“ Relazione tra rimozione di ozono a livello fogliare ed emissione di isoprenoidi nelle specie forestali ”

1. RETE INFORMATIVA SU OZONO E VEGETAZIONE Silvano Fares*, Juergen Wildt°, Francesco Loreto* *CNR –IBAF (Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Biologia Agroambientale e Forestale) ° Research Centre Jülich, Germany, Institute Phytosphere (ICG-III) silvano.fares@ibaf.cnr.it “Relazione tra rimozione di ozono a livello fogliare ed emissione di isoprenoidi nelle specie forestali” Ozono e vegetazione: il contributo della ricerca italiana 24 Novembre 2006, San Piero a Grado, Pisa Centro Interdipartimentale Ricerche Agro-Ambientali “Enrico Avanzi”

2. Introduzione • L’ ozono è una molecola ossidante che causa seri danni alle piante. Si forma dalla fotolisi di NO2 prodotto in larga parte da reazioni tra isoprenoidi e radicali OH. • La sintesi di isoprenoidi (isoprene e monoterpeni) può portare ad un utilizzo fino al 10% del carbonio fissato con la fotosintesi e rappresentare fino al 2% della GPP. • Gli isoprenoidi hanno la capacità di rimuovere ozono e altre specie reattive nella cavità sottostomatica e la loro produzione aumenta in condizioni di stress ossidativi.

3. Introduzione Isoprenoidi O3ci O3 uptake Isoprenoidi O3out • Gli alberi hanno la capacità di rimuovere ozono attraverso processi stomatici (adsorbimento) e non (absorbimento) • Il metodo più sicuro per accertare il rischio da ozono per le piante (“approccio di livello 2” – UNECE) è quello basato sul flusso stomatico di ozono e di conseguenza l’uptake stomatico delle foglie • Diventa quindi essenziale conoscere l’effettiva quantità di ozono catturata dalle foglie (uptake) e verificare se significative quantità di ozono vengono accumulate negli spazi intercellulari (O3ci)

4. Obiettivi • Determinare la quantità di ozono effettivamente assorbita dalla foglia (uptake) e correlare questo parametro con il danno fogliare • Studiare la protezione da stress ossidativi conferita dalle emissioni di isoprenoidi volatili a livello fogliare • Verificare la concentrazione intercellulare di ozono

5. O3 in – O3 out= uptake 1110L Synthetic air+O3 in Metodi Due sistemi di fumigazione B, tank reactors (Forschungszentrum- Julich). A, cuvette fogliari (CNR-IBAF)

6. Uptake di ozono – Sistemi A, B Quercus ilex L’ uptake di ozono dipende dalla conduttanza stomatica Populus nigra Misure effettuate variando le condizioni di luce (PAR 0-1000 umol m-2 s-1) e temperatura (20-30 °C)

7. Uptake di ozono – Sistema B Quercus ilex

8. Uptake di ozono e emissione di isoprenoidi - Sistema B Populus alba L’emissione di isoprene aumenta in condizioni di alto ozono, così come i prodotti di ossidazione (metil-vinil-chetone e metacroleina) Il flusso di ozono è strettamente correlato con l’andamento della conduttanza stomatica

9. Uptake di ozono e emissione di isoprenoidi - Sistema B Quercus ilex No CO2 > gs Ma Emissione di monoterpeni – 80% O3 uptake – 20% Uptake Conduttanza stomatica I monoterpeni hanno un ruolo attivo nel rimuovere ozono

10. Uptake di ozono e emissione di terpeni Sistema A emettitori di terpeni Non emettitori di terpeni piante non trattate piante fumigate con isoprene (3 ppm) piante trattate con fosmidomicina (no isoprenoidi) Loreto and Fares, Plant Physiology, in press Gli isoprenoidi hanno un ruolo attivo nel rimuovere ozono

11. Isoprenoidi e protezione da ozono Sistema A 100 = % di danno da ozono su piante controllo (senza isoprenoidi) Loreto and Fares, Plant Physiology, in press Gli isoprenoidi (esogeni o endogeni) hanno ridotto il danno associato alla fumigazione con alto ozono

12. = uptake Concentrazione intercellulare di ozono Il flusso di ozono può essere calcolato nei 2 modi: Legenda F = Flusso d’aria in cuvetta AL = Area fogliare (1) (2) D = coefficienti di diffusione O3ci è stata calcolata risolvendo l’equazione 2 considerando il flusso dell’equazione 1

13. Concentrazione intercellulare di ozono Populus nigra L’apertura stomatica guida l’uptake di ozono agendo sulla concentrazione intercellulare di ozono Quercus ilex

14. Il calcolo della concentrazione intercellulare di ozono Populus nigra Quercus ilex 4 Considerando il Ci dell’ozono si ha una riduzione di flusso anche del 50%, e l’effetto si riscontra ad alta conduttanza stomatica

15. RETE INFORMATIVA SU OZONO E VEGETAZIONE Conclusioni • Le piante hanno un ruolo attivo nell’assorbire e rimuovere ozono principalmente per via stomatica • Gli isoprenoidi conferiscono alle piante protezione dall’ozono, riducendone il danno ma aumentandone l’uptake • Il rischio di danno da ozono deve quindi essere valutato tenendo conto dell’uptake legato alla detossificazione della molecola • Esistono casi in cui il Ci per l’ozono e’ > 0. In questi casi il flusso stomatico e’ sensibilmente ridotto rispetto a quello calcolato per Ci = 0. Anche questo deve essere considerato nel valutare le relazioni tra uptake e danno da ozono