Nelle varietà suscettibili, i nutrienti minerali hanno subito una sensibile redistribuzione a livello della foglia, suggerendo pertanto un loro possibile ruolo nella risposta al patogeno. Al contrario, le varietà resistenti non hanno mostrato alcuna variazione sostanziale nella distribuzione degli elementi, ad eccezione di manganese e ferro. Questi dati sembrano suggerire che le varieta’ resistenti qui studiate, pur esprimendo i geni Rpv, sfruttino anche dei meccanismi di resistenza al patogeno basati sull’incremento della concentrazione locale di elementi coinvolti nella sintesi di metaboliti secondari e di specie reattive dell’ossigeno. Questi risultati evidenziano quindi l’esistenza di un legame tra nutrizione minerale delle piante e meccanismi di difesa sottolineando la rilevanza di una appropriata strategia di fertilizzazione del vigneto per assicurare la miglior espressione dei meccanismi di difesa contro i patogeni.

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Proteomica comparativa dei profili degli organelli cellulari in radici di mais in risposta a differenti condizioni di nutrizione azotata Gianluca Galli*, Chiara Muratore*, Bhakti Prinsi, Luca Espen Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali - Produzione, Territorio, Agroenergia, Università degli Studi di Milano, via Celoria 2, I-20133 Milano, Italia * Questi autori hanno contribuito equamente al lavoro.

La disponibilità di azoto (N) è uno dei fattori principali che limitano la produttività agricola, in particolare nei cereali in cui l’efficienza d’uso (NUE) non supera il 50%. Inoltre, la disponibilità dei diversi nutrienti minerali azotati, i.e. nitrato e ammonio, ed il loro rapporto, influenzano significativamente le risposte radicali e lo stato fisiologico della pianta. In particolare, le risposte radicali richiedono la modulazione di diversi pathways biochimici, coinvolti ad esempio nel metabolismo del carbonio e dell’N, e di eventi che regolano la compartimentazione ionica e l’omeostasi cellulare. In questo contesto, assume un ruolo fondamentale la stretta coordinazione fra le attività biochimiche e le funzionalità dei diversi organelli cellulari, fra cui hanno un ruolo chiave mitocondri, plastidi e vacuoli.

La presente ricerca nasce con lo scopo di studiare i cambiamenti nei profili dei subproteomi associati a questi organelli in risposta a diverse condizioni nutrizionali, in radici di mais (Zea mays L.). In particolare, la ricerca è stata condotta su giovani piante di mais, allevate in idroponica in diverse condizioni nutrizionali: assenza di N, nitrato 2.5 mM, ammonio 2.5 mM, nitrato 1.25 mM + ammonio 1.25 mM. Dopo arricchimento degli organelli attraverso centrifugazione differenziale, i sub-proteomi sono stati analizzati attraverso approcci di spettrometria di massa GeLC-MS/MS (Gel Liquid Chromatography -Mass Spectrometry).

L’analisi ha permesso di identificare e quantificare un totale di 365 proteine, con un arricchimento complessivo del 78% di proteine appartenenti ai vari organelli cellulari.

Nel complesso, la ricerca ha fornito nuove informazioni sulle risposte metaboliche di questi comparti indotte dalle diverse condizioni nutrizionali. Ad esempio, sono state evidenziate differenze nell’accumulo di proteine coinvolte nel metabolismo amminoacidico mitocondriale, nell’assimilazione dell’N a livello plastidico e nel trasporto di soluti ed acqua a livello vacuolare.

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Il profilo nutraceutico di due varietà di basilico è influenzato dalla fertilizzazione e dall’inoculo con il PGPR Azospirillum brasilense Simun Kolega1,2, Begona Miras-Moreno3, Valentina Buffagni3, Luigi Lucini3, Fabio Valentinuzzi1, Mauro Maver1, Tanja Mimmo1,4, Marco Trevisan3, Youry Pii1, Stefano Cesco1.

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Facolà di Scienze e Tecnologie, Libera Università di Bolzano, Italia Department of Ecology, Agronomy and Aquaculture, University of Zadar, Croatia 3 Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari per una filiera agro-alimentare Sostenibile, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza 4 Competence Centre of Plant Health, Libera Università di Bolzano, Italia 2

Il basilico (Ocimum basilicum L.) è una delle erbe aromatiche più coltivata al mondo mediante coltura idroponica. La coltivazione fuori suolo presenta notevoli vantaggi, quali ad esempio la possibilità di insistere su aree marginali (e.g. caratterizzate da suoli degradati e contaminati, da scarsità di acqua, etc.). Tale tecnica colturale consente inoltre, in un contesto di sostenibilità agronomica, di modulare finemente l’apporto di nutrienti minerali, permettendo quindi di ottenere maggiori rese produttive per i vegetali da foglia e di modulare il loro contenuto nutraceutico. Infatti, è stato osservato che un diverso apporto di nutrienti minerali, con particolare riferimento ad azoto (N) e zolfo (S), può influenzare la sintesi di metaboliti secondari rilevanti nel definire le qualità nutraceutiche dei prodotti agrari. Inoltre, la modulazione della produzione di metaboliti secondari è stata anche ottenuta mediante l’utilizzo di Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR), microorganismi in grado di colonizzare l’apparato radicale delle piante e di indurre in esse modificazioni a livello molecolare e biochimico.

Lo scopo di questo lavoro è stato quello di studiare l’impatto di diverse pratiche di fertilizzazione e dell’inoculo con il PGPR Azospirillum brasilense sul profilo nutraceutico di due varietà di basilico (Genovese e Red Rubin). Le piante sono state coltivate in coltura idroponica, soggette a soluzioni nutritive fortificate per la concentrazione di N (20 mM NO3-) o di S (8 mM SO42-) e inoculate o meno con il PGPR. I risultati ottenuti hanno mostrato come sia la fertilizzazione che l’inoculo con A. brasilense inducano un aumento della biomassa vegetale prodotta. L’analisi metabolomica delle foglie di basilico ha consentito di individuare circa 400 metaboliti differenzialmente accumulati nei diversi trattamenti, con una elevata percentuale di molecole appartenenti al metabolismo degli acidi grassi insaturi, flavonoidi, alcaloidi e derivati dei terpeni. In dettaglio, l’analisi dei dati evidenzia dei profili metabolomici peculiari per le due varietà, confermando che il background genetico rappresenta il primo fattore che influenza la produzione di molecole bioattive. Anche l’analisi ionomica evidenzia un diverso comportamento delle due varietà di basilico in risposta alla diversa fertilizzazione minerale e all’inoculo con A. brasilense.

In conclusione, tra le due varietà testate, Red Rubin ha mostrato un maggiore accumulo di composti nutraceutici bioattivi a livello fogliare in risposta ai trattamenti di fertilizzazione; tale effetto è stato ulteriormente esaltato dall’inoculo con il PGPR A. brasilense.

The research was supported by grants from the Free University of Bolzano (TN2071).

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First evidence of the ability of anthocyanins to bind to metalloid ions (B and Ge) Marco Landi1, Laura Estevez2, Ricardo Mosquera2, Lucia Guidi1 1 2

Departimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-Ambientali, Università di Pisa, Pisa, Italia Departamento de Química Física, Universidade de Vigo, Galicia, Spain

In previous experiments, “Red Rubin” basil plants resulted more tolerant to B stress.

Among other tolerance mechanisms, the possibility of anthocyanins (ACNs) to chelate B ions, thereby boosting their sequestration into the vacuole and reducing their hazardous effect on cellular metabolism, was proposed. However, while the metal-chelation capacity of ACNs has been already described, the possibility of ACNs to chelate metalloid ions (ME) have been never tested before.

In the present work, cyanidin-based ACNs isolated from “Red Rubin” leaves were added to ME salts (H3BO3 for B; GeO2 for Ge) at different pH (5, 6 and 7) and different ACN-ME stoichiometric ratios (1:1, 1:10, 1:100 and 1:500) to evaluate possible bathochromic and hypochromic shift with UV-vis transmittance spectroscopy, as an evidence of ACN:ME complex formation. In order to provide further information on the molecular structure of the ACN:ME complexes, density functional theory (DFT) and time-dependent functional theory (TD-DFT) calculations were performed. For each of the computed ACN-ME complex, energy of formation has been calculated to estimate the most stable one and to compare Ge and B complexes.

According to the literature, GeO2 in solution is present as Ge(OH)4 at the pH values explored experimentally, while boric acid is as B(OH)3. Possible complexes of cyanin-based ACNs with B and Ge ions have been explored bearing in mind the following considerations: i) cyanin acts as a bidentate ligand through the catechol moiety at the B-ring (O3’ and O4’); ii) only 1:1 complexes have been explored; iii) only those processes where neutral water is released were considered.

Addition of both Ge and B salts to ACNs solutions caused both bathocromic shift and hyperchromic effects on UV-vis spectra. The effect is particularly pronounced at pH 5 and 1:500 (ACN:ME) ratio. Raising pH from 5 to 7, λmax is shifted to longer wavelengths. Overall, Ge showed a higher capability to bind to ACNs than B ions.

Complexation reactions considered here between ACNs and B or Ge ions led to different a1-a3/b1-b3 complexes. Calculated ΔEsolv and ΔGsolv values indicate that complexes labelled as a1-a3 displays positive DE values, which would indicate that formation of these complexes are not expected. In contrast, b2 and b3 and b1 formations are exothermic and exergonic processes. Also, it is clearly shown that complexation with Ge ions is highly favored over B ones when comparing same processes.

In conclusion, the present experiment highlights for the first time the possibility of ACNs to bind ME ions. This is supportive for the possibility that these flavonoids contribute in ameliorating the performances of B-stressed “Red Rubin” plants through complexing excessive B ions.

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Proteomica dei profili di membrana di diverse frazioni cellulari in radici di mais Chiara Muratore, Bhakti Prinsi, Luca Espen Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Produzione, Territorio, Agroenergia, Università degli Studi di Milano, via Celoria 2, I-20133 Milano, Italia.

La radice ha un ruolo chiave nell’adattamento della pianta alle diverse fonti nutrizionali presenti nel suolo. La percezione, l’assorbimento dei soluti e la loro compartimentazione coinvolgono numerose classi proteiche localizzate sulle membrane dei comparti cellulari.

L’applicazione della proteomica ha contribuito alla descrizione su larga-scala dei processi metabolici coinvolti nelle risposte radicali alle condizioni nutrizionali. Tuttavia, le informazioni sui proteomi di membrana risultano ancora frammentarie. Le proteine di membrana sono infatti idrofobiche e presenti in bassa concentrazione, proprietà che rendono particolarmente difficile la loro caratterizzazione. La proteomica subcellulare, ovvero lo studio del proteoma in comparti cellulari isolati, è stato recentemente proposto come approccio in grado di incrementare l’efficacia analitica e risolvere tali limitazioni.

L’obiettivo del presente lavoro è stato quello di ottimizzare un protocollo per l’arricchimento delle frazioni di membrana di diversi comparti di cellule radicali, in piante di mais (Zea mays L.). L’applicazione combinata di tecniche di centrifugazione differenziale e di ripartizione in fase acquosa ha permesso l’arricchimento di quattro distinte frazioni di membrana: la frazione microsomale, il sistema di endomembrane, le membrane degli organelli, e il plasmalemma. La qualità dei profili proteici ottenuti e l’efficienza di arricchimento sono stati valutati attraverso approcci elettroforetici e di spettrometria di massa GeLC-MS/MS (Gel Liquid Chromatography-Mass Spectrometry) e messi a confronto con un profilo proteico completo.

Il metodo applicato ha permesso di identificare, localizzare e quantificare un totale di 1072 proteine, mostrando una buona capacità di arricchimento dei sub-proteomi. Durante le fasi di frazionamento si è infatti osservato un incremento delle specificità del profilo. In termini quantitativi, questo parametro si è assestato al 32% per la frazione microsomale, al 50% per le endomembrane, con prevalenza di proteine localizzate nel tonoplasto e nel RE (52%), al 61% per le proteine di membrana degli organelli, con prevalenza del mitocondrio (82%) e, infine, al 57% per le proteine di plasmalemma.

Nel complesso, l’approccio analitico sviluppato appare un valido strumento per futuri studi proteomici rivolti a caratterizzare le interazioni metaboliche fra i vari comparti cellulari, coinvolte nell’adattamento radicale alle condizioni nutrizionali in piante di mais.

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S stable isotope discrimination in rice: isotope vs molecular phenotypes Fabio F. Nocito, Viviana Cavallaro, Mariachiara Caschetto, Moez Maghrebi, Gian Attilio Sacchi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali, Università degli Studi di Milano, Italia

Sulfur has four stable isotopes: 32S, 33S, 34S, and 36S; their percentage abundances are 0.9499, 0.0075, 0.0425, and 0.0001 atom fraction, respectively. Mass differences among the S isotopes result in small but yet significant differences in their chemical and physical properties, which may produce considerable separation of the S isotopes during chemical reactions. The most abundant isotopes – 32S and 34S – are now commonly measured using elemental analyzers coupled with isotope ratio mass spectrometers, and S isotope abundance are generally express in term of 34S/32S abundance ratio, using the standard 34S notation: 34S = [(34S/32S)sample/(34S/32S)VCDT -1] x 1000 which express the part per thousand deviation of the isotope ratio 34S/32S of a sample relative to an international standard, the Vienna Canyon Diablo Troilite (VCDT).

Unlike what has happened with carbon and nitrogen, natural abundance S stable isotope analysis techniques have scarcely been employed to study S allocation and metabolism in plants mainly because of the lack of knowledge about the 32S/34S isotope effects occurring during S metabolism and partitioning among the different organs. Most of the irreversible reactions involving S discriminate between 32S and 34S by favoring the light isotope (32S), thus enriching in 34S the residual substrate molecules left behind. That is to say, that irreversible reactions that do not consume all the substrate may likely produce a detectable fractionation of S stable isotopes at natural abundance, providing crucial insights in the understanding of S metabolic fluxes inside the plants, thus preventing costly or radioactive labeling.

Preliminary analyses performed on rice plants grown in complete nutrient solutions revealed some discrepancies amongst 34S values of the S source and total S measured in the whole biomass or organs. Total S in the whole plant was significantly depleted in 34S by -1.40 ± 0.08 ‰ with respect to the S source. Moreover, the analysis of organ-specific 34S values measured for total S revealed that roots were depleted in 34S by -0.52 ± 0.05 ‰ while shoots were enriched by 0.62 ± 0.04 ‰ relative to the same S source. Moreover, S stable isotope mass balance studies revealed that different isotope phenotypes can be associated to the preferential expresion of specific sulfate transporters involved in sulfate uptake.

Taken as a whole, data strongly indicate that 32S/34S isotope effects occur during sulfate uptake and S partitioning.

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Phenological, biochemical and physiological response to salt stress of rice (Oryza sativa L.) japonica putative salt-tolerant Introgressed Lines in hydroponic culture Michele Pesenti1, Viviana Cavallaro1, Alessandro Abruzzese1, Giorgio Lucchini1, Silvia Morgutti1, Noemi Negrini1, Gian Attilio Sacchi1 1

Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali â&#x20AC;&#x201C; Produzione, Territorio, Agroenergia, UniversitĂ degli Studi di Milano, Milano, Italia

The global climate warming process is determining the intrusion of saline wedge into coastal fresh-water streams, and the soil salt concentration of many European areas where rice (mainly of temperate cultivars of the ssp. japonica) is grown is constantly increasing. Soil salinization in European coastal areas is also a side-effect of the procedures adopted to contrast the apple snail (Pomacea insularum), a pest that, by slowly spreading in Europe, represents to date a serious threat to rice cultivation.

Among cereals, rice is the most sensitive to salt and great effort is being made to identify salt-tolerant germplasm. In the framework of the EU Horizon 2020 Neurice project, investigations on a large number of genetic, physiological and biochemical traits aimed at identifying molecular tools useful for the selection and/or the constitution of high-yield salttolerant japonica (more largely grown in Europe) rice germplasm have been carried out.

Among these tools, introduction of salt-tolerance QTLs into rice germplasm is widely applied. One of these QTLs is SalTol, firstly identified in the indica salt-tolerant rice genotypes Pokkali and Nona Bokra. From Pokkali, SalTol was introgressed into the IR29 line yielding FL478, and further transferred into the IR64 line, generating IR64-SalTol. In this context, the different response to salt conditions (salt susceptible/salt tolerant) of a few selected SalTolIntrogressed Lines (ILs; O11, VN25 and VN28) of japonica rice, obtained from crosses of IR64SalTol with either of two salt-susceptible recurrent parents widely grown in Italy, Onice or Vialone Nano, was tested. To better standardize the salt response, plantlets were grown under hydroponic conditions for 21 d in the absence or in the presence of 80 mM NaCl, and characterized in respect to several phenotypic/biochemical/physiological parameters. In the considered germplasm were determined: the phenological response to salt; a few parameters indicative of organ growth and health as affected by the presence of salt. Data are discussed in relation to salt tolerance/susceptibility of the different ILs; the results suggest the feasibility of this approach, in particular in relation to what observed in the O11 IL from Onice x IR64SalTol. Funding: Work supported from the European Union, grant n. 678168, Horizon 2020 Project Neurice, New Commercial European Rice (prof. G.A. Sacchi).

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Development and optimization of halophyte-based farming systems in salt-affected Mediterranean soils Marco Santin1, Antonella Castagna1, Alessia Mannucci1, Lucrezia Pomarè1, Annamaria Ranieri1 1

Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Agro-ambientali, Università di Pisa, Pisa, Italia

Increasing soil and water salinity is a rising problem in many regions of the Mediterranean area; it severely affects plant growth, limits crop yield, restricts the use of land and contributes for desertification. Approximately 18 million ha, corresponding to 25% of total irrigated land in the Mediterranean area, are salt affected. In Italy, salinization affects almost all regions, and Tuscany, with almost 600.000 ha ranks the second in Italy for area affected by salinity. Underutilization of natural resources and food insecurity are a significant challenge for many Countries. The population in the Mediterranean area is expected to reach 529 million by 2025, which boosts the need to promote a sustainable intensification of agriculture in pursuit of higher yields and productivity. The sustainability of farming systems, aiming to cope with soil and water salinity, could be effectively achieved by using wild salt tolerant plants (halophytes). Exploitation of their potential in agriculture and as source of bioactive molecules is the objective of the PRIMA project HaloFarMs, some specific objectives of which are listed below:  Optimise crop rotation and intercropping systems using selected halophytes and tomato to decrease soil salinity and improve yield  Optimize in vitro protocols for mass clonal propagation of halophytes  Establish the biochemical profile of edible and non-edible biomass of produced halophytes and evaluate the efficacy of selected extracts by in vitro and in vivo tests for their valorisation as new foods, source of nutraceuticals, and feed supplement Specifically, we present here preliminary results on the first objective, i.e. yield and quality attributes of tomato (Solanum lycopersicon L., cv Jama) fruit harvested from plants cultivated in monoculture or in intercrop with Salicornia europaea. Each plot contained 26 tomato plants per plot, distributed into two rows, alone (monoculture plots) or co-cultivated with forty Salicornia plants at each side of each tomato rows (intercrop plots). The experiment was carried out in spring-summer 2020 in a randomised block design with three replicates per thesis. The desalting ability of Salicornia was determined by measuring the electric conductibility and Na content of soil before and after plant cultivation.

The results indicated a significantly higher yield (+19%) when tomato plants were cocultivated with Salicornia. This result was due to a higher number of fruit (+22%) while the weight of individual fruit did not vary between the two treatments. Evaluation of fruit quality attributes (total soluble sugar content, firmness, pH and titratable acidity) indicates that fruit produced by intercrop plots were significantly firmer (+39%) and sweeter (+16%), and showed a trend toward a higher acidity (titratable acidity +18%, P = 0.070).

These preliminary results suggest that cultivation of tomato in saline soils in intercrop with Salicornia could be a successful strategy to allow a higher production of fruit with a better organoleptic quality.

Research supported by the PRIMA project HaloFarMs, Section 2 PRIMA call 2019

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Relazione quantitativa struttura-attività di biostimolanti umo-simili da scarti di produzione agro-industriale mediante tecniche NMR Davide Savy1, Yves Brostaux2, Vincenza Cozzolino3, Pierre Delaplace1, Patrick du Jardin1, Alessandro Piccolo3 1

Plant Sciences, Gembloux Agro-Bio Tech, University of Liège, 2 Passage des Déportés, B-5030 Gembloux, Belgium; 2 Statistical modelling and development, Gembloux Agro-Bio Tech, University of Liège, 2 Passage des Déportés, B-5030 Gembloux, Belgium; 3 Department of Agricultural Sciences, Università di Napoli Federico II, Via Università 100, 80055 Portici, Italy

Le Sostanze Umo-Simili (SUS) isolate da scarti di produzione agro-industriale e da colture energetiche aumentano lo sviluppo iniziale di plantule di mais (Zea mays L.) (Savy et al., 2015; 2016; 2017). E’ essenziale comprendere quali caratteristiche molecolari delle SUS influenzano la crescita delle piante per predirne la bioattività e ottenere SUS che esercitino l’effetto biologico desiderato. Tale obiettivo può essere raggiunto delineando una relazione quantitativa struttura-attività (RQSA) per queste sostanze. Abbiamo quindi creato diverse RQSA per studiare l’effetto di varie SUS da biomasse lignocellulosiche sulla lunghezza della radice primaria (RP), delle radici seminali laterali (LSR), dell’apparato radicale totale (LRT) e del coleottile (Col) di plantule di mais. I predittori impiegati derivano dagli spettri NMR allo stato solido (13C-CPMAS-NMR) o liquido (31P-NMR) registrati dopo derivatizzazione dei gruppi OH del campione con un reagente contenente fosforo.

Il modello ottenuto con i dati 13C-CPMAS-NMR indica che le funzioni alchiliche aumentano la lunghezza del Col ma determinano una minore lunghezza delle radici. I gruppi carbossilici/esterei hanno un impatto negativo sullo sviluppo della pianta (Figura 1-A).

L’effetto deleterio dei gruppi COOH è indicato anche dalla regressione ottenuta mediante 31P-NMR. Questo modello mostra anche un effetto promotore per i gruppi guaiacilici e pidrossifenilici derivati dalla lignina e per gli OH alifatici. L’elongazione del Col è positivamente influenzata dalla presenza di unità siringiliche e fenoliche condensate, mentre esse hanno un impatto negativo su RSL e LRT (Figura 1-B).

Figura 1. Coefficienti di regressione calcolati mediante l’impiego di dati 13CCPMAS-NMR (A) e 31P-NMR (B).

La bioattività delle SUS da biomasse lignocellulosiche può essere soddisfacentemente spiegata/predetta creando RQSA basate su spettroscopia NMR. Si possono sfruttate tali RQSA per migliorare le tecniche estrattive delle SUS, arricchendole delle unità più bioattive e riducendo la concentrazione delle specie chimiche deleterie così da aumentarne le capacità biostimolanti.

References Savy et al., 2015. Molecules 20, 19958-19970.

Savy et al., 2016. Plant Soil 402, 221–233.

Say et al., 2017. ACS Sus Chem Eng 5, 9023–9031.

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The effect of geographical origin on phytochemical profile and authenticity of Taggiasca Extra-Virgin Olive Oil: a metabolomics approach Biancamaria Senizza, Luigi Lucini and Marco Trevisan Department for sustainable food process, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza, Italia The Taggiasca extra-virgin olive oil is a product recognized for its high quality. Due to presence of counterfeits, the corresponding consortium of producers (Olio DOP Riviera Ligure) recently applied for Protected Designation of Origin. This work aimed to ensure the authenticity and geographical origin of Taggiasca using an UHPLC/QTOF metabolomic approach followed by OPLS-DA multivariate data analysis and ROC validation of VIP markers.

The approach proposed, based on profiling of secondary metabolites, allowed discriminating a “terroir effect”, with oils being discriminated according to cultivation altitude within the consortium, and with Taggiasca being discriminated from other cultivars from the same region and from other cultivars from different regions.

Thereafter, a study based on inclusion of different % of other oils in Taggiasca was carried out to ensure its authenticity. The inclusion of other oils could be identified in the range 1080% of non-Taggiasca addition.

Phenolics and phytosterols were the most common markers identified. Overall, metabolomics allowed identifying a rather distinctive phytochemical profile in Taggiasca, as a result of a strong genotype x environment interaction. Together with ensuring origin and authenticity, our results likely support the peculiar sensorial traits of Taggiasca.

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Quantificazione in-situ del rilascio di citrato da piante di lupino bianco Raphael Tiziani1,2, Markus Puschenreiter2, Erik Smolders3, Tanja Mimmo1, José Carlos Herrera4, Stefano Cesco1 and Jakob Santner5 1

Faculty of Science and Technology, Free University of Bozen-Bolzano, Bolzano, Italy Department of Forest and Soil Sciences, University of Natural Resources and Life Science, Vienna, Austria 3 Division of Soil and Water Management, Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, Belgium 4 Division of Viticulture and Pomology, University of Natural Resources and Life Science, Vienna, Austria 5 Department of Crop Science, University of Natural Resources and Life Science, Vienna, Austria 2

La quantificazione di essudati radicali come il citrato in campioni di suolo rizosferico risulta normalmente piuttosto complicata e imprecisa per la facilità con cui questi composti, una volta rilasciati, vengono degradati microbiologicamente e/o adsorbiti ai colloidi del suolo. A rendere ancora più complessa l’analisi vi è il continuo rilascio di molecole organiche legato al turnover della sostanza organica del suolo che si possono andar ad aggiungere a quelle rilasciate dalle radici. Per tali ragioni, il fenomeno del rilascio radicale di citrato è stato ad oggi studiato e caratterizzato prevalentemente in sistemi semplificati che fanno uso di soluzioni idroponiche. Scopo pertanto del presente lavoro è stato quello di sviluppare una tecnica di localizzazione e quantificazione del citrato rilasciato da radici di piante cresciute in rhizobox che aiutasse a valutare il fenomeno in un contesto più prossimo a quello di campo.

L’approccio fa ricorso alla tecnica DGT (diffusive gel in thin films) che consiste nell’applicare alla rizosfera gel di poliacrilamide contenenti idrossido di zirconio precipitato (ZrOH) in grado di immobilizzare il citrato. Il citrato immobilizzato viene successivamente eluito dal gel con una soluzione di 0.5 mol L-1 NaOH e quantificato mediante cromatografia ionica. Esperimenti di taratura del sistema hanno evidenziato che i gel sono capaci di immobilizzare citrato. A pH 8 il gel si è dimostrato capace di immobilizzare 200 µg di citrato per disco, mentre a pH 4 l’immobilizzazione saliva a 299 µg evidenziandone quindi il possibile uso quale “zero sink” per la quantificazione del citrato rilasciato dalle radici. L'efficienza di eluizione del citrato immobilizzato è stata quantificata in circa l’89%. Questo approccio di analisi è stato quindi applicato alla rizosfera di piante di lupino bianco cresciute in un rhizobox riempito con un suolo P-carente per stimolare il rilascio di acidi organici. I gel di ZrOH sono stati applicati su radici cluster per 26 ore. Una volta recuperato, il gel è stato poi ritagliato in quadratini da 5×5 e 5×2 mm per focalizzare l’analisi, con due diversi livelli di dettaglio, alle superfici di suolo colonizzate dalle radici di lupino. I risultati ottenuti hanno evidenziato non solo la possibilità di localizzare e quantificare il rilascio di citrato (fino a 7.89 µg) sui singoli quadratini di gel, ma anche di evidenziare i gradienti di rilascio dell’acido organico longitudinalmente e lateralmente alle radici cluster. Inoltre, la caratterizzazione dei gel di ZrOH ha dimostrato la loro idoneità al campionamento del citrato in termini cinetici e di capacità di assorbimento. I risultati ottenuti evidenziano quindi l’applicabilità dell’approccio per studi che richiedano il campionamento e la localizzazione del rilascio radicale di citrato su suolo in-situ in modo non distruttivo come quelli dedicati alla comprensione dei fenomeni che avvengono all’interfaccia suolo-radice.

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Le sostanze umiche da compost verde aumentano la bioattività e le proprietà antibatteriche di oli essenziali estratti da foglie di Basilico Mariavittoria Verrillo1,2, Vincenza Cozzolino1,2, Riccardo Spaccini1,2, Alessandro Piccolo1,2 1Centro

Interdipartimentale di Ricerca per la Risonanza Magnetica Nucleare per l’Ambiente, l’Agroalimentare, ed i Nuovi Materiali (CERMANU), Università di Napoli Federico II, Via Università 100, 80055 Portici, Italy 2Dipartimento

di Agraria, Università di Napoli Federico II, Via Università 100, 80055 Portici,

Italy Gli oli essenziali (EOs) sono considerati importanti metaboliti secondari altamente bioattivi del Basilico verde e trovano largo utilizzo nel settore farmaceutico come agenti terapeutici.

Una produzione industriale su larga scala con metodi sostenibili degli EOs richiede nuovi approcci per migliorare la resa e la qualità di questi composti bioattivi nelle piante aromatiche. In questo lavoro sono stati valutati gli effetti biostimolanti di materiali organici naturali come le Sostanze Umiche (HS) estratte da un compost verde ottenuto dal riciclo di biomasse di carciofo. Le caratteristiche molecolari di HS estratte da compost verde sono state determinate mediante spettroscopia 13C-CPMAS NMR e termochemolisi GC-MS. Le piante di Basilico sono state coltivate trattando il suolo con diverse concentrazioni di HS. Gli EOs sono stati estratti dalle foglie di basilico mediante distillazione in corrente vapore valutando resa, composizione chimica e proprietà antiossidanti e antimicrobiche. L’applicazione delle HS ha mostrato un effetto positivo sulla resa totale di estrazione dei componenti più bioattivi degli EOs, con un progressivo incremento di composti bioattivi quali eugenolo, eucaliptolo e geranil-acetato in seguito ad applicazioni crescenti di HS. La biostimolazione umica ha influenzato le proprietà antiossidanti degli EOs, così come la loro attività antimicrobica contro alcuni ceppi batterici gram-negativi comuni come Klebsiella pneumoniae. L’effetto biostimolante delle HS sulle piante di Basilico è stato principalmente correlato alle loro proprietà idrofobiche ed al rilascio di specifiche componenti molecolari altamente bioattive, quali composti fenolici derivati dalla lignina e composti polari sia di natura saccaridica che aminoacidica. I nostri risultati sull'efficacia dell'HS da compost verde come biostimolanti su piante aromatiche suggeriscono un potenziale uso innovativo di tali prodotti naturali non solo campo agronomico ma anche in altri settori quali nutraceutico, farmaceutico e cosmetico.

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La protodioscina, una saponina naturale ad attività fitotossica Ana Luiza Wagner Zampieri1, Emy Luiza Ishii Iwamoto1, Fabrizio Araniti2, Maria Rosa Abenavoli2 1

Department of Biochemistry, University of Maringá, Paraná, Brazil Dipartimento di AGRARIA, Università Mediterranea di Reggio Calabria

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La protodioscina è una saponina steroidea naturale presente in diverse specie del genere Urochloa sp. (Poaceae) e del genere Tribulus sp., dove è concentrata per lo più nelle foglie e nei semi delle piante (Furlan et al. 2012). Questa molecola è ampiamente utilizzata in medicina per la sua efficacia in alcune patologie cardiovascolari, addominali, renali, epatiche ed immunitarie (Zhang et al., 2015), ma poco è noto sulla sua fitotossicità e sul suo meccanismo di azione. Nel presente lavoro è stato valutato in-vitro il potenziale fitotossico della protodioscina sulla specie modello Arabidopsis thaliana e ne è stato ipotizzato il meccanismo d’azione attraverso approcci farmacologici, molecolari e tecniche di microscopia ad epifluorescenza su linee transgeniche GFP. I risultati ottenuti dimostrano che la protodioscina ha un elevato effetto inibitorio sul processo di accrescimento della radice primaria di A. thaliana, con un ED50 pari a circa 50 µM, ed è in grado di alterare la morfologia radicale inducendo un incremento sia del numero delle radici laterali che della densità e lunghezza dei peli radicali. Utilizzando auxine naturali e sintetiche, antagonisti auxinici ed inibitori del trasporto dell’auxina, singolarmente o in combinazione con la protodioscina, è stata esclusa una sua attività auxino-simile mentre è stata ipotizzata una sua interferenza con il trasporto dell’auxina. L’analisi semiquantitativa del contenuto e della distribuzione dell’auxina attraverso l’impiego della linea transgenica DR5::GFP, sensore dell’auxina (Friml et al., 2003), ha permesso dimostrare che tale molecola determinava un accumulo di auxina nella zona di maturazione ed una riduzione a livello del meristema apicale. Inoltre, i dati di espressione genica delle radici trattate con protodioscina hanno confermato che il gene deputato all’influsso dell’auxina, AUX1, ed al suo trasporto basipeto era fortemente inibito mentre il trasportatore PIN2, deputato all’efflusso dell’auxina ed alla sua redistribuzione all’interno del meristema, era lievemente stimolato. Tali dati suggeriscono un ridotto trasporto basipeto dell’auxina, dovuto ad una ridotta attività dell’AUX1 e ad uno stimolo del PIN2, con un conseguente accumulo di tale ormone a livello della zona di maturazione della radice. Tale accumulo potrebbe essere la motivazione principale dell’incremento del numero di radici laterali osservato.

Tali risultati hanno permesso di concludere che la protodioscina è una molecola altamente fitotossica in grado di modificare la morfologia radicale di A. thaliana alterando il trasporto e la distribuzione dell’auxina.

Furlan, F. H., Colodel, E. M., Lemos, R. A., Castro, M. B., Mendonça, F. S., & Riet-Correa, F. (2012).

Poisonous plants affecting cattle in central-western Brazil. International Journal of Poisonous Plant Research, 2(1), 1-13.

Zhang, R., Gilbert, S., Yao, X., et al. (2015). Natural compound methyl protodioscin protects against intestinal inflammation through modulation of intestinal immune responses. Pharmacology research & perspectives, 3(2).

Friml, J., Vieten, A., Sauer, et al. (2003). Efflux-dependent auxin gradients establish the apical–basal axis of Arabidopsis. Nature, 426(6963), 147-153.

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Sessione Ambiente Chair: Prof. Fulvia Tambone Co-Chair: Dr. Nicoleta Alina Suciu

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Technology of carbon sequestration into soil organic matter Alessandro Piccolo â&#x20AC;&#x201C; Keynote Speaker Department of Agricultural Sciences,CERMANU Interdepartmental Research Centre, University of Naples Federico II Facing population growth and consequent increase of agriculture intensification, new technologies are sought to stabilize soil organic matter (SOM), and mitigate climate change, while maintaining elevated crop yields. An innovative approach can be the stabilization of SOM through a photo-oxidative catalysed free-radical coupling among humic molecules, that reduces SOM mineralization while increasing soil aggregate stability. After having shown the capacity of the biominetic metal-porphyrin catalyst to oligomerize phenolic humic molecules, and proved that the oligomerization could occur in soil in laboratory conditions either under chemical or photochemical oxidation, this catalytic technology was applied on Italian soils under wheat production at three different experimental stations. The in situ polymerization of SOM under solar irradiation was obtained in 4 replicates of cropped soil parcels by adding at sowing 10 kg.ha-1 of a laboratory-synthesized water-soluble iron-porphyrin photooxidative catalyst for three consecutive years. Results showed that the catalyst-assisted in situ photochemical polymerization of humic matter enabled a yearly sequestration of soil organic carbon that ranged from 2.2 to 3.9 t ha-1 y-1, despite the periodical soil disturbance due to a conventional tillage management. This significant stabilization of SOM was observed not only for bulk soils but also for water-stable aggregates, whose loss of organic carbon during separation was significantly reduced in the catalyst-treated soils, where the organic matter was composed of humic molecules of larger molecular mass. This ecological catalytic technology may be developed as a useful soil management practice to stabilize SOM in situ in arable soils, while concomitantly ensuring soil functions and sustainability of crop production.

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Biodisponibilità di elementi potenzialmente tossici dopo coltivazioni ripetute di Brassica Juncea in un suolo agricolo contaminato Diana Agrelli1,2, Luigi Giuseppe Duri1, Nunzio Fiorentino1,3, Eugenio Cozzolino4, Massimo Fagnano1,3, Paola Adamo1,2 1

Dipartimento di Agraria, Università degli Studi di Napoli Federico II, Portici, Italia CRISP-Centro di Ricerca Interdipartimentale sulla "Earth Critical Zone" per il supporto alla Gestione del Paesaggio e dell'Agroambiente, Università degli Studi di Napoli Federico II, Portici, Italia 3 CIRAM-Centro Interdipartimentale di Ricerca “Ambiente”, Università degli studi di Napoli Federico II, Italia 4 CREA-Consiglio per la ricerca in agricoltura e l'analisi dell'economia agraria-Centro di Ricerca Cerealicoltura e Colture Industriali, Caserta, Italia 2

La fitoestrazione di elementi potenzialmente tossici (EPT) mediante piante iperaccumulatrici è una strategia in situ per la bonifica di suoli contaminati economica e ecocompatibile, vantaggiosa in particolare per la conservazione di aree agricole. Le piante assorbono le forme biodisponibili di EPT, pertanto la misura della biodisponibilità è fondamentale per valutare la fattibilità della fitoestrazione. Un obiettivo realistico di bonifica potrebbe essere la progressiva riduzione del pool biodisponibile fino a livelli di sicurezza. Tale pratica deve, tuttavia, tenere in conto che le frazioni libere e legate di EPT nel suolo sono sempre in equilibrio dinamico tra loro.

In questo lavoro è stato allestito un esperimento in mesocosmo con tre cicli di coltivazione successivi di Brassica Juncea su un suolo agricolo contaminato da Cr, Zn, Cd e Pb, in rotazione con rucola coltivata come pianta alimentare bioindicatrice. Scopo del lavoro è stato valutare l’efficienza di fitoestrazione della Brassica Juncea ed i cambiamenti indotti dalla pianta nella biodisponibilità degli EPT. É stato inoltre calcolato il rischio per la salute umana dovuto all’esposizione al cadmio con il consumo della rucola (Hazard Quotient).

La differente biodisponibilità degli elementi studiati, valutata con estrazioni chimiche del suolo in NH4NO3 e EDTA, ha trovato riscontro nel più elevato assorbimento da parte della Brassica Juncea di zinco e cadmio rispetto a cromo e piombo. Le tre coltivazioni successive hanno portato ad una riduzione significativa della concentrazione di elementi biodisponibili nel suolo come risultato sia dell’assorbimento della pianta che dei cambiamenti di pH del suolo. Per il cadmio, la riduzione non è stata tale da portare la quantità biodisponibile estratta in NH4NO3 al di sotto di 0,1 mg/kg, soglia di sicurezza stabilità per i suoli agricoli da alcuni paesi europei. Tuttavia l’Hazard Quotient per il Cd nella rucola decresce nel corso delle tre coltivazioni successive, avvalorando l’efficacia della pianta nella fitobonifica di suoli inquinati da cadmio. I risultati mostrano anche che nel corso dei cicli di fitoestrazione si verificano nel suolo reintegrazioni delle frazioni prontamente biodisponibili di EPT associate a variazioni del pH indotte dalla crescita delle piante, evidenziando la dinamicità della biodisponibilità degli EPT nei sistemi suolo-pianta. Sulla base di queste evidenze, appare chiaro che gli equilibri degli elementi nel suolo e la reintegrazione delle frazioni biodisponibili devono essere attentamente presi in considerazione e monitorati per pianificare al meglio le strategie di fitorisanamento e valutarne gli effetti.

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Presence of Triazine herbicides and their metabolites in groundwater of Italian maize-growing areas Lucio Botteri1, Federico Ferrari1, Silvia Ghisoni2, Gabriele Rocchetti2, Luigi Lucini2, Marco Trevisan2 1 2

AEIFORIA srl, Loc. Faggiola 12-16, 29027 Gariga di Podenzano, Italia Dipartimento di Chimica Agraria, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza, Italia

The presence of pesticides and their metabolites in groundwater has emerged as an important environmental problem in the last decades. There are several factors that can influence the release of pesticides from fields and their transport into groundwater.

The contamination depends on specific proprieties of chemicals and soil characteristics.

Chemicals which are sufficiently resistant to degradation and are adequately soluble to be transported in water may reach the groundwater in significant amounts.

Furthermore, soil texture and its structure and depth of groundwater play a role for pesticide contamination.

According to National report on pesticides in water 2015 - 2016 (ISPRA), in Italy triazine herbicides and their metabolites are among the substances most frequently detected in groundwater. While terbuthylazine is still used under restriction, atrazine was banned in 1992.

The aim of the research project is to investigate the presence of atrazine, terbuthylazine and their metabolites in groundwater in Italian maize-growing areas to evaluate their behaviour on a multiannual time scale in order to highlight the groundwater contamination due to the widespread use and to the environmental persistence of these substances.

A preliminary analysis conducted on different groundwater samples from Aeiforia wells and piezometers network, lead us to choose five sites where the concentration of these chemicals was significantly high. A three-years sampling campaign was carried out.

The average concentrations measured in the five wells are depicted as follows: atrazine 8.5 – 17.2 ng/L, atrazine-desethyl 1.7 – 10.7 ng/L, terbuthylazine 5.2 – 9.7 ng/L, terbuthylazine-desethyl 6.0 – 17.8 ng/L. In each well, the concentration of atrazine is always higher than its metabolite, while the concentration of terbuthylazine-desethyl is higher than its parent compound. Looking at the results, it is interesting to note how the concentrations of metabolites seem to increase during the spring months.

During this period the concentration of atrazine and atrazine-desethyl remain broadly constant, this result can be justified by the fact that the parent compound has been banned since 1992. On the contrary, terbuthylazine and its metabolite show a fluctuant trend throughout the years. This behaviour could depend on weather conditions and field applications.

Despite the concentrations were below the limit established by European Commission, and the use of these molecules is banned or strictly regulated, triazines and their metabolites are still present in groundwater and it determines an important environmental concern.

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Valutazione del rischio per ambiente e salute umana di un suolo agricolo con tallio di natura geogenica Antonio G. Caporale1, Donato Visconti1, Luigi G. Duri1, Nunzio Fiorentino1, Massimo Fagnano1, Paola Adamo1,2 1 2

Dipartimento di Agraria, Università degli Studi di Napoli Federico II, Portici, Napoli, Italia Centro di Ricerca Interdipartimentale sulla "Earth Critical Zone" per il supporto alla Gestione del Paesaggio e dell'Agroambiente, Università degli Studi di Napoli Federico II, Portici, Napoli, Italia

Nei suoli agricoli il tallio (Tl) di origine geogenica può rappresentare un potenziale rischio per l’ambiente e la salute umana, principalmente attraverso l'ingestione di vegetali. Il Tl è un elemento estremamente tossico per gli organismi viventi, con una tossicità acuta e cronica maggiore rispetto ad altri elementi potenzialmente tossici (EPT), come l’arsenico (As), il cadmio (Cd), il mercurio (Hg) ed il piombo (Pb).

Mediante un esperimento in vaso con suolo agricolo campano con Tl di origine geogenica è stata valutata: i) la biodisponibilità del Tl e di altri EPT; ii) l'assorbimento e la traslocazione di EPT in piante di lattuga (Lactuca sativa L. var. acephala), di rucola selvatica (Diplotaxis tenuifolia L. DC) e di una specie spontanea commestibile (Silene latifolia Poir.) endemica nel sito e nota per la sua capacità di accumulare EPT; iii) i rischi per la salute umana derivanti da ingestione di vegetali, contatto dermico e ingestione accidentale di suolo da parte degli agricoltori.

Il sito studio è un’area agricola di 35.000 m2, localizzata nel territorio di Afragola (NA), a nord-ovest del complesso Monte Somma-Vesuvio ed a nord-est dei Campi Flegrei, le due principali aree vulcaniche della Campania. Il suolo è franco-sabbioso, sub-acido, mediamente dotato in sostanza organica, con buona disponibilità di nutrienti e medio-alta capacità di scambio cationico. Sebbene i contenuti pseudototali di Tl e Pb siano mediamente superiori alle concentrazioni soglia di contaminazione (CSC) stabilite dalla legislazione italiana per le aree agricole (D.M. 46/2019) ma in linea con i valori di fondo dei suoli vulcanici dell’area metropolitana di Napoli, i contenuti prontamente biodisponibili di tutti gli EPT (estratti mediante NH4NO3 1M) sono sempre al di sotto dei valori di potenziale pericolosità per la crescita e salubrità di specie vegetali.

Le piante, allevate e campionate in tre cicli produttivi, hanno influenzato la biodisponibilità degli EPT nel suolo rizosferico ed accumulato discrete quantità di EPT nelle porzioni eduli.

L’analisi di rischio ha evidenziato che l’ingestione di lattuga e rucola selvatica produrrebbe rischi accettabili per la salute umana, mentre la possibile assunzione della specie spontanea accumulatrice potrebbe provocare rischi significativi. Molto bassi sono invece risultati i rischi diretti per gli agricoltori.

I risultati del lavoro (Duri et al., 2020) incoraggiano a produrre proficuamente vegetali in suoli agricoli con Tl di origine geogenica, purché non si prescinda da un’attenta selezione delle specie da coltivare e da una gestione virtuosa del suolo e delle pratiche agronomiche.

Bibliografia: Duri L.G., Visconti D., Fiorentino N., Adamo P., Fagnano M., Caporale A.G. (2020). Health risk assessment in agricultural soil potentially contaminated by geogenic thallium: influence of plant species on metal mobility in soil‐plant system. Agronomy - MDPI, 10(6), 890, https://doi.org/10.3390/agronomy10060890

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Biostabilizzazione di matrici sabbiose ad opera del micelio di Pleurotus ostreatus Giuseppe Di Rauso Simeone1, Emmanuel Salifu2, Gianfranco Urciuoli3, Grainne El Mountassir2, Giacomo Russo4, Maria A. Rao1 1

Dipartimento di Agraria, Università degli Studi di Napoli Federico II, Portici, Italia University of Strathclyde, Department of Civil and Environmental Engineering, Glasgow, UK 3 Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italia 4 Dipartimento di Scienze della Terra, dell'Ambiente e delle Risorse, Università degli Studi di Napoli Federico II, Napoli, Italia 2

Recentemente i funghi hanno trovato applicazione nell’ambito di tecniche di miglioramento delle caratteristiche fisiche di suoli soggetti ad erosione, in particolare allo scopo di favorire la biostabilizzazione delle pendenze. In uno studio recente Salifu (2019) ha valutato i cambiamenti nel comportamento idromeccanico di una matrice sabbiosa in seguito alla crescita del fungo Pleurotus ostreatus. Il micelio di tale fungo ha determinato un miglioramento dell’idrorepellenza e della conducibilità idraulica della matrice sabbiosa portando ad una riduzione della capacità di infiltrazione dell’acqua e quindi dei processi erosivi.

Lo scopo del presente lavoro è stato quello di valutare i cambiamenti delle proprietà chimiche e biochimiche di una matrice sabbiosa, arricchita con un substrato lignocellulosico, in seguito alla crescita del fungo P. ostreatus durante un’incubazione di 28 giorni. Inoltre, è stato valutato come tali parametri fossero in relazione con il fenomeno dell’idrorepellenza e potessero aiutare a validare l’applicazione di miceli fungini nel campo dell’ingegneria geotecnica.

La presenza del substrato lignocellulosico, ma soprattutto la copresenza con il fungo, ha comportato una diminuzione del pH nella matrice sabbiosa, rispetto al campione non trattato. È stato osservato, invece, un trend crescente della conducibilità elettrica e dell’azoto totale per i quali è evidente il contributo del substrato lignocellulosico e/o del fungo. Il carbonio organico, al contrario, è stato influenzato solo dal substrato lignocellulosico, giacché il contributo proveniente dal micelio fungino è stato trascurabile. L’attività enzimatica del fungo, che è responsabile dei processi di degradazione del substrato lignocellulosico grazie ai quali il fungo ricava energia e si sviluppa micelio, ha messo in evidenza che la manganese perossidasi era indipendente dalla presenza del substrato lignocellulosico e diminuiva nel tempo anche del 90% dopo 28 giorni. Anche la laccasi era attiva nel fungo in assenza del substrato lignocellulosico, ma raggiungeva livelli di attività significativamente più elevati in sua presenza e stabili nel tempo.

L’idrorepellenza è risultata maggiore di 90 ° quando la matrice sabbiosa era colonizzata dal micelio fungino in presenza di substrato lignocellulosico da almeno una settimana e correlata positivamente (P > 0.979) con i parametri di crescita del fungo ovvero il contenuto in ergosterolo e la respirazione.

Alla luce dei risultati ottenuti tale metodo potrebbe essere utile per ridurre l’erosione dei suoli, sebbene ulteriori indagini siano necessari per testare altre matrici e suoli di diversa natura.

Salifu, E. (2019) Engineering Fungal-Mycelia for Soil Improvement. PhD Thesis.

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La fitotossicità dei prodotti intermedi di degradazione fotocatalitica: caso del Levofloxacin Luca Foti1, Filomena Lelario1, Hazem Elshafie1, Sabino Aurelio Bufo1, Laura Scrano1 1

Università della Basilicata,Potenza, Italia

L’opportunità di utilizzare acque reflue depurate per l’irrigazione di aree verdi ed agricole nasce dalla consapevolezza che, non essendo l’acqua una risorsa inesauribile, è necessario razionalizzarne l’uso consentendone il riciclo per riservare la migliore risorsa idrica all’uso potabile. Ciononostante, è sempre necessario verificare la qualità dell’acqua depurata per evitare l’eventuale diffusione d’inquinanti attraverso il ciclo alimentare e i fenomeni di fitotossicità con nocumento sulle colture. Il legislatore ha stabilito alcuni parametri per il riutilizzo delle acque reflue, tuttavia, nei reflui urbani ed agricoli è stata segnalata la presenza di un elevato numero xenobiotici, quali cosmetici, disinfettanti domestici, farmaci (antibiotici, antinfiammatori, analgesici, antidepressivi ecc.) che, purtroppo, non sono completamente eliminati dagli impianti tradizionali di depurazione. Queste sostanze, anche in sinergia tra di loro, se non adeguatamente rimosse rappresentano un serio problema per la salute e per l’ambiente.

I processi di ossidazione avanzata (AOP), adoperando adeguati semiconduttori, possono essere una buona soluzione a questo problema perché, grazie alla generazione di radicali liberi altamente reattivi, convertono i contaminanti organici in sottoprodotti non tossici finali.

Ovviamente è necessario effettuare test di tossicità e di fitotossicità per essere sicuri della bontà dell’operazione.

Questo studio è stato condotto sulla levofloxacina, antibiotico microinquinante persistente appartenente alla classe dei fluorochinoloni, frequentemente somministrato sia agli esseri umani sia agli animali per il trattamento di malattie e infezioni e ritrovato nelle acque reflue.

La levofloxacina disciolta in acqua distillata ed in acqua potabile è stata sottoposta ad AOP utilizzando biossido di titanio come semiconduttore. E’ stata elaborata la cinetica di degradazione e sono stati identificati i fotoprodotti intermedi mediante cromatografia liquida accoppiata con spettrometro di massa micrOTOF-Q-II (LC-MS, Bruker Daltonik GmbH, Brema).

Adoperando come specie test Solanum lycopersicum L. (pomodoro) e Lepidium sativum L. (crescione), sono stati condotte prove di germinazione ed allungamento radicale per valutare l’eventuale fitotossicità dei campioni fotodegradati.

I risultati ottenuti hanno evidenziato che la miscela dei prodotti intermedi di degradazione conserva un’alta fitotossicità a conferma che il processo va monitorato fino a completezza e scomparsa degli effetti tossici prima di procedere al riutilizzo delle acque reflue. Pur rappresentando una valida risposta all’emergenza idrica, il riciclo deve essere condotto con responsabilità ed attenzione salvaguardando l’ambiente e la salute.

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Grass and legume species and municipal wastes as bioresources for the assisted phytostabilization of PTE-contaminated soils Matteo Garau, Giovanni Garau, Stefania Diquattro, Maria Vittoria Pinna, Paola Castaldi Dipartimento di Agraria, University of Sassari, Viale Italia 39, 07100 Sassari, Italy

Assisted phytoremediation, i.e. the combination of amendment and plant to remove potentially toxic elements (PTE) from soil, or to reduce their mobility and toxicity, can represent an effective gentle remediation option for the recovery of PTE-contaminated soils.

The aim of this study was to evaluate the suitability of selected grass and legume species, such as Arundo donax L., Hordeum vulgare L. and Lupinus albus L., in assisted phytoremediation programs of PTE-contaminated soils in combination with a municipal solid waste compost (MSWC), which was used at 2 and 4 % rates. The soil investigated had a subacidic pH (5.93) and was heavily contaminated by different PTE, i.e. Pb (15,383 mg kg−1), Zn (4,076 mg kg−1), Cu (181 mg kg−1), Sb (109 mg kg−1), Cd (67 mg kg−1) and As (49 mg kg−1).

The addition of MSWC at 2 and 4% rates significantly decreased the labile fractions of most PTE and at the same time increased the residual fractions of Zn and Sb. Soil enzyme activities, i.e. dehydrogenase and β-glucosidase, were significantly enhanced in MSWC-amended soils (i.e. up to ~6.0 and 1.4 times higher in MSWC-4% than in control soil, respectively), as well as soil basal respiration, and the potential metabolic activity and catabolic versatility of soil microbial communities.

Arundo donax L., Hordeum vulgare L. and Lupinus albus L. were able to grow in the contaminated soil, and their biomass was significantly influenced by compost either positively (e.g. A. donax shoots and roots) or negatively (e.g. H. vulgare roots). Overall, the PTE considered were mainly retained in root tissues [translocation factors (TF) were << 1].

Compost addition significantly decreased or did not influence the PTE uptake and bioaccumulation factors of A. donax and H. vulgare roots and shoots, while it increased those of L. albus (particularly in roots) with respect to As, Sb, Pb and Cu. Finally, MSWC increased the PTE removal efficiency by A. donax (and partially by L. albus but not by H. vulgare) which showed the highest PTE mineralomasses when grown on 4 % MSWC. Overall, the results obtained suggested that MSWC, particularly at 4% rate, could be useful to stabilise the PTE in sub-acidic contaminated soils and to increase the microbial activity and functionality in these latter soils. In addition, A. donax, and in selected cases L. albus, appeared as useful bioresources that can be used in combination with MSWC for the assisted phytostabilization of PTE-contaminated soils. Further studies are needed in order to investigate the effectiveness of these crops in rotation and/or when intercropped in assisted phytoremediation programs under field conditions.

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Abbondanza naturale di 15N e 13C nella valutazione dell’uso dell’azoto e della conservazione del carbonio da compost nel suolo Marco Grigatti1, Paola Gioacchini1, Luciano Cavani1, Claudio Ciavatta1 1

Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-alimentari (DISTAL) – Alma Mater Studiorum Università di Bologna, Bologna, Italia

L’abbondanza naturale degli isotopi stabili dell’azoto (15N) e del carbonio (13C) di quattro ammendanti compostati (compost): verde (ACV); misto (ACM); misto da digestato (ACMdig); e con fanghi (ACF) impiegati a 10 e 20 Mg sostanza organica ha-1 (L1; L2), è stata utilizzata per stimare l’utilizzo di N in loietto (15NRF) e la variazione della firma isotopica del C del suolo (13C‰). Come mostrato nella Fig. 1, al termine di un ciclo di coltivazione (112 gg), ACM dig e ACF presentavano le maggiori efficienze d’uso dell’N (15NRF: 9-16%), in accordo con il maggiore apporto di N-minerale. Nel suolo il 13C‰ era compreso tra -25,39 e -25,55 (controllo vs. NPK); tra -26,76 e -26,55 in ACV e ACMdig (Fig. 2), mentre ACF e ACM mostravano valori intermedi (-25,94; -26,06). Il 13C‰ nei vari trattamenti era legato da una relazione lineare con le emissioni di CO2, evidenziando una riduzione della capacità di conservazione del C nei prodotti meno stabili, influenzata dal livello di applicazione: maggiore era il ivello di applicazione di compost non completamente stabile, minore è risultato il C conservato nel suolo.

16

Sum

15

NRF (%)

14 12

16

28 56 84 112

14 12

10

10

8

8

6

6

4

4

2

2

0 ACV-L1 ACMdig-L1 ACF-L1

ACM-L1

0 ACV-L2 ACMdig-L2 ACF-L2

ACM-L2

Fig. 1 – Andamento cumulativo dell’azoto da fertilizzante (15NRF) determinato nei tessuti vegetali nel corso della coltivazione di loietto con i compost a confronto ai due livelli di applicazione (L1; L2).

-24,0 -25,6

1,2

( delta C%)

0,8

-25,8

-25,0

-26,0

-25,5

13

C (%)

1,0

-24,5

0,6

13

L1 L2

( delta C‰)

1,4

-26,0

y = 0,0016x - 31,299; R² = 0,72

-26,2 -26,4 -26,6

0,4

-26,5

-26,8

0,2

-27,0

-27,0 -27,2

0,0

-27,5 Ctrl

NPK

ACV ACMdig ACF

ACM

Ctrl

NPK

ACV ACMdig ACF

ACM

2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500 CO2 (mg kg-1)

13

Fig. 2 – Carbonio organico totale (C) e firma isotopica ( C‰) nel suolo al termine della coltivazione di loietto (112 gg), e sua relazione con le emissioni di CO2 in seguito ai trattamenti con i diversi compost ai due livelli di applicazione (L1; L2).

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Nuovi idrogeli umo-pectici per il rilascio controllato di agrofarmaci e biostimolanti Assunta Nuzzo1, Pierluigi Mazzei2, Marios Drosos3, Alessandro Piccolo1 1

Centro Interdipartimentale di Ricerca sulla Risonanza Magnetica Nucleare per l’Ambiente, l’Agroalimentare ed i Nuovi Materiali (CERMANU), Università di Napoli Federico II, Portici (NA), Italia 2 Dipartimento di Farmacia (DIFARMA), Università di Salerno, Fisciano (SA), Italia 3 Institute of Resource, Ecosystem and Environment of Agriculture (IREEA), Nanjing Agricultural University, Nanjing, China

In un’agricoltura sostenibile e di precisione la somministrazione di agrofarmaci e biostimolanti alle colture vegetali dovrebbe essere effettuata evitando quelle pratiche agricole inefficienti che comportano una dissipazione nociva e costosa di prodotti chimici nell’ambiente. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di ottenere delle nuove formulazioni di idrogeli a base di pectina e sostanze umiche o umo-simili che possano agire da veicolanti di agrofarmaci e biostimolanti e che, una volta applicati alle colture vegetali, siano in grado di determinare un rilascio lento e controllato di tali sostanze. Gli idrogeli sono stati ottenuti mediante gelazione ionotropica miscelando una pectina a basso grado di esterificazione con sostanze umiche estratte da diverse biomasse compostate o sostanze umo-simili provenienti da scarti lignocellulosici di bioraffineria depolimerizzati. La caratterizzazione degli idrogeli è stata effettuata mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare allo stato solido 13C NMR, microscopia elettronica a scansione (SEM), risonanza magnetica per immagini (MRI) ed analisi reologica. Infine, allo scopo di verificare la capacità di rilascio controllato dei nuovi materiali, è stata monitorata la cinetica di rilascio del floroglucinolo in acqua, previa incorporazione negli idrogeli. I nostri risultati hanno indicato che gli idrogeli preparati con pectina e sostanze umo-simili mostravano una migliore proprietà di rilascio controllato nel tempo rispetto agli idrogeli ottenuti con pectina e sostanze umiche e ciò, probabilmente, è dovuto al maggiore contenuto di oligosaccaridi, alla minore porosità e alla maggiore densità di strutture “egg-box” negli idrogeli preparati con pectina e sostanze umo-simili. In conclusione, il nostro studio suggerisce che lo sviluppo di una tecnologia basata sull’impiego di idrogeli realizzati a partire da sostanze organiche naturali e scarti può rappresentare una promettente strategia per il rilascio controllato di composti bioattivi per i sistemi vegetali.

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Applicazione del biochar nelle strategie di recupero eco-compatibili di suoli e acque inquinati da agro-farmaci Maria Vittoria Pinna, Caterina Senette, Giovanni Garau Dipartimento di Agraria, Università degli Studi di Sassari, Sassari, Italia

L’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile, sottoscritta nel settembre 2015 dai governi dei 193 Paesi membri dell’ONU, ha un programma d’azione definito dai 17 Sustainable Development Goals (SDGs). Alcuni, tra i 17 obiettivi, riguardano la lotta al cambiamento climatico, la protezione della qualità delle acque, la lotta a deforestazione e desertificazione, il consumo e la produzione responsabili raggiungibili “dissociando la crescita economica dal degrado ambientale, aumentando l'efficienza delle risorse e promuovendo un’agricoltura sostenibile”. Il recupero del territorio è perciò fondamentale per proteggere l’ambiente “da un degrado che sta mettendo in pericolo gli stessi sistemi da cui dipende il nostro sviluppo futuro anzi la nostra stessa sopravvivenza”.

Per quanto riguarda l’inquinamento da prodotti agrochimici, tra le tecniche di bonifica ambientale i processi basati sull'uso di adsorbenti in grado di immobilizzare gli inquinanti nel suolo ed impedire la loro lisciviazione sembrano essere più promettenti delle tecnologie biologiche e chimiche. Tra le strategie messe in atto è incluso l'ammendamento del suolo con biochar, un sottoprodotto ricco di carbonio ottenuto dalla pirolisi di biomasse in assenza di ossigeno e ad alta temperatura. I dati riportati in letteratura dimostrano che il biochar aumenta la fertilità del suolo, la resa delle colture e il sequestro del carbonio, migliora la struttura del suolo ed è in grado di adsorbire i contaminanti organici. Infine, il biochar mostra attività catalitica in alcuni processi quali ad esempio l'esterificazione degli acidi grassi e la conversione del syngas in idrocarburi liquidi.

Pertanto, in questo lavoro, sono riportati i risultati relativi alla valutazione dell’applicazione di biochar nel: recupero di suoli, inquinati dagli erbicidi Fluazifopbutile, Terbutilazina e Triclopyr, provenienti dal bacino del fiume Litani (Libano) mediante l’uso di un biochar ottenuto da pirolisi di biomassa da quercia e acero; recupero di suoli, inquinati da Metolachlor, Terbutilazina e Mesotrione, mediante biochar ottenuti dalle stesse biomasse ma a diverse temperature di pirolisi;decontaminazione per via fotochimica di acque, inquinate da erbicidi solfonilureici, in presenza di un biochar solido ottenuto dalla pirolisi di biomassa da quercia e acero e un char liquido (hydrochar) ottenuto da insilato di mais.

I risultati ottenuti indicano che: l’addizione di biochar al suolo aumenta significativamente la ritenzione degli erbicidi esaminati; l’adsorbimento è isteretico e pertanto il rischio di lisciviazione risulta ridotto;differenti temperature di pirolisi producono biochar con differenti capacità di ritenzione, in particolare, il prodotto ottenuto ad alta temperatura risulta essere il più efficace nell’adsorbimento;a differenza del prodotto solido, l’hydrochar agisce da foto sensibilizzatore dimezzando il tempo di emivita dell’inquinante, i due char non hanno però un reale effetto fotocatalitico;benché le prestazioni del biochar dipendano sia dalle sue proprietà fisico-chimiche, che a loro volta dipendono dalle materie prime e dalle variabili del processo di pirolisi, che da quelle degli inquinanti, i char testati potrebbero essere applicabili in ecocompatibili strategie di recupero di suoli inquinati.

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Field evaluation of nitrate leaching: the role of fertilizers and soil microorganisms Bruno Rizzi1, Massimo Zilio1, Fulvia Tambone1, Piergiorgio Stevanato2, Andrea Squartini2, Fabrizio Adani1 1 2

Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali – DISAA, Università degli Studi di Milano, Italia Dipartimento di Agronomia, Animali, Alimenti, Risorse naturali e Ambiente – DAFNAE, Università degli Studi di Padova, Italia

Nitrate (NO3-) pollution of groundwater and surface water bodies is a widespread threat in developed countries, causing contamination of drinking waters and eutrophication of surface water bodies. Agriculture has been addressed as one of the main contributors to this phaenomena, due to the use of high nitrogen inputs of intensive agriculture and subsequent risk of leaching. The fate of nitrogen based fertilizers in field applications, both organic and inorganic, actually depends on a wide range of factors (chemical form of fertilizer, climate, metabolism of microbial communities, soil characteristics), so further studies are necessary to better clarify the speciation of nitrogen in the profile of agricultural soils.

Our study aims to the description of nitrogen speciation in different agricultural scenarios, during all the year, and on the correlation of such speciation with microbial metabolic activity; particular attention is given to the environmental fate of nitrate.

Experiment consists in a field cultivation of two crops, corn and rice, which differ from each other for growing season and cultivation technique. For each crop three treatments (high solids sewage sludge digestate fertilization, mineral fertilization and a non-fertilized control) are compared in triplicate.

Soil profile is investigated from surface to 100 cm depth, in 5 sampling times distributed during the agricultural season. Each layer of the soil profile is characterized in terms of nitrogen speciation (Ammonia, Nitrate, Total Kjeldahl Nitrogen, Organic Nitrogen), analysis which are integrated by a complete description by a chemical and physical point of view (Soil Texture, Water Content, temperature, pH, ORP, TOC, Assimilable Phosphorus).

Microbial activity in the soil profile is investigated using molecular-based approaches: quantitative polymerase chain reaction (qPCR) is used for the quantification of microbial genes, in particular those that are correlated with the transformations of nitrogen in soils.

Results by now shows that there is a possible risk of nitrate leaching only after fertilizations; however, nitrate concentrations in deeper layers of soil profile are very low (< 20 mg kg-1), with no differences between digestate, mineral fertilization and unfertilized soil.

The use of different fertilizations seems to have not an influence on the metabolic activity of soil microorganisms, but analysis are still ongoing, and will be integrated with studies of metagenomics to better describe the structure of soil microbial communities.

Described research work is funded and integrating part of Horizon 2020 Nutri2Cycle project (Grant Agreement no. 773682, https://www.nutri2cycle.eu/).

Data presented also affer to Horizon 2020 Systemic project (Grant Agreement no. 730400, https://systemicproject.eu/).

Special thanks to Acqua & Sole s.r.l., partners in Nutri2Cycle project, for their support in experimental fields management, and to University of Padua, DAFNAE, for their precious collaboration on molecular microbiology.

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Nanocompositi magnetici per l’efficace rimozione di agrofarmaci e contaminanti emergenti nelle acque Filomena Sannino1, Antonello Marocco2, Michele Pansini2, Serena Esposito3 Barbara Bonelli3 1

Dipartimento di Agraria, Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Italia Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica, Università degli Studi di CASSINO e del LAZIO MERIDIONALE, Italia 3 Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia, Politecnico di Torino, Italia, 2

L'acqua è una risorsa naturale, vitale per l'uomo e indispensabile per tutti gli ecosistemi. La crisi idrica, già esistente in alcune regioni del mondo, potrebbe diffondersi a seguito del crescente consumo e spreco di acqua, della irregolare distribuzione idrica nel pianeta, degli anomali cambiamenti climatici, e delle crescenti attività antropiche. Inoltre, la produzione, l’uso e lo smaltimento di numerosi prodotti chimici comunemente impiegati in medicina, nell’industria, e nell’agricoltura hanno portato alla diffusa presenza di inquinanti organici. Lo scarico incontrollato di tali sostanze nell'ambiente, anche se in bassissime concentrazioni contribuisce al loro accumulo in diversi compartimenti idrici con effetti potenzialmente dannosi per gli ecosistemi acquatici e per la salute umana.

Nell’ambito degli inquinanti organici, particolare attenzione va rivolta agli agrofarmaci ed ai contaminanti emergenti come gli interferenti endocrini, i prodotti per la cura e l’igiene personale e i composti farmaceutici.

Nel presente studio proponiamo l’uso di nanocompositi magnetici per il disinquinamento di acque da agrofarmaci (simazina) e antibiotici (sulfonilammide). Ci riferiamo ad una recente classe di adsorbenti magnetici la cui tecnica produttiva innovativa è protetta sia da un brevetto italiano (MI 2014 A 000522) che internazionale (PCT Int. Appl. Numero pubblicazione WO/2015/145230). Tali adsorbenti sono materiali compositi metallo-ceramici nanostrutturati, costituiti da una fine dispersione di particelle di dimensioni nanometriche di metalli magnetici quali Fe, Co e Ni, inserite in una matrice ceramica costituita principalmente da una soluzione solida di silice ed allumina amorfe. Questi materiali possono essere ottenuti a partire da zeoliti sia naturali, sia sintetiche mediante un processo semplice ed economico che si compone essenzialmente di due fasi: la prima consiste in una serie di scambi ionici operati sulle zeoliti in soluzioni acquose contenenti i cationi di interesse (Fe2+, Ni2+, Co2+ ed in taluni casi anche NH4+); la seconda di trattamento termico a temperature relativamente moderate, variabili tra i 600 e gli 850 °C in atmosfera riducente di H2/Ar. Il materiale ottenuto ha forma finemente granulare e le particelle metalliche in esso contenute gli conferiscono interessanti proprietà magnetiche.

I risultati ottenuti da prove di adsorbimento sia per la simazina che per la sulfonilammide hanno dimostrato che tali materiali magnetici sono capaci di rimuovere efficacemente entrambi gli inquinanti fino al 90%. La buona efficienza degli adsorbenti magnetici è confermata anche dai dati cinetici e dai risultati del processo iterativo di rimozione (processo ciclico). Inoltre, un breve trattamento termico in atmosfera inerte (creata da N2) o riducente (creato da H2 al 2.0% in volume in miscela di Ar) rende tali materiali riutilizzabili, dimostrando la facilità e la completezza di recupero del materiale esausto, parametri fondamentali in una logica applicativa di carattere industriale.

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Potenzialità applicative dei metaboliti secondari delle piante Giacomo Napolitano1, Simone Milan1, Sabino Aurelio Bufo1, Laura Scrano2 1

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata, Potenza, Italia Dipartimento delle Culture Europee e del Mediterraneo, Università della Basilicata, Potenza, Italia

2

Nel corso dei secoli gli esseri umani hanno compreso l’importanza delle piante sia per il soddisfacimento dei propri bisogni primari sia per. la protezione delle coltivazioni e per la cura delle malattie. Alcaloidi, steroidi, flavonoidi, terpenoidi, tannini sono alcune tra le sostanze, biologicamente attive, prodotte dagli organismi vegetali ed adoperate dall’uomo. I vegetali, infatti, sintetizzano una grande varietà di composti organici attraverso vie metaboliche che utilizzano prodotti intermedi del metabolismo primario (Figura 1).

Questo metabolismo, detto secondario, può variare da specie a specie vegetale, ed è condizionato da diversi fattori (suolo, disponibilità di acqua, clima). Differenti metaboliti secondari si formano prevalentemente durante il periodo di accrescimento del vegetale, cioè quando le trasformazioni metaboliche raggiungono la massima attività, e si localizzano preferenzialmente in alcune parti della pianta.

Solanum nigrum L., Volutaria lippi L., Moricandia harvensis L., Armoracia rusticana L., Cannabis sativa L., Cornus capitata Wall. ex Roxb., Cyperus esculentus sono alcune delle piante dei cui estratti abbiamo testata la bioattività dopo una caratterizzazione chimica, condotta utilizzando la cromatografia liquida accoppiata con la spettrometria di massa micrOTOF-Q-II (Bruker Daltonik GmbH, Brema). Gli estratti hanno mostrato una differente attività in prove in vitro ed in vivo su batteri Gram + e Gram -, su funghi del genere Aspergillus spp. e Penicillium spp., e su alcuni insetti evidenziando una bioattività a volte più efficace e selettiva rispetto a composti di sintesi utilizzati come controllo. Alcuni estratti potrebbero essere anche validati per scopi terapeutici.

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The metabolome of olive xylem sap can reflect plant physiological status in response to differential agricultural practices Adriano Sofo1, Fabrizio Araniti2, Luigi Lucini3 1

Dipartimento delle Culture Europee e del Mediterraneo: Architettura, Ambiente, Patrimoni Culturali (DiCEM), UniversitĂ degli Studi della Basilicata, Matera; 2 Dipartimento di Agraria, UniversitĂ Mediterranea di Reggio Calabria, Reggio Calabria; 3 Chimica Agraria, Alimentare ed Ambientale, UniversitĂ Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza.

Metabolomic analysis was carried out on the xylem sap (XS) of olive plants (Olea europaea L.) from different groves located in Southern Italy (Basilicata and Puglia regions). The treatments considered included different soil types, topologies, climates, soil, and plant management systems (organic, sustainable, or conventional). The XS was extracted from olive shoots at different sampling times during the year using a modified Sholander pressure-bomb chamber (Fig. 1), and its metabolome analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) (primary metabolism) and by ultra-high-performance liquid chromatography (UHPLC) coupled to a hybrid quadrupole-time-of-flight mass spectrometer (QTOF-MS) (secondary metabolism). Significant differences, in terms of metabolite numbers and abundances, were found both for primary and secondary metabolites in plants subjected to different environmental conditions (Fig. 2). Among the identified metabolites of XS, more than half were involved in the primary metabolism, such as amino acids, organic acids, soluble sugars, and sugar alcohols, some of them with a well-known role as osmoprotectants or involved in plant growth and development. On the other side, the discriminating secondary metabolites found in XS were mainly involved in plant chemical defense (e.g., phenols, antibiotics, and phitoecdysones), growth regulation (e.g., cytokinins, abscisic acid, gibberellins, jasmonates, strigolactones, and brassinosteroids) and signal transduction (e.g. signaling lipids and precursors of phosphatidic acid), or they were pigments (e.g., retinols and carotenoids) or waste products derived from partially metabolized xenobiotics. The most prevailing classes of secondary compounds included terpenoids, phytohormones, alkaloids, sterols/steroids, retinols/retinoids, tocopherols, and carotenoids. The XS of a tree crop contains not only water and inorganic minerals but also a wide range of organic metabolites, whose number and abundance significantly respond to soil use changes. Our results could lead to a better understanding of the ability of plants to overcome environmental stressors and enhance their resistance and resilience against them.

Fig. 1. The modified Sholander pressure chamber.

Fig. 2. PCA of the differential XS primary metabolites

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Composting of agro-industrial wastes by black soldier fly (Hermetia illucens) larvae: preliminary results Adele Muscolo1, Orlando Campolo1, Francesca Laudani1, Vincenzo Palmeri1, Agostino Sorgonà1 1

Dipartimento Agraria, Università “Mediterranea” di Reggio Calabria, Italia

The insect-assisted composting by black soldier fly (Hermetia illucens L.) (BSF) larvae was commonly used for the management of organic wastes from different sources. However, no experiments focused on solid biowaste constituted by dry olive cake (DOC) mixed with chicken manure (CM) and olive leaves (OL). The insect-assisted composting process of these agro-industrial wastes was the objectives of the research projects, “Biocompostaggio degli scarti dell’industria agroalimentare mediata da insetti: sviluppo di un processo innovativo di bioconversione e valorizzazione” - POR CALABRIA FESR-FSE 2014-2020 Azione 1.2.2 funded

by Regione Calabria. In particular, this study reported the preliminary results related to the specific physico-chemical parameters of a continuous BSF composting system used for the bioconversion of different mixture ratios of DOC+CM+OL wastes and the phytotoxicity of the best performant mixtures. For the composting process, we used a glass container (5 L) filled with the agro-industrial wastes (1.5 Kg) inoculated with larvae (7 days old) of H. illucens (20 g larvae/ 1 Kg wastes) and placed in a climatic chamber (27°C, 60% RH). In particular, the mixture ratios were the followings: M (100% fresh chicken manure), OC (100% dry olive cake), MIX0 (CM:DOC:OL, 45:45:45, w/w), MIX1 (CM:DOC:OL, 75:25:0, w/w), MIX2 (CM:DOC:OL, 70:20:10, w/w), MIX3 (CM:DOC:OL, 20:70:10, w/w), MIX4 (CM:DOC:OL, 30:30:40), MIX5 (CM:DOC:OL, 50:50:0, w/w), MIX6 (CM:DOC:OL, 25:75:0, w/w) and the control (feeding media standard for larvae). Three replicates for each treatment were considered. At 15 days of composting, the humidity, pH, electrical conductivity, organic matter, organic C and total N were measured and the three best performant compost (MIX0, MIX3 and MIX6) were used for the phytotoxicity assays as indicated by the UNICHIM N. 1651/2003 method. The results pointed out that 1) only the MIX0, MIX3 and MIX6 showed all the physico-chemical values within the mandatory limits as indicated by the Italian legislation (dlgs. no. 75/2010 and followings) and 2) only the MIX0 produced a lower phytotoxicity in terms of both germination index and root elongation, while the absence of phytotoxic substances of MIX3 and MIX6 was only observed in root elongation assay.

A B

Figure 1 – A) Adult of H. illucens, B) larvae of H. illucens in action on biowaste solids, and C) biowastes residues after the composting process.

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Valutazione delle fonti di contaminazione delle falde acquifere da fitofarmaci nei vigneti collinari del Nord Italia Nicoleta Suciu1,2, Camilla Farolfi 1,2, Roberta Zambito Marsala1,2, Elisabetta Russo3, Marcello De Crema3, Emanuela Peroncini3, Fausto Tomei3, Gabriele Antolini3, Marco Marcaccio3, Vittorio Marletto3, Ruggero Colla4, Antonio Gallo5, Ettore Capri2 1

Università Cattolica del Sacro Cuore, Department for Sustainable Food Process, Via Emilia Parmense 84, 29122 Piacenza (PC), Italy.

2 OPERA, Università Cattolica del Sacro Cuore, Via Emilia Parmense 84, 29122 Piacenza (PC), Italy.

3 ARPAE – Regional Agency for Prevention, Environment and Energy of Emilia-Romagna, via Po 5, 40139-Bologna; 4 Phytosanitary consortium of Piacenza, Via Cristoforo Colombo 35, 29122 Piacenza (PC), Italy 5 Università Cattolica del Sacro Cuore, Department of Animal Science, Food and Nutrition (DIANA), Via Emilia Parmense 84, 29122 Piacenza (PC), Italy.

In Europa, il 25% delle acque sotterranee hanno un cattivo stato chimico. Una delle principali sorgenti di contaminazione è l'agricoltura, con i nitrati e i prodotti fitosanitari (PPPs) causando, rispettivamente, la contaminazione del 18% e del 6,5% dei corpi idrici sotterranei (per area). La legislazione dell'UE per l'immissione dei PPPs sul mercato è una delle più rigorose al mondo. Tuttavia, recenti studi di monitoraggio nei vigneti collinari della valle del Tidone, nord-ovest dell'Italia, mostrano la presenza di PPPs utilizzati per la coltivazione della vite in 15 dei 26 pozzi monitorati, a valori superiori allo standard di qualità ambientale (SQA) per le acque sotterranee (0.1 μg/L). Tuttavia, non sono disponibili informazioni sulle fonti di contaminazione.

Pertanto, l'obiettivo del presente lavoro è quello di valutare le fonti di contaminazione delle acque sotterranee da parte dei PPPs, in un piccolo bacino con attività vitivinicola intensiva, raccogliendo e integrando dati di monitoraggio, dati sul movimento delle acque sotterranee e le caratteristiche territoriali.

I risultati mostrano che nei pozzi utilizzati per la preparazione della miscela fitoiatrica e il lavaggio delle macchine irroratrici, situati nel crinale, con una bassa pendenza e nessun movimento dell'acqua nel terreno circostante, la contaminazione è molto probabilmente di tipo puntiforme. Al contrario, per i pozzi situati in un'area recintata ai piedi della collina, lontani dai vigneti e utilizzati per la produzione di acqua potabile, la contaminazione è molto probabilmente di tipo diffuso. I risultati sono stati utilizzati per aumentare la consapevolezza sulla contaminazione delle acque sotterranee da PPPs tra gli agricoltori nell'area di studio; inoltre, è stata implementata in una demofarm locale una piattaforma impermeabile per il lavaggio degli atomizzatori, dotata di sistema di recupero e smaltimento delle acque reflue, in grado di evitare contaminazioni di tipo puntiforme. Inoltre, sono state organizzate diverse attività dimostrative con gli agricoltori dell'intera valle al fine di mostrarne la funzionalità e promuoverne l'uso diffuso.

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L’uso sostenibile della risorsa idrica nei sistemi risicoli: il caso studio della Lomellina Alice Tediosi1, Federico Ferrari1, Arianna Facchi2, Alice Mayer2, Enrico Chiaradia2, Michele Rienzner2, Marco Romani3, Marco Trevisan4 1

Aeiforia srl, Gariga di Podenzano (PC), Italia DiSAA, Università degli Studi di Milano, Milano, Italia 3 Ente Nazionale Risi, Centro Ricerche sul Risso (ENR-CRR), Castello d’Agogna (PV), Italia 4 DiSTAS, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza, Italia 2

I sistemi irrigui utilizzati in risicoltura hanno evidenziato criticità legate all’utilizzo razionale della risorsa idrica, quantomeno in alcuni areali geografici, a causa dei cambiamenti climatici e dell’aumentata competizione per l’uso dell’acqua tra diversi settori. Oltre a ciò, necessita sempre maggiore attenzione preservare standard qualitativi delle acque superficiali e delle acque di falda.

Il progetto MEDWATERICE esplora la sostenibilità di innovative strategie di irrigazione del riso in aziende pilota nel bacino del Mediterraneo, al fine di ottimizzare l’utilizzo della risorsa idrica e mitigare gli impatti ambientali degli agrosistemi a riso.

A tal scopo, presso il Centro Ricerche sul Riso a Castello d’Agogna (PV), è stata allestita una piattaforma sperimentale volta a monitorare a scala di campo gli effetti di tre diverse gestioni irrigue: la semina in acqua e successivo Alternate Wetting and Drying (AWD, cioè l’alternanza di momenti in cui la risaia è in sommersione e in asciutta) a partire dalla fase di accestimento, la semina in acqua e sommersione continua (WFL) e la semina interrata e sommersione ritardata alla 3a-4a foglia del riso (DFL). La valutazione include sia gli aspetti ambientali che quelli produttivi e copre due stagioni colturali (2019 e 2020).

I primi risultati relativi alla stagione 2019 hanno evidenziato che: - L’utilizzo irriguo per l’AWD è risultato inferiore alle altre due gestioni; - Da un punto di vista produttivo, il riso coltivato in regime di AWD non ha riscontrato alcun calo delle rese unitarie rispetto agli altri sistemi; - Da un punto di vista qualitativo, la gestione delle tesi in AWD ha inciso minimamente sulla resa globale della granella e sulla resa dei grani interi; - Relativamente alla qualità delle acque superficiali, in generale l’AWD ha mostrato concentrazioni di nutrienti in uscita più bassi (es. NH3, N totale, K). Tale risultato è da ricondursi alla limitata fuoriuscita delle acque dalle camere gestite con l’AWD. Nel complesso, quindi, la tecnica dell’AWD ha restituito risultati preliminari incoraggianti, sia per gli aspetti produttivi che per quelli relativi alla quantità e qualità dell’acqua impiegata e restituita al sistema. La sperimentazione è ancora in corso e approfondimenti saranno condotti durante tutta la stagione 2020. Infine, tramite approcci modellistici, i dati raccolti durante la sperimentazione a livello aziendale saranno estrapolati a livello di distretto irriguo per renderli maggiormente utilizzabili in processi decisionali di pianificazione, gestione e protezione delle risorse idriche.

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Monitoraggio e degradazione degli IPA presenti nei suoli dell’area rurale sulla sponda del lago inferiore di Mantova tra Porto Catena e diga Masetti attraverso approcci microbiologici e vegetali Diego Voccia1, Lamastra Lucrezia1, Mattia Agosti1, Simone Anelli2, Paolo Nastasio2, Pietro Iavazzo2, Marco Trevisan1, Edoardo Puglisi1 1 2

DiSTAS, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza, Italia Ente Regionale per i Servizi all’Agricoltura e alle Foreste, Regione Lombardia

Gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) sono degli inquinanti che si formano in seguito ad una incompleta combustione dei materiali a base di carbonio. Data la loro idrofobicità, tendono ad accumularsi facilmente nei suoli portando quindi un impatto negativo alla loro qualità. Tra i metodi di degradazione degli IPA dai suoli, quelli biologici sono quelli più a basso costo ed eco-friendly.

Nel seguente studio i suoli dell’area demaniale in esame sono stati trattati con l’obiettivo di valutare l’efficacia di un approccio di rimedio microbiologico e vegetale in suoli caratterizzati da livelli di contaminazione molto limitati. Sono stati isolati 3 ceppi ad alta efficienza di degradazione per gli IPA e sono stati applicati insieme a piante note per la loro efficienza di degradazione. Le prove di degradazione sono state condotte parallelamente in campo ed in vaso, testando piante e microorganismi da soli ed in interazione tra loro.

In entrambi i suoli monitorati (in campo e in vaso), l’estrazione degli IPA è stata effettuata tramite metodologia QuEChERS mentre l’estrazione della frazione biodisponibile è stata effettuata in soluzione acquosa con TENAX. L’analisi degli IPA è stata condotta in GC-MS abbinata ad un rivelatore di massa a quadrupolo. Gli IPA monitorati sono stati benzo[a]antracene, benzo[b]fluorantene, benzo[k]fluorantene, benzo[g,h,i]perilene, benzo[a]pirene, crisene, dibenzo[a,h]antracene, indeno[1,2,3-cd]pirene, pirene e dibenzo[a,l]pirene. A differenza di quanto atteso, il monitoraggio dei suoli ha evidenziato un aumento (non sempre statisticamente significativo) della concentrazione degli IPA sia totali che della frazione biodisponibile, sia per quanto concerne i suoli in campo che quelli in vaso.

Tale risultato può essere spiegato sulla base dell’aumento della frazione estraibile dai suoli in seguito ai trattamenti subiti. In letteratura è riportato ampiamente come per molti inquinanti la frazione estraibile possa cambiare nel tempo. Generalmente la frazione non estraibile degli inquinanti incrementa con il tempo di persistenza nei terreni risultando quindi significativa nel caso di vecchie contaminazioni dove la frazione non estraibile può superare il 50%. Di solito questa componente non estraibile viene studiata attraverso isotope-labeling. La frazione non estraibile è strettamente legata alla natura della matrice del terreno in cui gli inquinanti sono presenti ed è principalmente dovuta all’intrappolamento di questi ultimi all’interno di pori o attraverso veri e proprie interazioni di legame più o meno forti. Fenomeni di congelamento e scongelamento, cambi di temperatura in generale, l’uso di microorganismi e di piante, sono tutti possibili responsabili della variazione della frazione estraibile. Alla luce dei suddetti risultati e delle considerazioni riportate si ritiene opportuno estendere il monitoraggio dei suoli per almeno altri 6 mesi a riconferma delle supposizioni fatte. Questi ultimi due aspetti possono porre le basi per una valutazione del rischio scientificamente basta dell’area oggetto di studio.

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Monitoraggio nelle acque superficiali, di falda e della soluzione circolante di Clomazone e MCPA in risaie irrigate con i metodi WFL, DFL e AWD Diego Voccia1, Lamastra Lucrezia1, Terenzio Bertuzzi2, Alcie Tediosi3, Federico Ferrari3, Marco Romano5, Anna Facchi4, A. Ricciarelli5, Olfa Gharsallah4, Marco Trevisan1 1

DiSTAS, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza, Italia DIANA, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza, Italia 3 Aeforia s.r.l., Piacenza, Italia 4 Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali - Produzione, Territorio, Agroenergia, Università degli Studi di Milano, Milano, Italia 5 Ente Nazionale Risi, Milano, Italia 2

Nel presente studio vengono riportati i risultati di un monitoraggio degli erbicidi Clomazone e MCPA impiegati in risaie sperimentali irrigate attraverso metodi alternativi atti a ridurre gli sprechi d’acqua e ridurre i rischi ambientali associati alla produzione di riso. Tra i metodi di irrigazione alternativi sono stati adottati: il “Dry seeding and delayed FLooding” (DFL) e l’“Alternate Wetting and Drying” (AWD). Questi due metodi, sono stati messi a confronto con quello che è ritenuto il metodo di irrigazione classico, ossia il “Water seeding and continuous FLooding” (WFL). Il monitoraggio degli erbicidi è stato svolto attraverso analisi delle acque superficiali, di falda e quelle provenienti dalla soluzione circolante del suolo a due profondità differenti (20 e 70 cm). Le analisi sono state svolte preconcentrando i campioni con estrazione in fase solida (SPE) attraverso l’uso di cartucce Oasis® HLB. Gli erbicidi sono stati separati e quantificati attraverso HPLC-MS a triplo quadruplo attraverso un metodo con limite di quantificazione (LOQ) di 4 ppt per entrambi gli erbicidi e un recupero di estrazione che oscilla tra 85 e il 100% per MCPA e tra 80 e 100% per il Clomazone. I campionamenti sono stati effettuati in un periodo temporale che va da maggio a settembre 2019 mostrando dei picchi in concomitanza dei trattamenti, e, in generale, una concentrazione degli erbicidi nelle acque di falda sempre inferiore a 0.04 ppb per MCPA e inferiori a 0.01 ppb per il Clomazone.

L’andamento delle concentrazioni di entrambi gli erbicidi ha visto un calo nel tempo per tutti i trattamenti di irrigazione trattati e per tutti i campionamenti fatti. Nelle acque di superficie e di falda i risultati mostrano come il tipo di trattamento non influisce in modo sostanziale sulle concentrazioni al tempo di campionamento finale in tutti e tre i sistemi di irrigazione. Un discorso diverso vale invece per i risultati ottenuti dall’analisi delle soluzioni circolanti, in quanto è emerso come le concentrazioni più basse al tempo finale di campionamento si siano ottenute nel caso del campo irrigato secondo il sistema WFL.

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Ammonia and odour emissions following the use of digestates in agriculture M. Zilio*, A. Pigoli, B. Rizzi, F. Tambone, F. Adani Ricicla Group - Department of Agricultural and Agronomical Sciences - Production, Landscape, Agroenergy, Università degli Studi di Milano, Milan, Italy

The production and use of mineral fertilizers represent a growing problem on a global scale. Compared to 1960, the amount of mineral nitrogen fertilizers consumed globally every year has increased by 840%1. A valid alternative is represented by renewable fertilizers, which allow to recover nutrients from biowaste, avoiding the need to produce mineral fertilizers 2.

On the other hand, misuses of biowaste or derivatives as fertilizers can lead to pollution problems, such as the release of ammonia into the atmosphere3. Ammonia is responsible for water eutrophication, acid deposition, but above all for secondary particulate formation 4. The presence of particulates has been recently reported to be a direct cause of lung cancer and chronic diseases of the respiratory system5. In addition, another issue not to be underestimated are odorous emissions, which can cause disturbance in nearby areas, and drive people to refuse the use of renewable fertilizers6.

In this work, which is part of the EU H2020 SYSTEMIC project, we used digestate obtained as by-product from biogas production as fertilizer in a three-year open-field experiment. The ammonia and odour emissions after injection of digestate into the soil were monitored and compared with those derived from the use of urea.

The results showed that ammonia and odour emissions measured with the use of digestate and urea are very similar. However, the environmental conditions at the time of spreading could have a different impact on the amount of ammonia emitted by the two fertilizers.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

FAOSTAT. http://www.fao.org/faostat/en/#data/RF. Riva, C. et al. Short-term experiments in using digestate products as substitutes for mineral (N) fertilizer: Agronomic performance, odours, and ammonia emission impacts. Sci. Total Environ. 547, 206–214 (2016).

Clarisse, L., Clerbaux, C., Dentener, F., Hurtmans, D. & Coheur, P. F. Global ammonia distribution derived from infrared satellite observations. Nat. Geosci. 2, 479–483 (2009).

Renard, J. J., Calidonna, S. E. & Henley, M. V. Fate of ammonia in the atmosphere - A review for applicability to hazardous releases. J. Hazard. Mater. 108, 29–60 (2004).

Raaschou-Nielsen, O. et al. Air pollution and lung cancer incidence in 17 European cohorts: Prospective analyses from the European Study of Cohorts for Air Pollution Effects (ESCAPE).

Lancet Oncol. 14, 813–822 (2013).

Orzi, V. et al. Potential odour emission measurement in organic fraction of municipal solid waste during anaerobic digestion: Relationship with process and biological stability parameters. Bioresour. Technol. 101, 7330–7337 (2010).

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Un pensiero di uno dei Soci SICA che abbiamo voluto condividere in quanto riflette il particolare momento che stiamo vivendo: “L’organizzazione del Convegno annuale, in una fase incerta e complicata per tutti, dato che non era né dovuto né scontato, e che sarebbe stato molto più facile soprassedere e rinviare, ha dimostrato aldilà di ogni dubbio che la SICA è una comunità, e cioè qualcosa di più e di diverso da un mero aggregato di professionalità e di interessi accademici.”

Il Comitato Organizzatore

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