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Compiti statutari
Miglioramento genetico e tecnica colturale dell’avena. L’attività della Sezione è indirizzata principalmente alle seguenti tematiche: a) lo sviluppo di programmi di miglioramento genetico finalizzati al rilascio di nuove varietà da immettere sul mercato nazionale (a seme vestito e a seme nudo); b) l’identificazione di parametri innovativi, tecnologici o chimici, per la selezione dei genotipi derivati dal breeding e la valutazione qualitativa della granella; c) caratterizzazione e conservazione di accessioni di avena, specie selvatiche o biotipi.
Cenni storici La Stazione Fitotecnica di Badia Polesine dell’Istituto Nazionale di Genetica per la Cerealicoltura fu istituita da Strampelli, che la affidò al dr. Dall’Aglio, già direttore della Stazione Fitotecnica di Montagnana, sempre dello stesso Istituto. L’attività di ricerca portò ad alcuni risultati importanti: il rilascio dei frumenti Tildamir, derivati da ibridazione interspecifica con T. timopheevi, resistenti all’oidio e alle ruggini, e l’erba medica Ezelina, ancora oggi coltivata in alcuni areali in Italia. Con la morte del dr. Dall’Aglio, all’inizio degli anni ’70, l’attività della Sezione di Badia è andata diminuendo fino in pratica ad annullarsi. Nel 1980, allo scopo di coprire una carenza nei programmi dell’Istituto, il comitato scientifico invitò l’allora direttore dr.ssa Pezzali ad avviare un programma di breeding sull’avena. La mancanza di una sede adeguata ha fatto sì che nel 1998 la Sezione di Badia fosse spostata formalmente nella sede della Sezione di Bergamo, che ha messo a disposizione alcuni uffici, l’accesso alle attrezzature dei laboratori e parte dei campi aziendali per le prove agronomiche. Nonostante la ridotta disponibilità di personale (un solo ricercatore di ruolo) e di attrezzature, l’attività di ricerca ricopre diversi settori: coordinamento della rete di prove agronomiche nazionali che coinvolge le varietà commerciali italiane; caratterizzazione chimica della granella di avena, con speciale riguardo ai composti con significato funzionale per la zootecnia e l’alimentazione umana; mantenimento di una collezione di oltre 700 accessioni, provenienti da 34 Paesi; sviluppo di programmi di breeding per la selezione di varietà a seme vestito e a seme nudo. Dall’attività di miglioramento genetico sono state ottenute tre varietà di avena: Marisa, a seme rosso, registrata nel 1996; Bionda, a granella chiara, registrata nel 2003, che si è segnalata immediatamente come una delle varietà più produttive in tutti gli areali, oltre ad avere buona qualità merceologica; TeoBD40, a seme nero, anch’essa registrata nel 2003, che sembra possedere le caratteristiche adatte per essere utilizzato con successo come foraggio. La caratterizzazione chimica delle varietà e breeding lines a seme nudo ha invece portato, in collaborazione con la Sezione di Merceologia dei Prodotti (Roma), allo sviluppo di un prodotto alimentare innovativo: una pastina ottenuta dalla miscela di semola di grano duro e farina di avena, con caratteristiche nutrizionali (in termini di proteine, grassi e fibre) superiori a quelle delle pastine di sola semola. I risultati delle ricerche di questi ultimi anni sono stati presentati a due convegni internazionali dedicati specificatamente all’avena (3rd European Conference on Functional Properties on Oats, Svezia, 2001 e 7th International Oat Conference, Finlandia 2004), a cui l’Istituto Sperimentale per la Cerealicoltura ha partecipato per la prima volta. In generale, si è osservato di recente un rilancio della coltura, che sta attirando un interesse mai osservato in passato, come è testimoniato dal numero di varietà nuove iscritte al Registro in questi ultimi anni, dalle richieste in aumento di seme di avena, soprattutto per la coltivazione biologica, e naturalmente dall’interesse per l’utilizzo dell’avena come materia prima per la produzione di alimenti con un maggiore valore nutrizionale.
Ricerche svolte negli ultimi 10 anni
Gli interessi scientifici ed operativi della Sezione negli ultimi 10 anni sono stati indirizzati alle seguenti tematiche: miglioramento genetico dell’avena; costituzione di varietà di avena a seme nudo; organizzazione e coordinamento di prove agronomiche sperimentali sul territorio nazionale; valutazione qualitativa della granella di avena mediante la determinazione di parametri chimici con significato funzionale.
Linee di ricerca: - Miglioramento genetico dell'avena - Costituzione di varietà di avena a seme nudo - Prove nazionali avena - Valutazione qualitativa della granella di avena
Miglioramento genetico dell’avena
Contesto tecnico scientificoL’avena è sempre stata in passato un cereale di importanza marginale in Italia, in ragione del suo impiego quasi esclusivamente zootecnico. Il fattore agronomico che ha rallentato per molto tempo la diffusione di questa specie è stata la scarsa produttività, inferiore alle rese potenziali di frumento e orzo. A questo va aggiunto l’utilizzo tradizionale di popolazioni locali e la mancata realizzazione di programmi di breeding finalizzati. Da alcuni anni a questa parte, però, l’interesse per l’avena ha ripreso a crescere, e si è registrata l’introduzione sul mercato di varietà nuove, per la maggior parte selezionate in Italia, con caratteristiche agronomiche e merceologiche superiori a quelle delle varietà più vecchie. La possibilità di investire ad avena superfici più estese, recuperando aree poco utilizzate, e la possibilità di trovare un mercato più ampio, con nuovi impieghi per questa coltura, ha dato un grosso impulso ai programmi di breeding per il rilascio di nuove varietà.
Metodi utilizzati
- Incroci in campo - Moltiplicazione in file-spiga secondo il metodo pedigree e selezione - Prove preliminari in parcelle non replicate - Prove agronomiche in parcelle replicate, in una o più località, e valutazione delle rese - Valutazione merceologica della granella (peso ettolitrico, peso mille semi) - Analisi spettroscopica (NIRS) per la determinazione dei principali componenti chimici della granella: proteine e lipidi - Valutazione tecnologica della resa alla decorticazione - Analisi elettroforetica (A-PAGE, SDS-PAGE) per la valutazione della uniformità genetica delle linee in selezione Risultati
I programmi di breeding sull’avena presero l’avvio nel 1980, con una ampia serie di incroci tra varietà coltivate, italiane od estere, ottenute tramite collaborazioni con altri Istituti di ricerca. Attualmente il programma di incroci prosegue selezionando come parentali accessioni appartenenti a specie diverse (A. barbata, A. byzantina), che possano introgredire nel materiale coltivato caratteri favorevoli, oppure varietà di A. sativa di riconosciuta qualità merceologica e buona capacità produttiva. I principali criteri di selezione adottati in questi anni sono stati: precocità di maturazione: taglia contenuta; resistenza all’allettamento; resistenza a ruggini e oidio; fertilità della pannocchia; caratteristiche del seme (merceologiche e chimiche). Da tale attività di selezione è stato ottenuto un primo genotipo di pregio agronomico e qualitativo, iscritto al Registro Varietale nel 1996 col nome di Marisa. Altre due linee derivate dai programmi di breeding sono state registrate nel 2003, con il nome rispettivamente, di Bionda e Teo BD40, e sono attualmente in commercio sul mercato italiano.
Costituzione di varietà di avena a seme nudo Contesto tecnico scientificoDai risultati di recenti ricerche mediche appare confermato il ruolo dei prodotti alimentari derivati dall’avena nel controllo e nella prevenzione di alcune patologie dismetaboliche. La produzione di alimenti a base di avena, però, richiede l’impiego di varietà a seme nudo, più facilmente trasformabili perché prive della frazione fibrosa delle glume. All’estero molte istituzioni hanno avviato di recente programmi finalizzati alla costituzione di varietà a seme nudo; in Italia, invece, non sono attualmente disponibili sul mercato varietà a seme nudo. I fattori che hanno rallentato la diffusione delle varietà a seme nudo sono: rese più basse rispetto agli altri cereali, anche rispetto alle avene a seme vestito; seme non protetto dalle glume, perciò più facilmente soggetto a rotture durante la trebbiatura, con conseguente sviluppo di rancidità durante lo stoccaggio; piante più alte, più soggette perciò all’allettamento. Inoltre, il carattere seme nudo, controllato da un singolo gene parzialmente dominante e da 3 o 4 geni modificatori, è soggetto ad una forte interazione con l’ambiente di coltura, in particolare con le temperature nella fase di granigione, e non viene perciò sempre completamente espresso, lasciando una percentuale di semi rivestiti dalle glume. La Sezione di Badia Polesine ha portato avanti negli ultimi anni un programma di breeding per le varietà a seme nudo, allo scopo di selezionare i materiali più adatti per la trasformazione nell’industria alimentare. Metodi utilizzati
- Incroci in campo
- Moltiplicazione in file-spiga secondo il metodo pedigree e selezione - Prove preliminari in parcelle non replicate - Prove agronomiche in parcelle replicate (in una o più località) e valutazione delle rese - Determinazione di parametri chimici della granella per via umida: proteine, lipidi, frazioni fibrose (solubile ed insolubile)
Risultati Uno degli approcci più utilizzati nei programmi di miglioramento genetico per le avene a seme nudo è quello di utilizzare come parentale in ogni incrocio una varietà a seme vestito, che serva ad introdurre nella progenie caratteri agronomici più favorevoli, soprattutto in termini di resa. Le progenie ottenute dagli incroci realizzati negli ultimi anni sono state selezionate in campo ed in seguito moltiplicate in parcella. La produttività di queste linee è risultata più elevata rispetto a quella della varietà Nave, l’unica presente in Italia per molti anni, e anche le caratteristiche merceologiche si sono rivelate migliori. Sono state realizzate anche prove agronomiche finalizzate a valutare le migliori condizioni colturali per la moltiplicazione di questo materiale, prendendo in considerazione epoche diverse di semina, differenti precedenti colturali e livelli di concimazione. Particolare attenzione è stata rivolta alla valutazione, nella granella, di parametri chimici con significato funzionale, soprattutto i componenti della frazione solubile delle fibre (b-glucani), a cui viene attribuito il ruolo di protezione da malattie cardiovascolari. Alcune di queste linee sono state selezionate e utilizzate in impianti pilota per l’estrusione di paste prodotte con miscele di semola e avena, ed in seguito per la preparazione di paste al 100% di avena.
Prove nazionali avena Contesto tecnico scientificoA partire dalla stagione 1989-90 la Sezione ha avviato una rete di prove nazionali di confronto varietale, analogamente a quanto viene realizzato per gli altri cereali, allo scopo di valutare la potenzialità produttiva delle nuove varietà, in diversi ambienti pedoclimatici. Le località delle Prove Nazionali sono allestite, in dieci regioni distribuite nel Nord, Centro e Sud Italia, e ospitano semine autunnali o primaverili. Il numero delle varietà inserite nelle prove è aumentato negli anni, a conferma dell’interesse crescente di costitutori e ditte sementiere. La Sezione si occupa di scegliere le varietà in prova, preparare e distribuire ai collaboratori le buste e gli schemi di campo per la semina. Dopo la raccolta, la Sezione raccoglie i dati rilevati, li elabora statisticamente e prepara una sintesi dei risultati delle prove, che viene pubblicata su riviste specializzate. Metodi utilizzati
Preparazione degli schemi di campo (blocchi randomizzati) per i collaboratori
Prove parcellari replicate
Raccolta dati agronomici (data di fioritura, altezza pianta, percentuale di allettamento, presenza di fitopatie, danni da freddo) Valutazione delle rese Valutazione merceologica della granella (peso ettolitrico e peso mille semi) Elaborazione statistica dei risultati e formulazione di liste di raccomandazione varietale per areali di coltivazione Risultati
I risultati degli ultimi anni di sperimentazione hanno mostrato un significativo aumento delle rese parcellari, dovuto soprattutto all’introduzione di nuove varietà più produttive. E’ interessante notare che tra le varietà più produttive e con migliori caratteristiche merceologiche si ritrovano quelle ottenute dai programmi di breeding realizzati dall’ISC su progetti finanziati dal Ministero per le Politiche Agricole (Primula, Bionda, Genziana). La realizzazione della rete di prove sperimentali ha dimostrato di essere utile nel rilanciare e sostenere la diffusione di questa coltura.
Valutazione qualitativa della granella di avena Contesto tecnico scientifico Fino a qualche anno fa le informazioni relative alla composizione chimica della cariosside di avena erano pressoché inesistenti, a causa dello scarso impatto di questa coltura sulla realtà agricola e commerciale italiana. Il potenziale utilizzo dell’avena nell’alimentazione umana, d’altra parte, rende necessaria l’identificazione di parametri per determinare il valore nutrizionale della granella. La cariosside dell’avena ha un tenore proteico più elevato rispetto agli altri cereali, e una più alta percentuale di aminoacidi essenziali (soprattutto lisina). I lipidi, anch’essi abbondanti, sono costituiti per la maggior parte da acidi grassi polinsaturi, più facilmente assimilabili. La frazione delle fibre (in particolare le fibre solubili, i β-glucani) può aiutare a prevenire l’insorgere di malattie cardiovascolari. Infine, l’avena risulta particolarmente ricca di sostanze a funzione antiossidante, che hanno un ruolo nel proteggere l’organismo da malattie degenerative e patologie legate all’età. Metodi utilizzati
Sviluppo di curve di calibrazione NIRS specifiche per la determinazione dei maggiori parametri chimici e tecnologici della granella di avena: tenore in proteine e lipidi, percentuale delle frazioni fibrose nelle glume, valutazione della resa alla decorticazione. Analisi del contenuto di azoto (metodo Dumas) e di lipidi (metodo Soxhlet) nella granella Decorticazione Analisi spettroscopica nel vicino infrarosso (NIRS) Analisi cromatografica (HPLC) di antiossidanti Determinazione delle componenti della fibra (ADF, NDF, lignina) Risultati
Le varietà italiane a maggior diffusione sono state caratterizzate in questi ultimi anni sulla base della loro composizione chimica: proteine, lipidi, fibra dietetica, β-glucani e, più recentemente, molecole antiossidanti (tocoferoli e tocotrienoli). La quantificazione di questi parametri è stata realizzata per via umida, e ha consentito allo stesso tempo di sviluppare curve di calibrazione NIRS specifiche per questi parametri. Sono stati determinati anche parametri tecnologici, quali ad esempio la resa alla decorticazione. La frazione delle glume è stata inoltre caratterizzata relativamente alla percentuale delle componenti della fibra: ADF, NDF e lignina. Una ampia variabilità è stata osservata per molti dei caratteri analizzati, e questo consente di scegliere con più efficacia le diverse varietà di avena in relazione alla loro finalità d’uso (zootecnia o industria alimentare).
Collaborazioni INTERNAZIONALI
Con la D.ssa Zechner del Saatzucht Edelhof (Austria) si è aperta da alcuni anni una collaborazione che consente uno scambio di materiale (varietà commerciali), allo scopo di testare la produttività di alcune varietà austriache in diverse località italiane, e allo stesso tempo di valutare la cold resistance delle varietà italiane nelle condizioni invernali in Austria.
NAZIONALI La Sezione di Badia Polesine si avvale della collaborazione con Enti privati e pubblici (ad esempio agenzie regionali o Università) e di altre sezioni dell’Istituto per la realizzazione della rete sperimentazione delle Prove Nazionali Avena. La collaborazione con il laboratorio di chimica della Sezione di Bergamo (dr. Berardo) consente di effettuare le analisi spettroscopiche (NIRS) e cromatografiche (HPLC) della granella. In collaborazione con la sezione di Merceologia dei Prodotti (D.ssa Sgrulletta e D.ssa De Stefanis) vengono realizzate le analisi per la caratterizzazione chimica della granella di genotipi di avena a seme nudo: tenore in proteine e lipidi; percentuale di fibra solubile ed insolubile (β-glucani); tenore in fibra dietetica totale. Nell’ambito della stessa collaborazione, è stata messa a punto la procedura per lo sviluppo di un prodotto innovativo (pasta alimentare a base di avena). Recentemente, si è aperta una collaborazione con l’Università di Milano, sezione di Farmacologia, per la valutazione del rischio di tossicità dell’avena nei confronti dei pazienti affetti da morbo celiaco.
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