INIBITORI DELL’AZIONE E DELLA BIOSINTESI DELL’ETILENE NEL
GAROFANO
INHIBITORS OF ETHYLENE ACTION AND BIOSYNTHESIS IN CARNATION
Ferrante A.(1), Mensuali-Sodi A.(2), Serra G. (2), Tognoni F. (3)
(1)
Dipartimento Produzione Vegetale, via Celoria 2, Università di Milano.
Scuola Superiore S. Anna, Piazza Martiri della Libertà, Pisa.
(3)
Dipartimento Biologia delle Piante Agrarie, viale delle piagge 23, Università di Pisa.
e-mail: [email protected]
(2)
Parole chiave: 1-MCP, AOA, ACC, postraccolta
Additional key words: 1-MCP, AOA, ACC, postharvest
Abstract
Carnation is a cut flower that produces and is sensitive to ethylene. It has been used as model
system for understanding the physiology, biochemistry and molecular biology of flower senescence.
Ethylene has a dramatic effect on flower longevity of cut carnations. In this work ethylene, etilenpromoter, ethylene inhibitors of biosynthesis and action were used. Cut carnation flowers cv.
Tuareg were pulse treated with 1 mM ACC, 2-5 µl l-1 ethylene, 2 mM AOA and 500 ppb di 1-MCP
alone or followed by treatment for 12 h with 2-5 µl l-1 ethylene. Ethylene strongly reduced the vase
life (2 days), while the cut flowers treated with 1-MCP showed the longest vase life (16 days). The
ethylene did not have effect on cut flowers treated with 1-MCP. The comparison between 1-MCP
and AOA showed that 1-MCP was more efficient than AOA in preserving carnation from the
deleterious effect of ethylene. Moreover 1-MCP provides a full protection against exogenous and
endogenous ethylene.
Introduzione
Il garofano è coltivato per la produzione di fiore reciso dall’inizio del secolo scorso, purtroppo
negli ultimi anni la quantità prodotta è notevolmente diminuita, a causa di problemi legati sia
all’incidenza di fitopatologie (fusariosi) e sia alla variazione del gusto dei consumatori. Il garofano
per la sua importanza commerciale è stato oggetto di numerosi studi dal punto di vista sia
produttivo e sia di fisiologia postraccolta. Questo fiore è di tipo climaterico, ossia presenta un
aumento della respirazione e della produzione dell’etilene durante la senescenza. Questa
caratteristica ha reso il garofano un fiore reciso modello per lo studio del ruolo di quest’ormone
durante l’invecchiamento. Il garofano è sensibile all’azione dell’etilene che naturalmente prodotto
dal fiore ne induce l’appassimento e la morte. Inibitori della biosintesi sono principi attivi di molti
composti commerciali in grado di raddoppiare o triplicare la longevità dei fiori di garofano (Staby
et al., 1993). I più comuni sono l’etossivinil-glicina (AVG) e l’acido ammino-ossiacetico (AOA).
Quest’ultimo è preferito per il suo basso impatto tossicologico (Woltering et al., 1987). L’efficacia
di questi composti varia da cultivar a cultivar. L’obiettivo di questo lavoro è riassumere il ruolo
dell’etilene enfatizzando l’applicazione pratica delle conoscenze fisiologiche acquisite. L’attività
sperimentale svolta ha avuto come obiettivo di dimostrare il ruolo degli inibitori della biosintesi e
dell’azione dell’etilene sulla qualità postraccolta.
Materiali e metodi
I fiori recisi di garofano (Dianthus caryophyllus L.) cv. Tuareg sono stati ottenuti dalla
cooperativa FlorExport (Viareggio-LU) e trasportati al laboratorio dove sono state effettuate le
prove. I fiori sono stati selezionati in modo da ottenere campioni omogenei. Sono stati ritagliati alla
lunghezza di 40 cm e posti in bottiglie di vetro riempite con 600 ml di acqua demineralizzata. Le
prove sperimentali sono state effettuate in come climatizzata con condizioni standard (20°C, UR
60%, intensità di luce 10 µmol m-2 s-1).
-1
-1
Etilene (nl h g )
I trattamenti sono stati effettuati con promotori della produzione dell’etilene utilizzando 1 mM di 1amminociclopropano-1-carbossilico (ACC, Sigma) e 2-5 µl l-1 di etilene, mentre come inibitore
della biosintesi è stato usato 2 mM di acido ammino-ossiacetico (AOA, Sigma) e dell’azione 500
ppb di 1-metilciclopropene (1-MCP, Rohm Haas) per 6 ore da solo e seguito da un trattamento con
2-5 µl l-1 di etilene per 12 ore.
Durante il periodo di prova è stata misurata la durata postraccolta e la produzione di etilene. La
produzione di etilene è stata
misurata
tramite
analisi
Etilene
gascromatografica utilizzando un
detector FID e una colonna
ACC
metallica (150 x 0,4 cm ∅
impaccata con Hysep T). La 1-MCP+ETH
temperatura della colonna e del
detector erano rispettivamente 70°
1-MCP
e 350°C. Come gas di trasporto è
AOA
stato utilizzato N2 a 40 ml min-1.
I fiori interi sono stati chiuse
Controllo
singolarmente per un ora in
contenitori di vetro (Pyrex,
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Francia) con tappo a vite forato e
Durata
Postraccolta
(gg)
dotato di setto di caucciù. I
campioni erano costituiti da 2 ml
di aria prelevati dall’interno dei Figura 1. Durata postraccolta di fiori di garofano cv. Tuareg
contenitori con una siringa trattati per 24 ore con acqua demineralizzata (controllo), 2 mM
ipodermica.
AOA, 1 mM ACC, 500 ppb 1-MCP, 1-MCP + 2-5 µl l-1 etilene
ed etilene. I valori riportati sono medie con i relativi errori
Risultati e Discussione
standard.
I fiori di garofano sono
considerati climaterici perché Figure 1. Vase life of cut carnation flowers pulse treated for 24 h
mostrano un aumento della using deionised water, 2mM AOA, 1 mM ACC, 500 ppb 1-MCP,
-1
produzione di etilene e di 1-MCP + 2-5 µl l ethylene and ethylene. Values are means +
respirazione,
con
picchi SE. 1200
corrispondenti durante lo stadio di
Controllo
1000
senescenza. La durata in vaso dei
AOA
fiori è direttamente proporzionale
1-MCP
800
alla sensibilità all’etilene. Pertanto,
1-MCP+Etilene
600
la presenza di quest’ormone
nell’ambiente o un’alta produzione
400
endogena drammaticamente riduce
200
la durata dei fiori recisi. Infatti,
trattamenti con sostanze etilen0
promotrici 1 mM di ACC o con
1
2
4
8
etilene gassoso alla concentrazione
Tempo (g)
di 2-5 µl l-1 hanno ridotto la
longevità a 5 e 2 giorni rispettivamente Figura 2. Produzione di etilene in fiori recisi pre-trattati
(Fig. 1). La produzione endogena di con acqua demineralizzata (controllo) 2mM AOA, 500
etilene dipende da numerose cause e ppb 1-MCP e 1-MCP+ Etilene. I valori riportati nel
può essere anche auto indotta da grafico sono medie (n=8) con i relativi errori standard.
etilene esogeno.
L’etilene induce l’invecchiamento e Figure 2. Ethylene production in cut flowers pulse
contemporaneamente attiva un sistema treated for 24 h using deionised-1 water, 2mM AOA, 500
a cascata tra cui anche gli enzimi ppb 1-MCP, 1-MCP + 2-5 µl l ethylene. Values are
means + SE.
-1
-1
Etilene (nl h g )
coinvolti nella biosintesi dell’etilene, ACC sintasi e ossidasi. Per aumentare la longevità dei fiori è
necessario effettuare dei trattamenti con anti-etilenici, che possono inibire l’attività di questi due
enzimi (inibitori della biosintesi) oppure bloccare il legame dell’etilene con il recettore di
membrana (inibitori dell’azione). L’impiego di questi inibitori permette di aumentare la longevità
dei fiori anche di 2-3 volte. I trattamenti con 2 mM di AOA, concentrazione sufficiente per inibire
la biosintesi dell’etilene (Bufler e Mor, 1981), hanno esteso la durata postraccolta dei fiori della cv.
Tuareg di 4 giorni, rispetto al controllo.
6000
L’AOA è un inibitore dell’ACC sintasi che
converte S-adenosil-1-metionina in 15000
amminociclopropano-1-carbossilico
Controllo
(ACC), un amminoacido non proteico che
4000
ACC
ad opera di un altro enzima, ACC ossidasi
Etilene
3000
è trasformato in etilene (Son et al., 1995). I
garofani trattati con AOA hanno prodotto
2000
meno etilene del controllo (Fig. 2).
1000
L’AOA è un inibitore presente in molti
formulati commerciali per prevenire i
0
danni da etilene.
1
2
4
8
L’applicazione dell’1-MCP per 6 ore alla
Tempo (g)
concentrazione di 500 ppb è stata
sufficiente per bloccare l’azione dell’etilene Figura 3. Produzione di etilene in fiori recisi pre-trattati con
-1
ed ha esteso la durata postraccolta dei fiori acqua demineralizzata (controllo), 1mM ACC e 2-5 µl l
da 6 a 14 giorni (Fig. 1). La produzione di Etilene. I valori riportati nel grafico sono medie (n=8) con i
etilene è stata fortemente ridotta a livelli di relativi errori standard.
40-50 nl h-1 g-1 di peso fresco, leggermente
Figure 3. Ethylene production in cut flowers pulse treated
inferiore ai livelli riscontrati nei fiori trattati
for 24 h using deionised water, 1mM ACC, 2-5 µl l-1
con AOA (Fig. 2). Questo risultato è sempre
ethylene. Values are means + SE.
ascrivibile al blocco dell’azione dell’etilene
che migliora lo stato di salute del fiore. L’1MCP è un inibitore che si lega al recettore di membrana per l’etilene, rendendolo non disponibile
all’ormone (Sisler e Serek, 1997). Il fiore diventa insensibile e rimane tale fino a 6-7 giorni,
dopodiché risulta necessario effettuare un nuovo trattamento per continuare a proteggere i fiori. I
fiori trattati con etilene esogeno, successivamente al trattamento con 1-MCP, non risentono
dell’effetto negativo dell’etilene e hanno una longevità superiore al controllo comparabile a quella
dei fiori trattati con solo 1-MCP (Fig.2). Il trattamento con ACC ha ridotto la longevità dei fiori ed
ha fortemente stimolato la produzione di etilene (Fig. 3).
Conclusioni
I fiori recisi di garofano sono sensibili all’etilene endogeno ed esogeno per cui necessitano di
trattamenti anti-etilenici immediatamente subito dopo la raccolta. Trattamenti con inibitori o
formulati commerciali contenenti questi composti sono inefficaci nel proteggere i fiori da etilene
esogeno. In conclusione i fiori devono essere trattati con inibitori dell’azione, in particolare con 1MCP in modo da conferire ai fiori una protezione completa sia dall’etilene endogeno e sia esogeno.
Bibliografia
Bufler G. e Mor Y., 1981. Acta Hort. 113:65-68.
Son KiCheol, HyeJin Byoun, Gu EunGyoung, 1995. Journal of the Korean Society for
Horticultural Science. 36: 5, 740-746.
Sisler E. C., Serek M., 1997. Physiologia Plantarum. 100: 3, 577-582.
Staby G. L., Basel R. M., Reid M. S., Dodge L. L., 1993. HortTechnology. 1993. 3: 2, 199-202.
Woltering E.J., Harkema H., Hollman P.C.H., Maclaine Pont M., 1987. Acta Horticulturae. No.
216, 273-280.
