Tecniche innovative di propagazione e di caratterizzazione di specie e varietà di Opuntia e generi affini

The species of Opuntia genus, along with those of other genera of Cactaceae, are being more and more considered for their high water use efficiency according to their particular metabolism. These species are nowadays used in arid and semiarid environments for fruit production (prickly pears) and, mainly for biomass production to be used for animal feeding, but also as biomass and renewable energy source. In order to speed up their use in these sectors it would be very useful to take into account not only the Opuntia ficus-indica (Mill.) varieties currently spread into cultivation in Italy for fruit production, but also other species and varieties spread in other countries among which Brasil. The research activities developed within the ph.D course in Plant productivity in Mediterranean area focused on some aspects considered as relevant and preliminary for spreading in Italy as well as in other countries selected Opuntia species and varieties for biomass production. The considered aspects move from some bottlenecks of the sectors mainly dealing with the lack of suitable varieties, with the little knowledge about their genetic basis, and the need to develop a competitive nursery activity that could match requirements in terms of quality, of phytosanitary status and of availability of propagation material of the selected varieties for high density plantations. All of the above mentioned aspects could benefit of new protocols more performing than those currently used hampered by quantitative and phytosanitary constrains. In such a context a number of activities have been developed moving from the introduction in Italy of more than 20 selected genotypes coming from Instituto Agrônomico de Pernambuco (IPA) of Recife (Brasil). The new material has been checked for phytosanitary aspects, further propagated and planted at University of Catania experimental field. In order to identify, distinguish and allow future traceability of this material a genetic characterization has been performed by means of 8 microsatellite markers. The analysis allowed to identify relationships among the selected genotypes as compared to some already identified Opuntia species. This characterization appears to be very useful due to the specific taxonomic aspects of Opuntia species for which a high degree of genetic mixture has been reported, along with indeterminateness of systematics, also for the lack of suitable morphological descriptors. Another aspect of the research deals with the set up and evaluation of micropropagation protocols for Opuntia species and varieties using Temporary Immmersion Systems (TIS). With the aim of identifying the most suitable conditions in terms of culture medium, of microclimatic conditions and of system management (also in view of its automatization), a number of trials has been carried out that allowed to define specific protocols for a model variety (ARL) and the adopted for other interesting varieties (Gigante and Orelha de elephante mexicana). It is worth underlining that the protocol also encompasses acclimatization and some additional trials useful to increase production efficiency in the nursery and also to allow cuttings transportation without soil along a rather long period. On the whole the protocols allow the diffusion in time and space, and for relevant quantities, of selected propagation material certified for phytosanitary and genetic aspects. The amount of data obtained during the thesis work, ranging from the availability of new varieties, to their molecular characterization up the development of efficient propagation protocols, represent an important prerequisite for going on with the set up of high density plantations in which the selected varieties could be tested for their capability of producing biomass in different environmental conditions.

Le specie appartenenti al genere Opuntia e ad alcuni generi affini riscuotono crescente interesse per la loro elevata efficienza dell’uso dell’acqua che deriva dal loro particolare metabolismo; il loro utilizzo è suggerito in zone aride e semiaride non solo per la produzione di frutti ma anche per l’ottenimento di biomassa da destinare all’alimentazione animale e come risorsa energetica. Il lavoro condotto nell’ambito del Corso di dottorato di ricerca in Produttività delle piante coltivate in ambiente mediterraneo è stato incentrato su una serie di interventi individuati come preliminari rispetto alla possibile introduzione in coltura di specie e varietà di Opuntia che possano essere destinate alla produzione di biomassa. Gli interventi individuati si prefiggono l’obiettivo di intervenire su alcune criticità del settore, riguardanti la mancanza di idonee varietà, la ridotta conoscenza della loro base genetica, la necessità di avviare una filiera vivaistica che possa soddisfare le esigenze di qualità del materiale di propagazione per impianti ad elevata densità. Tutti gli aspetti sopra indicati devono avvalersi di protocolli di propagazione altamente efficienti alternativi a quelli attualmente diffusi, che presentano limiti quantitativi e di carattere fitosanitario. Pertanto sono state sviluppate una serie di attività, coerenti con l’obiettivo generale, e che hanno mosso dalla introduzione sul territorio nazionale di 23 genotipi tra quelli già selezionati da parte dell’Instituto Agrônomico de Pernambuco (IPA) di Recife (Brasile). Il nuovo materiale vegetale, previo controllo fitosanitario ed acclimatazione, è stato posto a dimora nel campo collezione destinato alle specie di Opuntia presso l’Azienda Agraria Sperimentale dell’Università degli Studi di Catania. Allo scopo di poter individuare e caratterizzare tale materiale in maniera univoca, nonché di consentirne la tracciabilità in futuro, è stata effettuata una caratterizzazione genetica di tutte le accessioni attraverso l’utilizzo di 8 marcatori microsatelliti. È stato possibile così individuare le relazioni tra i nuovi genotipi e le principali specie di Opuntia. Tale aspetto risulta di particolare interesse per le specifiche caratteristiche tassonomiche di queste specie per le quali esiste un elevato grado di commistione genetica ed anche di indeterminatezza del relativo inquadramento tassonomico, reso ancora più problematico dalla difficoltà di utilizzo di descrittori di tipo morfologico. Un altro aspetto fondamentale della ricerca ha riguardato la definizione e la valutazione di una serie di protocolli di micropropagazione per specie e varietà afferenti al genere Opuntia, attraverso l’utilizzo di sistemi ad immersione temporanea (TIS). A tal fine, allo scopo di individuare le migliori condizioni, soprattutto in termini di composizione del substrato, di caratteristiche microclimatiche dell’ambiente di coltura, nonché di parametri di funzionamento del sistema, anche in relazione alla possibilità di una sua quanto più possibile completa automazione, sono state allestite numerose prove sperimentali che hanno permesso la definizione di idonei protocolli per una varietà individuata come modello e, successivamente, adattati ad altre varietà di interesse. Degno di interesse appare il fatto che il protocollo previsto sia stato definito sino alla fase di acclimatazione prevedendo anche delle prove utili per aumentare l’efficienza produttiva nella filiera vivaistica, nonché per favorire il trasporto dei propaguli in assenza di substrato per un periodo di tempo ragionevolmente lungo. La mole di risultati ottenuti, che spaziano dall’incremento delle accessioni disponibili, alla caratterizzazione molecolare ed alla definizione di protocolli di propagazione ad elevata efficienza potranno consentire la realizzazione di impianti intensivi nei quali valutare la risposta delle varietà selezionate in termini di adattabilità e di produzione di biomassa.