Tutto (o quasi) sul mondo del biocontrollo

Oggi stiamo assistendo ad una vera e propria rivoluzione nel mondo delle malattie delle piante: in un'ottica di salvaguardia della salute umana e ambientale si stanno sempre più sviluppando tutte quelle strategie di difesa alternative ai prodotti chimici dette biosoluzioni.

Le biosoluzioni sono divise in 4 categorie:

• microrganismi cioè virus, batteri, funghi e nematodi antagonisti;
• macrorganismi cioè insetti e acari utili;
• sostanze naturali, come per esempio gli estratti vegetali o le sostanze di base;
• semiochimici cioè sostanze chimiche naturali alla base della comunicazione tra gli insetti, che possono essere utilizzate per il monitoraggio o la confusione sessuale.

In questo articolo entriamo nel dettaglio di ognuna delle 4 categorie facendo riferimento alle lezioni del corso di alta formazione Biosolution Academy.

Organizzato dall'Università Cattolica del Sacro Cuore di Piacenza, l'obiettivo del corso, oggi giunto alla seconda edizione, è quello di formare esperti nello sviluppo di soluzioni biologiche per la salute delle piante. Oltre ad approfondire le diverse tipologie di biosoluzioni, si studia la loro dinamica nell'ambiente e la loro interazione con le piante e i patogeni in campo, si discute del loro posizionamento tecnico agronomico, delle strategie di marketing e comunicazione e dei processi regolatori legati a questa categoria di prodotti.

Microrganismi per il biocontrollo

Virus e batteri antagonisti

I virus impiegati per il biocontrollo sono generalmente entomopatogeni, cioè attaccano gli insetti. Si comportano da patogeni endocellulari obbligati: si riproducono sfruttando il sistema di trascrizione del macrorganismo che, come conseguenza, inizia a cambiare il suo comportamento e a modificare la sua mobilità finché non muore per setticemia.

I generi Alphabaculovirus e Betabaculovirus sono entomopatogeni nei confronti dei lepidotteri, il genere Gammabaculovirus è attivo contro gli imenotteri e il genere Deltabaculovirus controlla i ditteri. Con questi virus è stato possibile preparare oltre 50 prodotti fitosanitari ad elevata specificità e ad alta efficienza soprattutto nei confronti delle giovani larve.

I batteri sono un efficace mezzo di biocontrollo e agiscono grazie a 4 diversi meccanismi d'azione: l'iperparassitismo, l'antibiosi, la competizione e l'induzione di resistenza.

Nel primo caso, oltre all'interazione diretta tra 2 organismi in cui uno (parassita) acquisisce nutrienti dall'altro (ospite), l'ospite è a sua volta un parassita di un altro organismo. Nell'antibiosi, invece, il batterio produce dei metaboliti secondari che possono danneggiare altri organismi, bloccandone la crescita o uccidendoli. Per esempio i batteri del genere Pseudomonas spp. producono il composto Dapg (2,4 - diacetylphloroglucinol) che agisce sia contro batteri che contro funghi e nematodi e danneggia le membrane, disturba le catene di trasporto degli elettroni dei mitocondri e inibisce l'attività Atp-asica.

Inoltre, i batteri possono entrare in competizione con organismi fitopatogeni per l'acquisizione di nutrienti o per la colonizzazione dello spazio, oppure indurre resistenza nelle piante attraverso la produzione di specifiche sostanze che vengono riconosciute dalla pianta, attivano una catena di reazioni biochimiche e stimolano una sorta di immunità nei confronti di un determinato patogeno.

Tra i batteri che controllano altri microrganismi ci sono, per esempio, alcuni appartenenti al genere Bacillus spp. (B. subtilis, B. amyloliquefaciens, B. firmus, B. pumilus) che possono essere applicati o alle foglie o alle radici prima del trapianto, e altri appartenenti al genere Pseudomonas spp. (P. fluorescens, P. protegens, P. putida, P. chloraphis) comunemente usati per trattare semi, radici, tuberi e bulbi di piante prima del trapianto.

Altri generi importanti sono Burkholderia spp. molto comune nel suolo, Pantoea spp. le cui specie sono utilizzate contro il colpo di fuoco batterico delle pomacee in melo e pero, e Streptomyces spp. i cui ceppi possono essere usati come agenti antifungini per serre, vivai, tappeti erbosi e in pieno campo contro diversi funghi patogeni (Fusarium, Rhizoctonia, Pythium, Phytophthora, ecc.).

Un esempio di batterio entomopatogeno, cioè che attacca gli insetti, è quello del Bacillus thuringiensis. Questo produce l'endotossina Bt che quando ingerita da un insetto causa paralisi dell'intestino e dell'apparato boccale e di conseguenza deperimento e morte del macrorganismo nel giro di 3-5 giorni. Il Bacillus thuringiensis si usa generalmente contro lepidotteri, ditteri e coleotteri.

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Controllo biologico con oomiceti, lieviti e funghi

Anche questi organismi agiscono per antibiosi, competizione, iperparassitismo e induzione di resistenza.

Pythium oligandrum è un oomicete micoparassita attivo contro 20 generi di funghi patogeni, come Botrytis, Sclerotinia, Sphaerotheca, Fusarium, Alternaria, Verticillium, Rhizoctonia e Pythium. Induce resistenza nella pianta attraverso la produzione di oligandrina e la pianta in risposta impregna la parete cellulare di composti fenolici, forma gel di pectato di calcio negli spazi intercellulari e nel floema accumula proteine antimicrobiche.

I lieviti sono funghi con forma unicellulare, facili da coltivare a livello industriale e altamente resistenti agli stress. Il primo lievito ad essere stato commercializzato come prodotto fitosanitario è stato Candida oleophila per il controllo di diversi patogeni fungini come Botrytis cinerea e Penicillium expansum.

Altri esempi riguardano l'Aureobasidium pullulans (black yeast), battericida verso Erwinia amylovora e fungicida contro Penicillium expansum su pomacee e contro Botrytis cinerea su vite, e il comune Saccharomyces cerevisiae, commercializzato come prodotto di biocontrollo contro l'oidio, la peronospora e la botrite.

Aureobasidium pullulans e Botrytis cinerea in microferita su buccia

(Fonte: Biosolution Academy)

Il fungo più utilizzato nel mondo del biocontrollo, invece, riguarda il genere Trichoderma, soprattutto per le malattie radicali. Trichoderma possiede tutti i meccanismi d'azione: è un micoparassita e secerne enzimi che degradano la parete cellulare del fungo ospite, produce sostanze antibiotiche quali sostanze volatili, composti idrosolubili e peptaiboli; la competizione permette al Trichoderma di controllare Botrytis cinerea e, infine, ha un'ottima interazione con la pianta e può produrre fitormoni che ne promuovono la crescita.

Ampelomyces quisqualis, conosciuto a livello commerciale soprattutto per il ceppo AQ10, attacca più di 65 specie diverse di oidio su almeno 256 specie di piante. Attacca il micelio, le ife e i rami conidiofori distruggendo le colonie nel giro di 5-7 giorni.

Tra i funghi che attaccano gli insetti, invece, ricordiamo la Beauveria bassiana che causa la malattia del calcino bianco o calcinosi penetrando nel corpo dell'insetto e utilizzandolo come fonte di nutrimento. È molto attivo contro tripidi, aleurodidi, afidi e ragnetto rosso.

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Nematodi parassiti ed entomopatogeni

I nematodi sono vermi cilindrici ubiquitari che possono vivere liberi o a carico di piante e animali. Ci sono nematodi predatori, come quelli appartenenti agli ordini Mononchida e Dorylaimida, capaci di succhiare i contenuti interni delle vittime che generalmente sono altri nematodi fitofagi.

(Fonte: Biosolution Academy)

Gli entomopatogeni appartenenti alle famiglie Steinernematidae e Heterorhabditidae devono la loro infettività alla simbiosi mutualistica con i batteri appartenenti ai generi Xenorhabdus e Photorhabdus. I nematodi penetrano nell'insetto e rilasciano i batteri che producono tossine, enzimi e antibiotici trasformando i tessuti dell'ospite in un "brodo nutritivo" ideale per lo sviluppo dei nematodi. Le specie attualmente in commercio sono: Steinernema carpocapsae, S. kraussei, S. feltiae (parassiti delle mosche appartenenti alla famiglia Sciaridae), S. glaseri (parassiti delle larve di coleotteri), S. riobrave, S. scapterisci (parassiti del grillo talpa), Heterorhabditis bacteriophora, H. megidis, Phasmarhabditis hermaphrodita (parassiti di molluschi).

(Fonte: Biosolution Academy)

Tutti questi organismi che permettono il controllo biologico delle malattie delle piante possono risultare molto vantaggiosi perché non lasciano residui e possono essere applicati in prossimità alla raccolta; possono essere inseriti nelle strategie anti resistenza, non sono tossici per l'ambiente, l'uomo e gli animali e non danno problemi di fitotossicità.

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Macrorganismi: lotta biologica, acari e insetti utili

La lotta biologica è un fenomeno che esiste in natura ma che negli agroecosistemi a ridotta biodiversità può risultare poco efficiente per tenere a bada eventuali esplosioni di malattie o di fitofagi dannosi. Per questo c'è bisogno dell'intervento umano.

La lotta biologica consiste nell'uso di organismi viventi, predatori, parassitoidi o patogeni come mezzo di controllo dei nemici delle piante. Il vantaggio maggiore si osserva nel lungo periodo con il ripristino degli equilibri ecologici naturali.

Principalmente quando si parla di lotta biologica si fa riferimento ai macrorganismi e quindi agli insetti e acari utili che possono essere allevati in maniera massale nelle biofabbriche.

Ci sono 3 metodi diversi di lotta biologica:

• il metodo propagativo, o lotta biologica classica, si usa per il contenimento delle specie esotiche invasive (che provengono da un altro paese e non fanno parte della fauna autoctona) e prevede l'introduzione dalle aree di origine della specie dannosa di uno o più nemici naturali. È il caso della cimice asiatica (Halyomorpha halys) e della vespa samurai (Trissolcus japonicus);
• il metodo aumentativo serve a contenere la popolazione dell'organismo dannoso subito e immediatamente. Comprende il metodo inondativo, per cui un numero elevato di un nemico naturale viene introdotto in campo per ottenere un rapido decremento del fitofagi, come se fosse un fitofarmaco, e il metodo inoculativo, che consiste nel rilascio periodico di organismi agenti di controllo biologico, necessario se la stessa specie scarseggia in campo, o se proviene da un altro areale di origine e fatica ad acclimatarsi stabilmente al nuovo ambiente;
• il metodo conservativo o protettivo comprende una serie di pratiche agronomiche che vogliono preservare e/o potenziare l'azione svolta dai nemici naturali già presenti in campo (uso di siepi o strisce tampone come siti rifugio, incremento di ospiti alternativi, riduzione dell'uso di fitofarmaci ad ampio spettro d'azione, aumento della biodiversità, ecc.).

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Acari predatori

I più famosi acari predatori sono quelli appartenenti alla famiglia dei fitoseidi, per un periodo quasi scomparsi in campo in seguito allo smisurato uso di fitofarmaci di sintesi. Questi possono essere sia predatori generici facoltativi che specifici e obbligati. Nel primo caso possono nutrirsi sia di altri acari dannosi per le colture che di polline, ife fungine e altri vegetali e per questo possono svilupparsi in gran numero anche prima dell'arrivo delle prede. Nel secondo caso si possono alimentare solo di acari appartenenti ad una famiglia. È il caso del Phytoseiulus persimilis che preda acari Tetranychidae infestanti di piante erbacee e arbustive, in particolare il ragnetto rosso (Tetranychus urticae).

(Fonte: Biosolution Academy)

Esempi di insetti predatori e parassitoidi

Anthocoris nemoralis è il più noto ed efficace antagonista naturale della psilla del pero (Cacopsylla pyri) in Europa. Viene rilasciato in campo in primavera, in più tempi diversi, per anticipare l'insediamento del predatore nel pereto.

Orius leavigatus, O. niger, O. majusculus e O. insidiosus sono antagonisti naturali della Frankliniella occidentalis ma sono anche efficaci contro altri tripidi, afidi e acari tetranichidi su piante orticole e ornamentali.

Le larve di Chrysoperla carnea e Chrysopa spp. predano afidi come Macrosiphum spp. e Myzus spp. su orticole e piante ornamentali. Gli adulti, invece, sono glicifagi e si nutrono di polline, nettare ed altre sostanze zuccherine.

I sirfidi sono sia importanti impollinatori che predatori di afidi. Episyrphus balteatus e Syrphus ribesii sono solitamente molto presenti in natura quindi bisogna fare attenzione a conservarli e mantenerli in campo per esempio attraverso l'inerbimento. Dallo stadio di larva di prima età a quello di larva matura sono capaci di consumare dagli 800 ai 1000 afidi.

Poi ci sono tutte le coccinelle: l'Adalia bipunctata e la Coccinella septepuntata sono autoctone e afidifaghe; Cryptolaemus montrouzieri è predatore di diverse specie di cocciniglie cotonose come Pseudococcus sp. e Planococcus citri, ed è utilizzato in tutto il mondo su agrumi, vite, alberi da frutto e piante ornamentali.

Tra gli insetti parassitoidi ricordiamo Aphidius colemani per il controllo degli afidi M. persicae e Aphis gossypii. È utilizzato principalmente in serra attraverso il sistema delle banker plants che permette al parassitoide di crescere su piante monocotiledoni affiancate a quelle coltivate e infestate da Rhopalosiphum padi, ospite alternativo del parassitoide. In questo modo il nemico naturale sarà presente in campo anche in assenza o quando c'è una bassa densità dei fitofagi target.

Eretmocerus mundus ed Encarsia formosa parassitizzano le neanidi di Bemisia tabici e Trialeurodes vaporiorum e Anagrus atomus e Anagrus incarnatus parassitizzano uova di Empoasca vitis.

(Fonte: Biosolution Academy)

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Sostanze naturali biopesticide

Si tratta di sostanze già presenti in natura i cui principi attivi sono generalmente abbondanti e rinnovabili, di facile degradazione, caratterizzati da diversi meccanismi d'azione che riducono i problemi di comparsa di resistenze e più sani dal punto di vista della salute umana e ambientale.

Le sostanze naturali per il biocontrollo comprendono i botanicals, cioè estratti vegetali e derivati di origine botanica ottenuti dalla lavorazione (spremitura, macinazione, frantumazione, distillazione e/o estrazione) di materiale di origine biologica (corteccia, foglie, radici, fiori, frutti e semi). Si ottengono così metaboliti secondari come steroidi, alcaloidi, tannini, terpeni, fenoli, flavonoidi e resine capaci di conferire alla pianta resistenza agli agenti patogeni oppure ostacolare lo sviluppo del parassita stesso, o ancora richiamare predatori e parassitoidi utili.

Insetticidi botanici danno buoni risultati sul controllo di coleotteri e lepidotteri mentre botanicals ad azione fungicida possono essere utilizzati per il controllo di specie appartenenti ai generi Erwinia e Collettotrichum.

Esempi classici di estratti vegetali non volatili sono il piretro, estratto dal Chrysanthemum cinerariaefolium, e l'olio di neem, prelevato dalla Azadirachta indica. Mentre, nel gruppo degli estratti volatili rientrano gli oli essenziali: complessi o miscele di composti chimici eterogenei di origine vegetale, oleosi, lipofili, volatili, difficilmente miscibili con acqua e intensamente profumati come i terpeni e i terpenoidi, i composti alifatici e le sostanze aromatiche. Questi hanno attività antimicrobica e insetticida che si esplica sotto forma di tossicità acuta, repellenza, anti feeding, ovideterrenza e/o inibizione dello sviluppo e della riproduzione.

L'olio d'arancio ne è un esempio: causa il disseccamento della cuticola dei fitofagi con esoscheletro molle durante le fasi giovanili e adulte, è efficace soprattutto contro mosche bianche, tripidi, cicaline, psille, ragnetti ed eriofidi, ma è anche un buon fungicida in grado di disidratare le pareti cellulari di miceli, conidi, cleistoteci e degli sporangi di alcuni funghi patogeni.

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Anche le sostanze di base sono delle sostanze naturali che spesso e volentieri fanno parte dell'alimentazione umana: la birra per esempio è un molluschicida e il latte può uccidere funghi e virus.

Tra i più studiati e apprezzati ad oggi sul mercato, c'è il chitosano, un polisaccaride ad alto peso molecolare che si ottiene dalla deacetilazione della chitina presente nelle pareti delle cellule fungine e negli esoscheletri degli artropodi, come insetti e crostacei. Può essere utilizzato come rivestimento edibile di frutta e verdura per il controllo di malattie post raccolta. Inoltre, agisce come induttore di resistenza nelle piante, cioè induce nelle piante la biosintesi di metaboliti e varie sostanze, come per esempio le fitoalessine, che sono alla base delle risposte difensive delle colture verso diversi patogeni.

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I semiochimici e i feromoni

Per comunicare tra di loro gli insetti utilizzano delle sostanze chimiche naturali dette semiochimici. Se l'informazione è trasmessa tra individui della stessa specie vengono prodotti feromoni, se avviene tra specie diverse, invece, si producono allelochimici.

Queste sostanze possono essere utilizzate in campo per la difesa dai fitofagi sia indiretta (monitoraggio) che diretta (cattura massale, lotta attratticida, disorientamento, confusione sessuale).

I feromoni sessuali sono i più utilizzati e servono a regolare il comportamento riproduttivo di una specie target. Sono prodotti principalmente dalle femmine e percepiti dai chemiorecettori situati sulle antenne degli insetti maschi.

Il monitoraggio è estremamente importante quando si vuole razionalizzare l'uso degli agrofarmaci, per capire cioè se, quando e dove applicare l'insetticida. Serve anche per determinare le curve di volo di una specie dannosa in un determinato ambiente, per rilevare la presenza di specie aliene in nuovi areali o per studiare la biodiversità di un luogo.

La cattura massale serve ad abbassare drasticamente la popolazione di un insetto dannoso, posizionando numerose trappole e catturando il maggior numero di insetti maschi in una volta. Mentre la lotta attratticida consiste nell'attirare i maschi, o entrambi i sessi, su delle esche avvelenate.

(Fonte: Biosolution Academy)

Il disorientamento sessuale ha come obiettivo quello di simulare la naturale emissione di feromone delle femmine: servono tanti erogatori (2-3mila ad ettaro) capaci di diffondere una quantità di attrattivo sessuale in grado di distrarre il maschio dalla ricerca della femmina.

Infine, in Italia è molto utilizzata la confusione sessuale per il controllo di lepidotteri carpofagi (Lobesia botrana su vite, Cydia pomonella su pomacee, Cydia molesta e l'Anarsia lineatella) e cocciniglie (Planococcus ficus su vite). In questo caso con 250-600 erogatori ad ettaro si rilascia un'elevata quantità di feromone che è in grado di attivare uno o più meccanismi fisiologici che limitano o impediscono l'incontro tra i sessi.

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