Uso della canapa (Cannabis sativa) nel fitorimedio di suoli contaminati da metalli pesanti

Prof. Graziella Berta

Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica

Università del Piemonte Orientale

Cannabis sativa

Cannabinaceae

Originaria dell’Asia, la canapa era coltivata in

Cina prima del 2000 a.C. ed era già diffusa in

Europa ed Africa nel 500 a.C.

Alla fine del secolo scorso era la pianta più usata

dall’uomo per la produzione di fibre tessili, carta,

olio, ecc.

L’attuale tassonomia include la canapa nella

famiglia delle Cannabinaceae appartenente

all’ordine delle Urticales.

E’ una pianta rustica con numerose

applicazioni industriali, tra le quali:

Cannabis sativa

Phytoremediation

Citterio et al. 2003, Plant and Soil 256, 243-252;

Angelova et al., 2004, Industrial Crops and Products 19, 197-205

La TOSSICITA’ totale dei METALLI PESANTI immessi

ogni anno nella biosfera

SUPERA

la combinazione di TUTTI gli SCARTI ORGANICI

e delle SCORIE RADIOATTIVE!!!

Metalli pesanti e metalloidi che inducono risposte

di difesa negli organismi vegetali

METALLO FORMA IONICA METALLO FORMA IONICA

Argento Ag+ Selenio SeO3

2-,SeO4

2-

Arsenico AsO2-,AsO4

3- Stagno Sn

2+

Cadmio Cd2+

Alluminio Al2+

Rame Cu2+

Cobalto Co2+

Mercurio Hg2+

Cromo Cr3+

,CrO42-

Piombo Pb2+

Ferro Fe2+

Zinco Zn2+

Molibdeno MoO42

Oro Au+

Manganese Mn2+

Bismuto Bi3+

Nichel Ni2-

Gallio Ga3+

Tellurio Te4+

Indio In3-

Wolframio W6+

Antimonio Sb3+

3

= MICROELEMENTI (essenziali) = TOSSICI (xenobiotici)

= METALLOIDI = NON PESANTE

Prof.ssa Graziella Berta

Accumulo dei metalli nei tessuti vegetali

Le piante hanno differenti capacità di accumulare i metalli

sensibili

tolleranti

iperaccumulatrici

-Pomodoro + Cr

-Sanità di Toppi, 2002

(Crucifere)

-Alisso di Bertoloni

Prof.ssa Graziella Berta

Alcune piante erbacee, arbustive ed arboree

possono essere utilizzate quali mezzi di

bonifica di siti contaminati e, più in generale,

del suolo e delle acque

Prof.ssa Graziella Berta

• Fitorisanamento: settore della scienza e della tecnologia che utilizza

piante per degradare, assimilare o detossificare metalli, idrocarburi,

pesticidi e solventi clorurati.

Fitorisanamento (Phytoremediation)

Inquinanti organici ed

inorganici

Substrati liquidi (es.

acqua)

Aria

Prof.ssa Graziella Berta

FUNGHI MICORRIZICO-ARBUSCOLARI (AM)

Simbionti obbligati della maggior parte dei vegetali terrestri

Prof.ssa Graziella Berta

Controllo ControlloMicorrizato Micorrizato

EFFETTO CRESCITA

Prof.ssa Graziella Berta

Ma non ci sono solo funghi…

Batteri

rizosferici

Prof.ssa Graziella Berta

Funghi AM

pH

popolazioni microbiche

essudati radicali

mobilità o

disponibilità dei

metalli

I funghi micorrizico-arbuscolari (AM) possono diminuire la

tossicità dei metalli pesanti nelle piante colonizzate e

alleviarne lo stress (Leyval et al., 1997) e/o aumentarne la

capacità di accumulo

I metalli pesanti nella rizosfera

TOLLERANZA vs. SENSIBILITA’

Prof.ssa Graziella Berta

• Fitorisanamento: settore della scienza e della tecnologia che utilizza

piante per degradare, assimilare o detossificare metalli, idrocarburi,

pesticidi e solventi clorurati.

Fitorisanamento (Phytoremediation)

Inquinanti organici ed

inorganici

Substrati liquidi (es.

acqua)

Aria

Prof.sa Graziella Berta

Accumulo dei metalli

preferibilmente nella porzione

epigea della pianta

Crescita rapida

Radici profonde

Facilità di propagazione

Capacità di accumulo e tolleranza del metallo

di interesse (0.1 – 1% del peso secco)

Piante iperaccumulatrici

Prof.ssa Graziella Berta

Piante idonee per il

fitorisanamento

ARBOREE

ERBACEE

Salice, pioppo

Pianta ripariale in grado di adattarsi facilmente

a diversi tipi di suolo

Rapida ripresa vegetativa dopo la potatura

Grande biomassa

Elevato grado di traspirazione

Importante ruolo nelle successioni ecologiche

Capacità di simbiosi

ECTO/ENDOMICORRIZICA

Applicazioni biotecnologiche

PIOPPO

Prof.ssa Graziella Berta5a SCUOLA NAZIONALE RESIDENZIALE SITI CONTAMINATI - Alessandria, 2009

Risultati campo

Caratterizzazione vegetazionale del sito

Sul sito sono stati eseguiti rilievi di bordo e di campo e si sono evidenziate due

zone piuttosto diverse dal punto di vista vegetazionale: bordo e campo.

Nella zona di campo si è rilevata vegetazione

frammentaria, molto disturbata, caratterizzata

dalla preponderante presenza di infestanti

tipiche delle colture.

Risultati campo

Alessandria 6/11/2003

Non

ammendato

Ammendato

Risultati

a a

b

b

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Foglie Radici

Cu

co

nce

ntr

ati

on

Controllo

Cu 150ppm

Co

nce

ntr

azio

ne

Cu

Peso secco (g)

ba

b

a

b

a

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Controllo Cu 150 ppm

Peso secco Radice (g)

Peso secco Fusto (g)

Peso secco Foglie (g)

Effetto inibitorio sulla crescita:

riduzione della biomassa

Ottima capacità di

bioaccumulo del rame

Concentrazione di rame

sette volte superiore nelle

radici delle piante trattate

rispetto al controllo

Esperienze in campocon e senza il fungo micorrizico Glomus mosseae

•C

G.m.

HM

G.m. + HM

Shoot

Root

Cadmium Chromium Nickel

85,8%

14,2%

72,6%

27,4%

82,9%

17,1%

66,6%

33,4%

21,9%

78,1%

12,5%

87,5%

47,3%

52,7%

36,3%

63,7%

18,1%

81,9%

58,7%

41,3%

C 1,0+0,2 A** 0,8+0,4 A** 1,8+0,2 A** n.d. A**

G.m. 1,8+0,2 A** 0,5+0,2 A** 2,9+0,4 A** 0,2+0,2 A**

HM 47,5+6,0 B** 1,0+0,2 A** 4,3+0,3 B** 0,2+0,2 A**

G.m. +HM

CHROMIUM CONCENTRATION (g/g)

ROOT STEM LEAF SEED

45,7+7,2 B** 1,3+0,2 A**4,1+0,3A** B** 0,1+0,1

C n.d. n.d. n.d. n.d.

G.m. n.d. n.d. n.d. n.d.

HM 217,2+26,9 A* 12,0+1,4 A* 12,1+0,9 A** 7,7+1,1 A*

G.m. +HM

CADMIUM CONCENTRATION (g/g)

163,9+20,0 16,6+1,8 11,2+0,7A* A*A**A* 7,8+0,6

ROOT STEM LEAF SEED

C 4,3+0,9 A* 0,8+0,4 A* 4,8+0,4 A* n.d.

G.m. 7,6+1,0 A* 0,2+0,1 A* 4,9+0,6 A* 2,3+1,3 A*

HM 112,2+14,4 B* 19,4+2,0 B* 12,8+0,4 B* 17,0+2,8 B*

C*C*

ROOT STEM LEAF SEED

G.m. +HM 122,5+13,7 29,1+2,5 17,1+1,717,6+1,5B*

NICKEL CONCENTRATION (g/g)

B*

IPG 3-10

76

43

66

36

31

17,5

21,5

MW

A

C

B

A- Proteine alto peso molecolare

B- Proteine basso peso molecolare

C- Proteine basiche

Risultati

A- Proteine alto peso molecolare

Cs12Cs16

Cs13

Cs1Cs2

Cs17

Cs12Cs16

Cs1Cs2

Cs13

Cs17

A

Cs12Cs16

Cs13

Cs1Cs2

Cs17

Cs12Cs16

Cs1Cs2

Cs13

Cs17

Cs12Cs16

Cs13

Cs1Cs2

Cs17

Cs12Cs16

Cs13

Cs1Cs2

Cs17

Cs12Cs16

Cs1Cs2

Cs13

Cs17

Cs12Cs16

Cs1Cs2

Cs13

Cs17

A

C Cu

B- Proteine basso peso molecolare

Cs7

Cs8Cs5

Cs4

Cs18

Cs6

Cs10

Cs11Cs5

Cs4

Cs7

Cs6

Cs8Cs11

Cs10

B

Cs7

Cs8Cs5

Cs4

Cs18

Cs6

Cs10

Cs11

Cs7

Cs8Cs5

Cs4

Cs18

Cs6

Cs10

Cs11Cs5

Cs4

Cs7

Cs6

Cs8Cs11

Cs10

Cs5

Cs4

Cs7

Cs6

Cs8Cs11

Cs10

B

C Cu

C- Proteine basiche

Cs21

Cs9

Cs20

Cs22

Cs3Cs19

Cs1

5

Cs9

Cs3

Cs20

Cs22

Cs23

Cs21

Cs15

C

C Cu

Un esempio… Risultati: proteine sottoespresse

42521309 Glycine max

47.72 / 5.31Enolase

VNQIGSVTESIEAVREGLELLK

1600.8800.4Cs 1

27375524 Bradyrhizobium japonicum

38.39 / 8.38

ABC transporter substrate-binding protein

VIDAESFAR1006.4Cs 4

18076088Ricinus communis

18.15 / 8.95Cyclophilin

EKVGSSSGRVVEGMDIVKAIEKVGSSSGR

905.5988.51089.6

Cs 3

Proteine sottoregolate

a

a

a

a

a

b

b

b

0

50

100

150

200

Cs 1 Cs 10 Cs 11 Cs 18 Cs 19

OD C OD Cu

Proteine sottoregolate

a

a

a

a

a

a

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Cs 3 Cs 4 Cs 8

OD C OD Cu a

b

0

500

1000

1500

2000

2500

Cs 9

Ringraziamenti

AssoCanapa di Carmagnola

Dr. Felice Giraudo

Europa Metalli S.p.A

Dr. Ciarlo Responsabile tecnico EM

Università di Milano Bicocca

Dipartimento di Scienze dell’Ambiente e del Territorio

Dr.ssa Sandra Citterio

Università del Piemonte Orientale “A. Avogadro” Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica

Dr. ssa Nadia Massa

Dr. ssa Lara Boatti

Chiara Cattaneo

Dr.ssa Cristina Bagliani

Dott. E. Bona. D. Gastaldi

Università di Torino

Dipartimento di Fisica Teorica

Dr. Roberto Ugoccioni