Caratteristiche bioagronomiche e composti volatili di varietà di frumento duro tradizionalmente coltivate in Sicilia

The conservation of biodiversity of field crops, especially for durum wheat, is the main purpose of agronomic research. Researchers use old varieties cultivated in Sicily to prevent the genetic erosion due to high productivity of new varieties. Furthermore, old varieties are interesting to find useful genes for genetic improvement to exploit niche-products. The characterization of old genotype is the aim of present study conducted during the PhD course Produttività delle piante coltivate in ambiente Mediterraneo in the framework MIUR project PON ISCOCEM. To this aim the agronomical, morphological and qualitative parameters on traditionally cultivated durum wheat cultivars in Sicily were assessed taking into account a previous work on electrophoresis analyse. In the first step, the principal phenophase and morphological traits on stem, spike and kernel were evaluated. In this view, the studied traits were sometimes very different from the characterization reported in literature. The duration of the growing phases were affected by cultural input as well as by environmental stress conditions such as drought and heat, which often occur in Piana di Catania. These limiting conditions could be responsible for the different color of arista or different spike shape. Among the qualitative features, the content in protein and beta-glucan of kernels, which is important in beneficial effect to human health, was analysed. In order to distinguish the genotypes, the study of granule starch by scanning electron microscopes (SEM) and the amylase and amylopectin content were performed. SEM images highlight that early varieties had bigger granules than the late ones. The method optimized to study the volatile compounds was applied to distinguish old genotypes and to study the variation of aromatic profile under different environmental condition. Water regime affected the genotype expression. In detail, butanal 3-methyl was detected when plants were grown under drought condition. Probably the unfavorable temperature regime caused a different spectrum of volatile analytes in quantitative and qualitative terms, as observed for Timilia. The present research could represent the first step to identify qualitative markers useful to exploit durum wheat varieties.

La conservazione della biodiversità di specie diverse ed in particolare del frumento duro è tra gli obiettivi prioritari della ricerca agronomica degli ultimi anni. Si tenta, infatti, di utilizzare le varietà tradizionalmente coltivate per assicurare il contenimento dell erosione genetica causata dall introduzione di nuove varietà ad alto livello produttivo, ma anche per reperire geni utilizzabili nel lavoro di miglioramento genetico per la valorizzazione delle materie prime per prodotti di nicchia. La caratterizzazione oggetto di questa ricerca, condotta durante il corso di dottorato in Produttività delle piante coltivate in ambiente Mediterraneo finanziata dal MIUR progetto PON ISCOCEM, è stata effettuata a partire dall esame elettroforetico dei genotipi al momento del reperimento (2003-04). Allo scopo sono stati analizzati caratteri agronomici, morfologici e qualitativi di popolazioni di frumento duro tradizionalmente coltivate in Sicilia. Sono state rilevate le principali fenofasi del ciclo biologico mentre i rilievi morfologici hanno interessato caratteri del culmo, della spiga e del seme. In particolare, per ciò che concerne quest ultimo aspetto, l esame dei caratteri morfologici rilevati ha messo in luce differenze a volte marcate e a volta di scarsa entità rispetto alla caratterizzazione rilevata in letteratura da attribuire alle condizioni di maturazioni in un ambiente particolarmente stressante come la Piana di Catania (es. colore delle reste) o ai maggiori input agronomici (es. forma della spiga). Tra i caratteri qualitativi sono stati analizzati il contenuto proteico, il contenuto in fibra solubile (beta-glucano) nota per le azioni benefiche sulla salute dell uomo. La differenziazione dei genotipi è stata condotta anche attraverso lo studio dell amido effettuando un rilievo fotografico dei granuli per mezzo di microscopio a scansione elettronica (SEM) e la valutazione delle rispettive componenti quali amilosio e amilopectina. Le immagini al SEM hanno messo in rilievo la prevalenza di granuli di tipo A nelle varietà con maggiore precocità e la presenza di granuli più piccoli nelle varietà più tardive. Lo studio delle sostanze volatili, previa messa a punto del metodo, ha messo in luce differenze tra le popolazioni esaminate ma anche variazioni nei composti rilevati per effetto delle condizioni ambientali. Il regime idrico ha influenzato l espressione del genotipo mettendo sottolineando la presenza di alcuni composti come 3-metile-butanale solo in condizioni di stress idrico. Anche il regime termico sfavorevole ha determinato la sintesi produzione di sostanze volatili in quantità e qualità diverse a seconda dell ambiente di coltivazione come dimostrato per la cultivar Timilia. La ricerca può considerarsi il primo passo verso l individuazione di marker varietali e di qualità.