• fitodepurazione
• idroponica
• in vitro
• Ludwigia palustris
• manganese
• zinco

A partire dalla seconda metà del Novecento, i metalli hanno assunto il ruolo di inquinanti ambientali a causa di massicci sversamenti, soprattutto nelle acque, a seguito di diverse attività antropiche. Alcuni di questi metalli, a basse concentrazioni, svolgono un ruolo essenziale nella vita animale e vegetale come cofattori enzimatici e specie cationiche coinvolte in processi fisiologici; tuttavia, un loro eccesso può avere effetti negativi sugli organismi, soprattutto a causa dell'azione ossidante delle loro forme ioniche. Due metalli hanno assunto un particolare interesse sotto quest'ottica: il manganese e lo zinco. Sebbene essenziali nei sistemi biologici, il crescente traffico veicolare ha contribuito pesantemente alla creazione di squilibri nei cicli biogeochimici dei due elementi. La combustione dei carburanti delle automobili, infatti, libera un composto organico a base di manganese (MMT, metilciclopentadienil-manganese-tricarbonile) comunemente impiegato come antidetonante, mentre lo zinco costituisce un componente delle gomme sintetiche utilizzate nella produzione di pneumatici, la cui usura libera fatalmente il metallo nell'ambiente.
La presente tesi ha come obiettivo la valutazione delle capacità fitodepuranti di una idrofita, la porracchia dei fossi (Ludwigia palustris), nei confronti di questi due elementi. Ai fini della conservazione ed il ripopolamento della Ludwigia palustris nella Riserva Naturale del Padule di Fucecchio (Pisa), è stato sviluppato presso il Dipartimento di Biologia delle Piante Agrarie di Pisa un protocollo di micropropagazione. Della Ludwigia palustris è anche nota la capacità di risanare acque contaminate da vari tipi di metalli (es. alluminio e rame), ma non esistono studi sulla risposta di questa specie all’eccesso di manganese e di zinco nel mezzo di crescita.
Il lavoro condotto per questa tesi aveva come obiettivo quello di valutare la risposta della Ludwigia palustris al manganese ed allo zinco utilizzando due diversi modelli sperimentali: la coltura idroponica e la coltura in vitro. Mentre la prima metodologia, basata sull'immersione dell'apparato radicale in una soluzione nutritiva arieggiata a concentrazioni ottimali di elementi nutritivi, è già affermata in questo ambito, la seconda vede ancora pochi sbocchi pratici in valutazioni di questo genere. Per le sue caratteristiche, la coltura idroponica esalta le capacità di assorbimento minerale di una pianta, poiché ottimizza il contatto tra le radici e gli elementi disciolti nella soluzione nutritiva, e, proprio per questo, è stata largamente impiegata in studi sulla fitodepurazione. Viceversa, le colture in vitro sono state pochissimo impiegate per questo tipo di studio. L'impiego di questo modello sperimentale, però, presenta una serie di vantaggi per gli studi nel campo della fitodepurazione consentendo un miglior controllo delle condizioni di crescita, riducendo così l’interferenza di fattori ambientali. Lo studio condotto ha avuto quindi come obiettivo principale verificare se la risposta delle piante coltivate in idroponica con concentrazioni crescenti di manganese e di zinco nella soluzione nutritiva era identica a quella di piante coltivate in vitro su mezzo agarizzato arricchito con le stesse concentrazioni di metalli.
Dopo una serie di saggi preliminari atti a valutare le migliori condizioni di crescita delle piante e le concentrazioni massime di manganese e zinco, sono state condotti due esperimenti nei quali sono state confrontate le seguenti concentrazioni: 0.55 (o 0.05 in vitro), 2, 5 e 8 mg/L, per manganese: 0.33 (0.05 in vitro), 10, 20 e 25 mg/L per zinco.
Nel caso del manganese, la risposta delle piante in vivo è stata assai simile a quella osservata in vitro: non si sono rilevate riduzioni significative della crescita (valutata come accumulo di biomassa secca); l’assorbimento di manganese aumentava con la concentrazione del metallo nel mezzo di crescita; il manganese si accumulava soprattutto nella parte aerea; non si sono osservati fenomeni di antagonismo nei confronti di ferro, rame e zinco. Invece, nel caso dello zinco, la risposta delle piante è stata assai diversa in vitro e in idroponica. In entrambi i sistemi, le concentrazioni più alte (20 e 25 mg/L) hanno ridotto la crescita ma in vitro la concentrazione di zinco nei tessuti è stata molto più alta di quella determinata nelle piante in vivo. In queste, infatti, lo zinco si è accumulato nelle radici e non è stato traslocato in modo rilevante nella parte aerea. Inoltre, almeno in vivo, l’eccesso di zinco ha determinato una riduzione del contenuto di ferro nei tessuti radicali. Confrontando la risposta delle piante a concentrazioni simili dei metalli oggetto di studio (8 mg/L di manganese e 10 mg/L di zinco), non si sono osservate differenze importanti in quanto, in entrambi i casi, la crescita non è stata influenzata in modo significativo e il contenuto dei metalli nella pianta in toto è stato praticamente doppio rispetto a quello determinato nelle piante di controllo.
In conclusione, la porracchia dei fossi si è dimostrata un buona pianta fitodepurante in grado di crescere bene con concentrazioni di manganese e zinco fino a 8-10 mg/L. La capacità fitodepurane di questa specie appare più efficace nei confronti del manganese, in quanto questo metallo – al contrario dello zinco - viene traslocato nella parte aerea, che costituisce ovviamente la frazione più importante della biomassa.