L’inquinamento dell’aria: dall’ambiente alla
salute
Inquinanti atmosferici e
piante: quali relazioni
G. Frenguelli
Dipartimento Biologia applicata,
Università di Perugia
[email protected]
Terni, 14 dicembre 2012
ARPA Umbria
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Principali inquinanti che hanno un
impatto negativo sulle piante
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Principali sintomi visibili
Collasso dei tessuti fogliari con sviluppo di
parti necrotizzate;
ingiallimento o altri cambi di colore;
alterazioni nella crescita o prematura
caduta delle foglie.
A volte questi sintomi possono essere
confusi con danni provocati da funghi,
virus, batteri, insetti o deficienze
nutrizionali.
Generalmente le piante non muoiono, se
non dopo gravi danni ricorrenti.
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Conseguenze sullo sviluppo
Rallentamento o blocco della crescita,
Diradamento nella chioma,
Ritardo nella maturazione,
Aborti o premature cadute dei fiori e frutti,
Diminuzione dei processi fecondativi con
danni ai pollini e/o agli ovuli
Riduzione della qualità dei prodotti.
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SO2 e NOx
Questi inquinanti entrano
nella foglia attraverso gli
stomi quindi agiscono
prevalentemente di giorno.
All’interno si dissolvono
nell’acqua apoplastica e
formano ioni solfito o
bisolfito e nitrito e nitrato,
rispettivamente
La maggioranza delle
foglie riesce a
“disintossicarsi” dalla
SO2, se le concentrazioni
non sono troppo elevate,
ossidandola a solfato
Danni da SO2 con necrosi marginali
e intercostali in foglie di zucca
Piogge acide su
foglia di acero
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Ingresso di SO2 nella foglia e sua
disintossicazione
Danni se la disontossicazione non è sufficiente:
degenerazione delle membrane dei plastidi,
e del plasmalemma,
inibizione di molti enzimi (Rubisco),
scompenso del metabolismo.
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Fluoruri
Assorbiti dalle foglie sono generalmente
accumulati sui margini e all’apice
Si manifesta clorosi e/o danno alle cere
superficiali
Nelle piante più sensibili (es. gladiolo,
erba medica, mais) sono sufficienti 20-150
ppm per avere danni
Le più tolleranti arrivano a 4000 ppm
senza mostrare alterazioni (frassino,
cotone, crisantemo, ecc.)
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PAN (perossiacetil-nitrato)
Collassa le cellule
nelle foglie
soprattutto di
quelle giovani.
Limite tollerato:
sotto 0.02 µL/L,
oltre 0.1 µL/L danni
alla maggioranza
delle piante
Foglia di fagiolo con danni da PAN
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Particolato
Depositato sulla superficie fogliare può
inibire la normale respirazione e fotosintesi,
andando a ostruire le aperture stomatiche e
limitando l’assorbimento di luce.
Polveri di cemento determinano anche
clorosi e morte dei tessuti fogliari
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Ossidanti: ozono
L’ozono è il principale inquinante gassoso
ossidante fotochimico;
Alcune piante sono molto sensibili, come
tabacco, pomodoro, vite, fagioli, lattuga,
spinaci
mentre altre sono resistenti come il pero e
l’albicocco.
I sintomi caratteristicamente si osservano
sulla superficie superiore delle foglie e
appaiono come macchie, colorazione
bronzea e clorosi.
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Danni da ozono su foglie di fagiolo,
patata, cocomero
= ridotta assimilazione del
Carbonio!
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Conseguenze
Determina un arresto nello sviluppo
vegetativo di tutta la pianta,
deprime il processo di fioritura,
rallenta o blocca la formazione delle
gemme.
Sono le piante giovani le più sensibili, le
più vecchie sono relativamente più
resistenti.
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Formazione di ozono, inquinante
fotochimico
L’ozono entra attraverso
gli stomi e si
decompone
rapidamente originando
vari radicali liberi
altamente tossici
in quanto sono forti
ossidanti e attaccano gli
acidi grassi insaturi,
gruppi sulfidrilici e
ossidano gruppi nelle
catene laterali degli
aminoacidi proteici.
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ROS: specie reattive dell’ossigeno
I processi aerobi della respirazione e fotosintesi nelle
piante, nonché l’attività di ossidasi, portano alla
formazione di ROS nei mitocondri, cloroplasti e
perossisomi;
°O - (radicale superossido)
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H2O2
(perossido d’idrogeno)
HO° (radicale idrossile)
Una quantità di antiossidanti e meccanismi di
demolizione controbilanciano la loro presenza e quella
di ossidanti esogeni a livello intra- ed inter-cellulare
ed impediscono il possibile arresto dello sviluppo,
ritardo della fioritura e formazione di gemme.
Inoltre, i tessuti morti sono facilmente infettati da
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funghi
Stress ossidativo
Le specie ossidanti svolgono ruoli fisiologici fondamentali,
basti pensare all’azione di difesa contro i batteri o alla
trasmissione dei segnali biochimici fra le cellule.
Solamente un loro eccesso dovuto ad uno squilibrio tra la loro
produzione o assorbimento da ossidanti esterni (ozono) e la
capacità di difesa che si realizza con antiossidanti, può
determinare una condizione di stress ossidativo
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Le difese dalle ROS nelle piante sono fornite
dalle proprietà antiossidanti di alcune molecole.
Le piante, per proteggere le cellule e i vari organuli, hanno
evoluto un complesso sistema antiossidante enzimatico che
comprende superossido dismutasi (SOD), catalasi (CAT),
ascorbato perossidasi (APX), perossidasi (POD) , glutatione
reduttasi (GR) ed altri.
Gli inquinanti maggiormente presenti nelle città potrebbero
determinare l’inibizione di alcuni di questi enzimi antiossidanti
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NAD(P)H ossidasi
Nelle cellule vegetali, come radici o polline,
l’enzima NAD(P)H ossidasi catalizza una
reazione in cui si forma lo ione superossido
.O 2
NADPH + H+ + 2 O2 ---> NADP+ + 2H+ + 2.O2-
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Produzione “normale”
in fotosintesi e respirazione
(controllate da antiossidanti)
Produzione “+ alta”
in stress biotici
(patogeni)
NADPH
ossidasi
ROS
Stress ossidativo
(danni a DNA, proteine,
perossidazione lipidi)
Tolleranza verso
successivi stress
Morte cellulare
programmata
Produzione “+ alta”
in stress abiotici
(T°, inquinanti, ferite, ecc)
Trascrizione
geni specifici
Produzione
proteine di
difesa
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ROS
NADPH
ossidasi
Stress !!
Inquinanti
atmosferici
O3, NOx
ROS nelle
cellule delle
vie aeree
allergeni
Infiammazione
allergica
Stress ossidativo
delle vie aeree
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Air pollutants influence the NAD(P)H oxidases
activity in cypress pollen
(Tedeschini E., Ederli L., Timorato V., Pasqualini S. , Frenguelli G. 5th ESA,
Krakow, 2012)
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ROS e NADH/ NADPH ossidasi
I pollini di cipresso prelevati da piante che crescono in
area urbana liberano più ROS e NAD(P)H ossidasi
rispetto a pollini da piante che vivono in aree rurali.
Stazione
H2O2
-O2.
NADH ossidasi
NADPH
μmol/g pf
ossidasi μmol/g
pf
nmol/mg pf
μmol/g pf
Area rurale
79.731 + 4.26
2.274 + 0.033
2.771 + 0.069
2.948 + 0.076
Area urbana
102.28 + 5.99
2.344 + 0.049
2.976 + 0.039
3.073 + 0.043
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Degradazione delle ROS
Una maggiore concentrazione di H2O2 rilasciata dai
pollini dell’area urbana non sembra attribuibile ad un
diverso processo di produzione delle ROS nel
granulo pollinico che dovrebbe essere soprattutto a
carico proprio delle NAD(P)H ossidasi.
Un’ipotesi alternativa potrebbe essere che ci siano
differenze tra i due siti per quello che riguarda
invece la capacità di degradare le specie attive
dell’ossigeno.
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Cosa fare?
L’inquinamento dell’aria, è forse uno dei
possibili parametri, in grado di influenzare la
crescita di molte piante, sia forestali sia
alimentari,
interventi mirati all’abbattimento o
contenimento dei livelli di inquinamento
atmosferico
potrebbero arrecare un significativo
contributo alla diminuzione di perdite di
produttività e di danni all’habitat.
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Il “Verde” può comunque aiutare a
risolvere il problema inquinamento
Uso intelligente delle piante per il “verde” con la
scelta di specie più resistenti:
ogni pianta assorbe ed elimina dall’atmosfera una
serie di sostanze nocive, tra esse il particolato
PM10 e PM 2.5,
ma anche gli inquinanti gassosi per accumulo e
disattivazione e per ossidazione metabolica.
Questa capacità dipende dal sistema enzimatico ed
è quindi specifico per ogni specie.
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Le migliori piante per l’abbattimento di O3,
NOx, SO2 senza subire danni evidenti
Robinia pseudoacacia
Platanus occidentalis
Pinus nigra, P. sylvestris
Tilia cordata
Ulmus spp.
Acer campestris, A. platanoides
Molte erbacee (a volte più efficienti degli
alberi)
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