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Biomonitoraggio di ozono
troposferico mediante
Nicotiana tabacum
Ozono troposferico
•L’ozono è una forma
allotropica dell’ossigeno,
formata da tre atomi.
•E’ generato all’interno della
troposfera in seguito
all’ossidazione, dei composti
atmosferici reattivi del carbonio
(ossido di carbonio, metano
ed altri idrocarburi) alla
presenza di NO ed NO2.
Formazione di O3
Le modalità con cui 03 si genera nell’aria coinvolgono meccanismi chimici e fisici
complessi. Si forma per azione della radiazione solare sull’ossigeno in
presenza di miscele di idrocarburi e ossidi di azoto, sostanze generate
dall’attività industriale, dagli autoveicoli e dal settore energetico. Pertanto, ci si
deve attendere un incremento progressivo dell’inquinante nella troposfera
dipendente dall’aumento dei suoi precursori nell’aria e dall’irraggiamento solare
Evoluzione dell’atmosfera
Distruzione di O3 stratosferico
Il “buco” dell’ ozono
Misura dell’Ozono
AOT40
(Accumulated exposure Over a Treshold)
Questo dato considera i valori orari di O3
nell’intervallo tra le ore 8 e le ore 20
sommando, in un determinato periodo, le dosi
eccedenti la soglia di 40 ppb
Fluttuazione annuale e giornaliera di O3
AOT40
giornaliero
Tossicità
• Le piante sono particolarmente sensibili all’O3 in
quanto le foglie hanno un elevato rapporto
superficie/volume e al loro interno gli scambi
gassosi sono 50 – 100 volte superiori a quelli
degli animali.
• Penetrazione nei tessuti via stomi
• Influenza sui componenti cellulari e molecolari:
produzione di ROS (Reactive Oxigen Species) e
stress ossidativo
• Reazioni di difesa (detossificazione, riparazione)
Interazione con i tessuti vegetali
danno in
corrispondenza
degli stomi
analisi
istochimica
evidenzia
H 2 O2
Effetti sulla vegetazione
• riduzione della crescita;
• maggiore sensibilità alle
malattie ed agli insetti;
• rottura dei cloroplasti;
• clorosi;
• riduzione/inibizione della
fissazione di anidride
carbonica;
• necrosi.
Biomonitoraggio
Per valutare la presenza di O3
vengono utilizzate due cultivar
americane di tabacco (Bel W3,
sensibile e Bel B, tollerante), al
fine di costruire una funzione
dose - risposta specifica che
mette in relazione la dose di
ozono con l’indice di danno
fogliare dei biondicatori.
Caratteristiche delle cultivar
• CULTIVAR Bel-W3 (sensibile): Varietà
di tabacco sensibile all’ozono. Evidenti
sintomatologie fogliari si presentano
quando la concentrazione
dell’inquinante supera soglie di 40-50
ppb, per esposizioni della durata di 4-5
ore.
• CULTIVAR Bel-B (tollerante): I danni
compaiono solo a concentrazioni di
ozono di 200 ppb per 2 ore.
Metodologia
I semi di tabacco delle due varietà vengono coltivati in
assenza di ozono, per circa 40 giorni, fin quando la piantina
non sviluppa un numero di foglie che va da 4 a 6. Le piante
vengono successivamente collocate all’interno di stazioni di
rilevamento, al riparo dalla radiazione solare diretta e dai
venti. A tale scopo si crea una centralina dotata di rete
ombreggiante. Inoltre è importante garantire un fattore di
umidità del 75%. Stazione tipo ( 6 Bel-W3 e 3 Bel-B ):
SSR
SRS
RSS
Dopo quattro settimane le piante vengono sostituite con
piantine nuove.
Rilievi
1. Identificazione dei sintomi: aree necrotiche tondeggianti del diametro
di alcuni mm presenti su entrambe le pagine fogliari, con
localizzazione internervale ed evoluzione temporale (dall’apice verso
la base; da grigio a bianco avorio)
2. Valutazione dei sintomi: effettuare rilievi in situ a cadenza settimanale
sempre nello stesso giorno; contare il numero di foglie e registrare su
apposita scheda la % di superficie necrotizzata per foglia tramite
comparazione con fotografie dell’apposito manuale standard
3. Esprimere tale percentuale secondo le classi di intensità di danno (da
0 a 7) 0= nessun danno; 1= 0-5%; 2= 5-10%; 3= 10-15%; 4= 1520%; 5= 20-30%; 6= 30-40%; 7= >40%
4. Considerare solo le foglie con lamina di lunghezza superiore a 6 cm
5. Calcolare l’IDF per ogni pianta mediando i valori nell’ambito del sito
Calcolo dell’Indice di Danno
Fogliare
•La valutazione dei sintomi è effettuata a cadenza settimanale,
contando il numero di foglie presenti su ogni pianta e registrando
le percentuale di superficie necrotizzata.
•Sono considerate determinate dall’ozono aree necrotiche del
diametro di alcuni millimetri con localizzazione internervale.
•La stima del danno viene invece effettuata mediante l’indice di
danno fogliare:
IDF= Σ 1N (Cn-Cn-1)/N
n = numero progressivo della foglia dal basso verso l’alto
N = numero totale di foglie valutate
Cn= danno fogliare alla fine della settimana considerata
Cn-1= danno fogliare alla fine della settimana precedente
Scala di riferimento per il danno fogliare
La percentuale di superficie
necrotizzata viene confrontata
con tavole iconografiche che
individuano sette classi di
danno.
0= nessun danno
1= 0-5%
2= 5-10%
3= 10-15%
4= 15-20%
5= 20-30%
6= 30-40%
7= >40%
Scala di riferimento per il danno fogliare
Indice del danno cotiledonare (IDC)
•Per i germinelli di tabacco, viene
invece calcolato l’indice del danno
cotiledonare (IDC).
•Il protocollo infatti, può talvolta essere
miniaturizzato usando dei germinelli
disposti secondo il seguente schema
(16 Bel-W3, 7 Bel-B ):
RSSSSR
SR+SRS
SSRRSS
SSSRSS
Classi di danno: 0=nessun danno; 1=0-10%; 2=10-25%;
3=25-50%; 4=>50%
Protocollo con Trifolium repens
Questa metodologia si basa sulla valutazione
comparata della produzione di biomassa epigea
di due cloni di Trifolium repens uno sensibile
(NC-S) e l’altro resistente (NC-R). In presenza di
livelli significativi di ozono la biomassa di NC-S
è ridotta rispetto quella di NC-R
NC-S/ NC-R= 0,8 a 60 ppb O3 (media di 12 h
consecutive)
NC-S/ NC-R= 0,5 a 80 ppb O3 (media di 12 h
consecutive)