Bollettino della Comunità Scientifica in Australasia Ambasciata d’Italia Giugno 2004 CANBERRA Determinazione della risposta spettrale dell’epidemia di filossera della vite Luigi J. Renzullo Introduzione La filossera (Daktalosphaira vitifoliae Fitch) è un insetto simile ad un afide che si nutre di radici ed è considerato unanimemente come il parassita delle viti più dannoso al mondo. Una volta che un vigneto viene attaccato dalla filossera, l’unico rimedio a lungo termine è ripiantare le viti malate con innesti resistenti. Uno fra i metodi più efficaci per limitare il diffondersi della filossera è lo sviluppo tempestivo di protocolli di quarantena e norme di accesso al vigneto. A tale proposito, vi è un forte interesse da parte dell’Australia nei metodi per una diagnosi precoce [1-3] e in particolare nelle immagini ottenute con il telerilevamento. Le tecnologie di telerilevamento sono state utilizzate nell’industria della viticoltura per registrare la variabilità nello sviluppo e maturazione dei tralci all’interno del vigneto. Il vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di controllare un’area molto più vasta del vigneto rispetto ai metodi su campo. Inoltre, è stato dimostrato che le osservazioni tramite telerilevamento come la fotografia ad infrarossi e le immagini multispettrali ed iperspettrali permettono di identificare con successo i punti deboli nei tralci delle vigne causati dalla filossera [2-4]. Tuttavia, poiché i sintomi visibili dei danni provocati dalla filossera nelle vigne sono simili a quelli dovuti ad altri tipi di malattie, l’analisi del terreno è necessaria al fine di isolare le aree identificate per delle verifiche. Per una diagnosi precoce dell’epidemia di filossera è necessario determinare la risposta chimica e spettrale della vigna all’insetto. Questo resoconto descrive come la spettrometria di riflettanza ad alta risoluzione possa essere usata per identificare specifiche regioni spettrali sensibili all’epidemia di filossera. La spettrometria di riflettanza è un requisito necessario al telerilevamento aereo e spaziale e si intendono utilizzare le scoperte del lavoro spettrometrico per lo sviluppo di future tecnologie di telerilevamento, utili per una diagnosi precoce della filossera. Risposta delle viti all’infestazione da filossera Le analisi superficiali del terreno sono finalizzate alla “localizzazione” di epidemie da filossera osservando le risposte delle viti al parassita mentre si manifestano nel fogliame. La filossera danneggia le radici, inibendo la capacità di una vite di assorbire acqua e sostanze nutritive dal terreno. Ciò indebolisce la vigna e la rende incline a infezioni secondarie causate da funghi presenti nel terreno [5]. Una volta indebolita, una vigna infestata dalla filossera, rispetto ad una vigna sana, presenterà dei tralci di misura ridotta e le sue foglie diventeranno gialle prematuramente. L’ingiallimento delle foglie (conosciuto come clorosi) è dovuto a concentrazioni ridotte di clorofilla, in risposta ad un minore assorbimento di sostanze nutritive ed acqua delle radici, poiché la vigna ridistribuisce le risorse lontano dalle foglie per limitare i danni causati dalla filossera [6 ]. I sintomi visibili nei tralci delle vigne – almeno a 2-3 anni dall’infestazione iniziale – sono prontamente riscontrabili nelle immagini del telerilevamento [1,3,4]. La risposta fisiologica delle piante a qualsiasi malattia è spesso la stessa [7], e la sfida del telerilevamento è sviluppare una strategia di mappatura per i vigneti che si basi unicamente sulle risposte delle vigne all’infestazione da filossera. Si è notato [1, 4] che le immagini raccolte con alcuni dei moderni sistemi di telerilevamento (a) non distinguono i sintomi della filossera da quelli causati da altre malattie, e (b) non 25 Bollettino della Comunità Scientifica in Australasia Ambasciata d’Italia Giugno 2004 CANBERRA possiedono la sensibilità necessaria a rilevare piccoli cambiamenti nella fisiologia della vigna che precedono i sintomi visibili. I dati che più si addicono al compito di distinguere i danni provocati dalla filossera da quelli dovuti da altri agenti sono ottenuti grazie alla spettrometria di riflettanza ad alta risoluzione. La spettrometria di riflettanza é stata usata per qualificare la risposta spettrale della vegetazione ad una serie di parassiti [es. 7-9]. Riportiamo di seguito alcuni risultati preliminari delle investigazioni sulle risposte spettrali della vite alla filossera attraverso dati ad alta risoluzione spettrale. Spettrometria su campo Un team di ricercatori del CSIRO Division of Land and Water, ACT, Department of Primary Industries, Victoria, e dell’Università del New England, NSW, hanno condotto ricerche su campo durante le coltivazioni di viti fra il 2003 ed il 2004 presso alcuni vitigni nelle zone centrali e nord-orientali dello stato del Victoria. Un aspetto importante di questo lavoro è l’acquisizione di misurazioni di riflettanza sul terreno ad alta risoluzione spettrale (intervalli di campionamenti di 1-nm fra i 350-2500 nm) delle vigne attaccate dalla filossera e di quelle “sane” (ovvero non attaccate dalla filossera). La ragione della raccolta di questi dati proviene dalla convinzione che, combinandoli con le misurazioni della chimica delle foglie, essi offriranno ulteriori elementi per l’individuazione della filossera identificando specifiche regioni spettrali sensibili all’epidemia (ulteriori dettagli sono disponibili su Renzullo et al., [1]). Le misurazioni della riflettanza sono state effettuate a livello dei tralci e delle singole foglie con lo spettroradiometro portatile Analytical Spectral Devices FieldSpec-FR. Le figure 1 e 2 presentano alcuni spettri di riflettanza misurati in due delle campagne di misura del 2004. Gli spettri corrispondenti alle vigne attaccate dalla filossera sono evidenziati in grigio, mentre gli spettri delle vigne sane sono evidenziati in nero. Gli effetti delle infestazioni della filossera sulle riflettanze dei tralci è illustrata nella Fig.1. Il grafico mostra gli spettri di riflettanza dei tralci di singole vigne. A differenza della radiazione elettromagnetica di lunghezza d’onda visibile, la radiazione del vicino infrarosso (NIR) non possiede l’energia necessaria per provocare l’eccitazione degli elettroni e quindi non viene assorbita dai pigmenti della foglia. La radiazione NIR viene riflessa o trasmessa da ogni foglia nei tralci di una vigna. Il risultato combinato è la dispersione di radiazioni NIR, il che porta ad elevati valori di riflettanza, fra i 740 e i 900 nm. Nella densità ridotta dei tralci di una vigna infestata vi sono meno foglie che contribuiscono alla dispersione di radiazioni NIR e conseguentemente le riflettanze dei tralci per le lunghezze d’onda corrispondenti sono meno nelle vigne infestate che in quelle non infestate. Le misurazioni della riflettanza delle foglie sono state effettuate sia nelle foglie mature delle vigne infestate che in quelle delle vigne non infestate. Nei dati presenti nella Fig. 2, le dimensioni dei campioni vanno dalle 9 alle 12 foglie. La statistica-F è stata utilizzata per misurare il significato statistico delle differenze osservate negli spettri di riflettanza medi dei campioni infestati e non infestati. Differenze con valori-F (valoreF; linee grigie tratteggiate) minore del valore-F critico (F-critico; linee nere a barre), sono considerate irrilevanti nel 95% dei casi. Nessuna differenza significativa è stata osservata fra le curve di riflettanza medie durante gli inizi della stagione della maturazione (Novembre, Fig. 2a e b). Tuttavia, in Gennaio (Fig. 2c e d), notevoli differenze sono state osservate nella maggior parte della gamma spettrale, e le differenze più significative si riferiscono alle lunghezze d’onda fra i 570-642 nm e i 718-728 nm. Si noti che il picco nelle popolazioni di filossera è stato osservato nelle radici delle vigne nel luogo campione durante il periodo Gennaio-Febbraio [10]. 26 Bollettino della Comunità Scientifica in Australasia Ambasciata d’Italia Giugno 2004 CANBERRA Riflettanze più elevate nelle foglie fra i 550 e i 650 nm (Fig.2c e d) si sono dimostrate tipiche della risposta di una pianta alla malattia [es. 8,11]. Col maturare di una vigna sana, le sue foglie si scuriranno a causa di un aumento dell’assorbimento di radiazioni visibili da parte delle maggiori concentrazioni di pigmenti della foglia (e.g. xantofilla, carotene e clorofilla) e di un aumento dello spessore della foglia. Tuttavia, in una vigna infestata si riscontra poca differenza fra le foglie giovani e quelle in via di maturazione, a causa della limitata capacità della vigna di assorbire acqua e sostanze nutritive (in altre parole la filossera impedisce alla vigna di maturare). Il cosiddetto “red edge”, ovvero la transizione da basse ad alte riflettanze fra 700 e 740 nm, è un'altra regione spettrale molto studiata, particolarmente in relazione alla diagnosi precoce o pre-visiva della malattia delle piante. Ci sono piccole variazioni nella forma degli spettri di riflettanza lungo il red edge in relazione al contenuto e/o fluorescenza della clorofilla [9]. Ciò, tuttavia, non è stato ancora esplorato in dettaglio. Considerazioni finali e future ricerche I dati di alta risoluzione spettrale provenienti dalla spettrometria di riflettanza possono mostrare regioni con lunghezza d’onda sensibili all’infestazione da filossera su una scala più precisa rispetto a molti dei sistemi tradizionali di telerilevamento. I risultati della spettrometria su campo descritti in questo resoconto sono compatibili con le osservazioni fatte da molti ricercatori che operano nell’area delle malattie delle piante. Sono tuttavia necessarie ulteriori ricerche per accertare se la risposta spettrale delle vigne infestate dalla filossera è distinguibile da quella delle vigne affette da altri disturbi. Inoltre, una diagnosi precoce presuppone l’identificazione di sottili differenze negli spettri di riflettanza dovute alla chimica della foglia, che spesso sono i primi indicatori della malattia. La spettrometria di riflettanza ad alta risoluzione spettrale, come descritto in questo resoconto, sarà preziosa per queste investigazioni e potrebbe portare allo sviluppo di tecniche operative altamente efficienti usando sistemi di telerilevamento aereo e spaziale. Futuri lavori in programma comprendono l’integrazione delle misurazioni di riflettanza effettuate su campo con i dati chimici della foglia ottenuti attraverso la cromatografia liquida ad alta risoluzione (HPLC). Con questo si indagherà su come l’infestazione da filossera possa influire sulle concentrazioni di pigmenti nelle foglie e come, a sua volta, ciò incida sulle riflettanze spettrali. Il compito di identificare una risposta spettrale alle epidemie di filossera migliorerà grazie all’uso di prove controllate in serra che si stanno realizzando presso il Department of Primary Industries, a Rutherglen. Le condizioni controllate delle prove in vaso faciliteranno il confronto degli spettri di riflettanza per i diversi disturbi (filossera, disidratazione e mancanza di nutrimento). I risultati di queste prove saranno presentati alla conferenza sull’industria dell’uva e del vino nel corso di quest’anno. Bibliografia e figure da pagina 26 Dr Luigi J. Renzullo CSIRO Land and Water Environmental Remote Sensing Group, Black Mountain Laboratories, Canberra, ACT, 2601 Versione originale in inglese 27