Interventi genetici ed agronomici per la costituzione e la valorizzazione di genotipi di carciofo ad alta resa in “seme” per la produzione di olio

Abstract

Molte piante accumulano lipidi nei semi o nei frutti, come materiale di riserva altamente energetico. Questi grassi sono utilizzabili dall’uomo per usi alimentari, come olio o margarina, e industriali (saponi, lubrificanti, solventi ecc.). Solo alcune specie (olivo, girasole, mais, colza, ricino, ecc.) sono attualmente impiegate per produrre olio destinato ad uso alimentare o industriale e cioè specie che sono state sottoposte ad un intenso lavoro di miglioramento genetico. Tenendo conto delle caratteristiche nutraceutiche dell’olio di carciofo, riportate in bibliografia, nel triennio 2008-2010 è stato attuato un programma di ricerca per verificare la possibilità di ottenere elevate produzioni di semi e di qualità anche in carciofo. Allo scopo sono state condotte delle prove sperimentali sia in Italia che negli Stati Uniti, e più precisamente presso il Centro sperimentale ARSIAL di Cerveteri, l’Azienda didattico-sperimentale dell’Università degli Studi della Tuscia e i campi sperimentali della Big Heart Seed (Brawley, CA). L’attività ha riguardato le seguenti tematiche di ricerca: studio dell’impollinazione; costituzione di linee e ibridi F1 caratterizzati da alta resa in seme; ed infine le caratteristiche quali-quantitative dell’olio di semi dei genotipi in prova. Lo studio della la tecnica di impollinazione in carciofo ha evidenziato, sia per quanto riguarda l’ottenimento di seme ibrido F1 in ambiente confinato sia per incrementare la resa ad ettaro in acheni, che è necessario dislocare delle arnie nei pressi della coltura e, soprattutto per i maschio-sterili, trattare le infiorescenze con una soluzione zuccherina contenente il 10% di saccarosio in quanto determina un incremento delle visite dei fiori da parte degli insetti pronubi. L’utilizzo del pennello e lo sfregamento diretto del capolino sono risultate tecniche particolarmente valide quando la pianta da impollinare si trova lontana dalla pianta porta polline, ad esempio in un altro campo o all’interno di un altro isolatore. È stato inoltre osservato che per ottenere elevate rese in seme, occorre utilizzare varietà o ibridi con un elevato vigore, non tanto espresso come dimensioni della pianta ma come produzione di polline e numero di capolini a pianta. A questo riguardo i risultati ottenuti hanno evidenziato l’importanza di conoscere l’effetto della depressione da inbreeding in carciofo, al fine di ottenere linee uniformi e stabili ma anche con un buon vigore vegetativo. Pertanto, questi risultati uniti all’alto livello di allogamia osservato in carciofo (96%), dimostrano la propensione di questa specie all’alloincrocio, tipico delle specie prevalentemente allogame. La produzione di seme per capolino non è stata influenzata dai rapporti tra maschio-fertili e maschio-sterili adottati all’interno dell’isolatore. Questo sta ad indicare che all’interno dell’isolatore per massimizzare le rese in acheni dei maschio-sterili, non è necessario mantenere elevati rapporti Mf:ms perché il rapporto più basso (1:10) utilizzato nella prova non ha fatto registrare livelli produttivi statisticamente diversi da quelli ottenuti con rapporti maggiori. Questo dimostra che la produzione di polline di un maschio-fertile è in grado di assicurare la completa fecondazione di almeno 10 maschi-sterili. C’è comunque da tener conto che la produzione di polline dipende dal genotipo e dall’ambiente, nonché dalla loro interazione, e che quindi, questi risultati possono dare un’indicazione sulla proporzione di Mf e ms da utilizzare all’interno degli isolatori, anche se va precisato che altri genotipi potrebbero avere dei rapporti ottimali diversi. L’impiego di linee e di cloni maschio-sterili uniformi e stabili, ottenuti proseguendo il lavoro di selezione e di incrocio in corso da più anni presso l’Università della Tuscia e la Big Heart Seed, ha permesso di realizzare ibridi F1, caratterizzati da alte rese in seme e da una buona uniformità. Il livello produttivo raggiunto dai suddetti ibridi F1, è risultato dipendere dalla produttività delle linee parentali utilizzate negli incroci. Sulla base dei risultati ottenuti è possibile affermare che il carciofo e il cardo possono essere considerate delle specie vegetali utilizzabili per la produzione di olio estratto dai semi. I semi di carciofo, infatti, contengono circa il 25% di olio, che presenta caratteristiche simili a quello dell’olio di semi di girasole. In particolare, la percentuale degli acidi grassi insaturi è molto elevata ed è rappresentata da acido oleico e linoleico; sono anche presenti elevate quantità di tocoferoli (vitamina E). I valori dei parametri osservati hanno evidenziato che l’olio estratto da semi di carciofo presenta un buon valore alimentare per cui risulta interessante il suo impiego nell’alimentazione umana. Inoltre, tenendo presente che il carciofo non è mai stato sottoposto a programmi di miglioramento genetico mirati ad esaltare la qualità dell’olio e ad incrementare la produzione di semi e la resa in olio, è possibile ipotizzare, in un prossimo futuro, l’impiego di questa specie per la produzione di olio di semi.

Many plants accumulate in the seeds or fruits lipids as material for high-energy reserves. These fats such as oil or margarine are used for human consumption, and industrial transformation (soaps, oils, solvents, etc.). Only a few species (olive, sunflower, corn, canola, castor, etc..), in particular those subjected to intensive breeding, are currently used to produce oil. Taking into account the nutraceutical importance of globe artichoke oil reported in literature, a research program aiming at obtaining high yielding hybrids characterized by good organoleptic quality was carried out during the years 2008-2010. Experimental trials were conducted both in Italy and in United States, more precisely at the ARSIAL Experimental Center of Cerveteri (Roma, Italy), at the experimental farm of Tuscia University (Viterbo, Italy) and in the experimental fields of the Big Seed Heart Company (Brawley, CA, USA). The work involved research areas on (i) the pollination technique, (ii) the development of lines and F1 hybrids characterized by high seed yield, and finally by good qualiquantitative characteristics of the seed oil in the tested genotypes. The study on the pollination technique in globe artichoke showed that, both under open air and greenhouse conditions, it is necessary to relocate the bee hives near the crop and to treat inflorescences of male-sterile clones by a sugar solution (10% of sucrose) allowing to increase flower visits by insect pollinators. Pollination by brush or by head rubbing were valuable techniques, particularly when the female plant is located far from the male one, for example in another field or under another tent. It was also observed that, to obtain high seed yield, it is important to use varieties or hybrids with a high vigor, not only expressed as size of the plant but as pollen production and number of heads per plant. In this respect, the results obtained showed the importance to well knowthe inbreeding depression effect in globe artichoke, in order to develop uniform, stable and vigorous lines In addition, these results along with the high level of allogamy observed in globe artichoke (96%), demonstrate the propensity of this species at the cross-fertilization that is typical of the predominantly cross-pollinated species. Seed production per head was not affected by the relationship between male-fertile and male-sterile plants inside the tent. This means that, , to maximize seed production of male-sterile plants inside the tent, it is necessary to maintain high ratios of Mf/ms because the lowest ratio (1/10), used in the test, did not show productive levels statistically different from those obtained by higher ratios. This indicates that pollen production of a male-fertile plant is capable of ensuring complete fertilization of at least 10 male-sterile plants. Anyway, it is necessary to take into account that pollen production depends both on the genotype and the environment, as well as on their interaction. These results may give an indication on the relationhip between Mf and MS plants to be used inside the tent, although it should be noted that other genotypes might have different optimal ratios. The use of uniform and stable male-sterile plants , obtained by continuing the selection as well as by crossing and micropropagation work in progress for several years at Tuscia University and Big Heart Seed Company, lead to the realization of F1hybrids and lines, characterized by high seed yield and good uniformity. The productive level shown by these F1 hybrids was found to depend on the productivity of the parental lines used in the hybridizations. On the basis of the results obtained, we can say that globe artichoke, in comparison with cardoon, can be considered as crops usable for the seed oil production. In fact, the seeds of our lines and F1 hybrids contain about 25% of oil, which has characteristics similar to the oil extracted from sunflower seeds. In particular, the percentage of unsaturated fatty acids is very high and is represented by oleic and linoleic acids; there are also good amounts of tocopherols (vitamin E). The values of the parameters observed showed that the oil extracted from globe artichoke seeds has a good nutritive value so that it is interesting its use as food. Moreover considering that globe artichoke has been little studied in breeding programs aimed at improving oil quality and increasing seed and oil production it is possible to envisage, in the near future, the use of this species for the seed oil production. The best results obtained in the thesis work have reported in the cards on the morphological description (descriptors, CPVO) as well as on the oil content and quality of the lines selected.