Valutazione di caratteri quantitativi per il miglioramento della produzione di biomassa in Populus alba L.

Abstract

Negli ultimi anni si sono sviluppate nuove linee di ricerca applicate al settore agro-forestale, finalizzate allo sviluppo delle migliori tecniche e alla selezione e al miglioramento genetico di materiale vegetale per la produzione delle biomasse ligno-cellulosiche. Questi studi sperimentali sono stati favoriti dalle necessità politiche generate dall’eccessivo consumo energetico dei Paesi industrializzati ed emergenti soggetti ad un intenso sviluppo economico ed al contemporaneo aumento dei costi delle fonti energetiche fossili. La scarsità di queste fonti, ed il loro implicito aumento di prezzo, sono la conseguenza della connaturata esauribilità di questi beni nel lungo periodo, della crescita significativa della domanda globale non supportata da un aumento di produzione nel breve e medio periodo, e delle continue tensioni politico-militari che si hanno in molti Stati produttori. Per la produzione delle biomasse in campo agro-forestale, le piantagioni forestali a turno breve(Short Rotation Forestry) potranno avere un ruolo significativo soltanto se le difficoltà, di natura tecnica ed economica, oggi riscontrabili in questo particolare settore dell’agricoltura, saranno affrontate e risolte. In Italia, le specie considerate utili per queste produzioni sono quelle a rapido accrescimento dei generi Eucaliptus L., Populus L. e Salix L.. Nei terreni considerati marginali si ipotizza l’impiego di Robinia pseudoacacia L.. Per quanto riguarda il genere Populus, gli obiettivi dell’attività di selezione e miglioramento genetico puntano ad ottenere un’elevata produzione, un rapido accrescimento e una maggiore tolleranza alle avversità biotiche ed abiotiche. Presso il Dipartimento di Scienze dell’Ambiente Forestale e delle sue Risorse (DiSAFRi) dell’Università della Tuscia, negli ultimi anni sono state realizzate collezioni di germoplasma di Populus, in particolare di Populus alba L. e Populus nigra L.. Il materiale genetico raccolto è stato sviluppato all’interno dell’Azienda Agraria dell’Università della Tuscia, le cui progenie hanno costituito famiglie di fratellastri (half sib). I singoli genotipi sono stati identificati per mezzo di un codice, il quale rende possibile l’identificazione della famiglia e della popolazione di appartenenza. Oltre alla conservazione ex situ, queste famiglie half sib risultano essere un’ottima base di partenza per studi di genetica delle popolazioni e di genetica quantitativa. I caratteri quantitativi, alla base della produzione delle biomasse ligno-cellulosiche, possono essere compresi attraverso lo studio delle progenie di prima generazione generate da genotipi di pioppo appartenenti alla medesima specie o a specie differenti. Conseguentemente, è stato generato un pedigree che racchiudesse la più ampia variabilità genetica della specie, utilizzando dei parentali provenienti da ambienti e latitudini molto diverse. Il pedigree di pioppo bianco, denominato POP4 (142 genotipi), studiato in quest’attività di ricerca, è stato ottenuto dall’incrocio dei parentali “14P11” e “6K3”, che fanno parte di popolamenti naturali ben distinti. Il “14P11” è il parentale femminile (♀), ed appartiene alla famiglia derivante dalla pianta madre 14P, originaria dell’Italia meridionale (Policoro, MT). Il “6K3” (♂), che appartiene alla famiglia 6K, è originario dell’Italia settentrionale (Carcare, SV). Nell’ambito del progetto di ricerca europeo, denominato POPYOMICS, tramite lo studio di questa progenie si tenta di valutare e comprendere l’importanza di alcuni caratteri quantitativi coinvolti nella produzione delle biomasse ligno-cellulosiche nella specie autoctona di P. alba. Quest’attività di ricerca si integra con studi di biologia molecolare necessari all’individuazione dei marcatori genetici coinvolti nell’espressione dei caratteri, utilizzando un’analisi QTL (Quantitative Trait Loci) finalizzata al miglioramento genetico e allo sviluppo della selezione assistita da marcatori molecolari (MAS). La sperimentazione è stata condotta in tre siti situati in Inghilterra, Francia ed Italia. Gli impianti sono stati realizzati e gestiti con gli stessi criteri tecnici. I caratteri valutati nella sperimentazione possono essere distinti in caratteri legati all’accrescimento e alla produzione, circonferenza, altezza, indice di volume, produzione di biomassa epigea, in caratteri legati alla morfologia della foglia, area fogliare e lunghezza del picciolo, ed in caratteri che descrivono la ramificazione delle piante, numero dei rami sillettici ed indice dei rami. Per raggiungere gli obiettivi preposti, la sperimentazione è stata condotta secondo un piano generale di lavoro ben definito. Tale piano è suddivisibile secondo queste fasi: 1. Collezione dei dati; 2. Correzione dei dati (individuazione degli outliers, trasformazione dei dati, aggiustamento spaziale dei dati); 3. Analisi dei dati intrasito (medie genotipiche aggiustate, ereditabilità individuale e genotipica, correlazione fra caratteri, eterosi); 4. Analisi dei dati intersito (componenti della varianza, correlazione fra siti per singoli caratteri).

In the last years new lines of search have been developed applied to the sour-forest field, finalized to the development of the best techniques and to the selection and the genetic improvement of material vegetable for the production of the biomass. These studies experience them have been favourite from the political necessities generated from the excessive energetic consumption of the Countries industrialize to you and emerged subject to an intense economic development and the contemporary increase of the costs of the fossil energetic sources. The sparsity of these sources, and their implicit increase of price, are the consequence of the inborn sparsity of these assets in along period, of the meaningful increase of the not supported total question from a production increase in the long and medium term, and of the continuous political-military tensions that have in many States producers. For the production of the biomass in sour-forest field, the forest plantations to short turn (Short Rotation Forestry) will only be able to have a meaningful role if the difficulties, of technical and economic nature, today found in this particular field of agriculture, will be faced and resolved. In Italy, the species considered useful for these productions is those to express increase of the kinds Eucaliptus L., Populus L. and Salix L.. In lands it considers marginal assumes the employment you of Robinia pseudoacacia L.. As far as the Populus genus of trees, it objects it you of the selection activity and genetic improvement heads to obtain a high production, an express increase and one greater tolerance to the stress. Near the Department of Forest Resources and Environment (DiSAFRi) of the University of the Tuscia, in the last years have been realized collections of germplasm of Populus, in particular of Populus alba L. and Populus nigra L.. The collected genetic material has been developed to the inside of the Agrarian Company of the University of the Tuscia, whose progeny have constituted families of stepbrothers (half sib). The single genotypes have been identifying to you for means of a code, which it renders the identification of the family and the population of belongings possible. Beyond to the former conservation ex-situ, these families half sib turn out to be an optimal line of departure for studies of genetics of the populations and quantitative genetics. The quantitative characters you, to the base of the production of the biomass, can be comprised through the study of the progeny first generation generated from genotypes of poplar pertaining to the same different species or species. Consequently, it has been generated pedigree that the widest genetic variability of the species enclosed, using of the coming from ancestral celebrations from atmospheres and various latitudes much. The pedigree of poplar white man, called POP4 (142 genotypes), studied in this activity of search, have been obtained from the crossing of the ancestral celebrations "14P11" and "6K3", that they make part of natural populations very distinguished. "14P11" it is the feminine parent (♀), and belongs to the family deriving from the plant mother 14P, original of southern Italy (Policoro, MT). "6K3" (♂), that it belongs to the family 6K, it is original of northern Italy (Carcare, SV). In the within of the European plan of search, called POPYOMICS, through the study of this progeny it is tried to estimate and to comprise the importance of some quantitative characters been involved you in the production of the biomass in the native species of P. alba. This activity of integral search with studies of necessary molecular Biology to the location of the genetic markers been involved in the expression of the characters, using an analysis QTL (Quantitative Trait Loci) finalized to the genetic improvement and the development of the selection assisted from molecular markers (MAS). The experimentation has been lead in three situated ones situates to you in England, France and Italy. The systems have been realize to you and managed with the same technical criteria. The characters estimated in the experimentation can be distinguished in characters legacies to the increase and the production, circumference, height, index of volume, production of biomass, in characters legacies to the morphology of the leaf, leaf area and length of the petiole, and in characters who describe the ramification of the plants, number of branches sylleptic and index of branches. In order to catch up he objects it to you places, the experimentation has been second lead a general plan of job very defined. Such slowly he is subdivided second this makes yourself: 1. Collection of the data; 2. Correction of the data (location of the outliers, transformation of the data, adjustment spaces them of the data); 3. Analyses of the data intra-site (medium fixed genotypic, hereditability characterize them and genotypic, correlation between characters, heterosis); 4. Analysis of the data inter-site (components of the variance, correlation between situated for single characters).