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Frassini, un insetto e isotopi del carbonio: relazioni studiate in USA

Tutti sanno che esiste un rapporto tra molti insetti e il deperimento delle piante. Negli USA, una ricerca ha rilevato i legami che esistono tra un coleottero altamente dannoso sui frassini e la presenza di un isotopo di Carbonio. È stato tutto relazionato, poi, a dei prametri di valutazione visivi normalmente utilizzati.

Adulto di AgrilusplanipennisInsetto e frassini. Agrilus planipennis Fairmaire (EAB ) è un coleottero inavvertitamente introdotto in Nord America dall'Asia nel 1990 e fu scoperto a Detroit, nel 2002. L' EAB si è diffuso dal sud-est del Michigan risultando la causa principale nella morte di frassini in 18 stati e porzioni di Canada. In Nord America, tutte le specie autoctone di frassino sono molto sensibili agli attacchi EAB. Il genere Fraxinus è geograficamente distribuito in 48 stati degli USA con la loro massima presenza nella regione dei Grandi Laghi.

Cenni biologici. Il ciclo di vita del EAB inizia con l’ ovdeposizione sulla superfice della corteccia e le crepe del legno, durante l'estate. Le uova si schiudono circa 2 settimane più tardi, realizzando un tunnel nella regione cambiale del tronco. Le larve svernano come pupe, emergendo attraverso la corteccia, producendo un caratteristico  foro di uscita a forma di D, nel mese di aprile maggio a latitudini di 39-42°. A seconda delle condizioni e della salute dell’albero, possono compiere 1-2 generazioni all’anno. Le larve scavano delle tipiche gallerie di nutrizione a serpentina. Sebbene sia difficile determinare il momento della prima infestazione, EAB è stata osservata su frassini maturi morti entro 3 a 5 anni dall’ infestazione.

Legami tra stress idrico e malattia. Mentre i sintomi di infestazione ( es. declino della chioma, fori di uscita, emissione di  germogli epicormici ) sono da tempo riconosciuti, i meccanismi  alla base della mortalità degli alberi non sono ancora del tutto certi  Uno studio ha cercato di quantificare il rapporto tra presenza dell’insetto e deperimento della chioma, senza, però, quantificare la durata dello stadio larvale e trascurando il meccanismo di mortalità, probabilmente causato da stress idrico. L’attività delle larve si pensa abbiano influenza sul tessuto floematico dell'albero, rendendolo non più in grado in grado di trasportare acqua e nutrienti essenziali.  Un sistema visivo per valutare lo stato della chioma è stato sviluppato per i frassini ed è stato ampiamente utilizzato in studi ecologici. Questo sistema si adatta in modo univoco alla progressione della malattia, indicando dove la chioma potrà essere diradata prima della fase di deperimento completo. Tuttavia, i rapporti tra questo sistema di valutazione e la presenza di gallerie, non è mai stato messo in relazione con i meccanismi fisiologici di stress idrico. Fornire una comprensione delle basi fisiologiche dietro il grado di declino della pianta, può consentire una migliore comprensione delle risposte eco-fisiologiche dei frassini.

Studio sugli Isotopi del Carbonio. L'obiettivo di questo studio è stato quello di quantificare il meccanismo attraverso con cui  Agrilus planipennis Fairmaire provoca la mortalità dell’albero e metterlo in relazione con il sistema di valutazione visivo del deperimento della chioma. Per quantificare tale meccanismo, sono stati presi dei campioni di frassini maturi in una foresta successionale precoce quantificandone la popolazione di EAB, la copertura della galleria e, infine, gli isotopi stabili del Carbonio nelle foglie. Gli isotopi stabili rappresentano indicatori di disfunzioni chimiche e fisiche e possono essere utilizzato per studiare le interazioni tra le piante e l’ambiente circostante. Il Carbonio, in natura, esiste in due isotopi stabili: 12C, 13C . Il  primo è più abbondante in atmosfera e  influisce nelle reazioni biochimiche, come la fotosintesi. Precedenti studi hanno suggerito che la presenza di 13C  fogliare riflette una misura integrata di intrinseca efficienza d'uso dell'acqua. Durante i periodi di stress, come quelli indotti da EAB o sfavorevoli condizioni atmosferiche, la chiusura stomatica può indurre la pianta a incorporare più Carbonio dell'isotopo più pesante. Quindi, l’obiettivo dello studio, era quello di valutare se la presenza di 13C  fogliare fosse correlata positivamente con la percentuale di gallerie nutrizionali presenti nel floema.

Selezione degli alberi e stato di degrado della chioma. Questo studio è stato condotto dal 2008 al2010 in una foresta di circa 15 ettari nel Delaware. Questa foresta è dominata da frassino ( Fraxinus americana L. e Fraxinus pennsylvanica Marshall ). Quarantadue Fraxinus americana e quattro Fraxinus pennsylvanica ( 29 alberi nel 2008 e 17 alberi nel 2009 ) sono stati selezionati perché presentavano sintomi di degrado della chioma. Gli alberi variavano da 8 a 25 cm di diametro a petto d’uomo. La condizione della chioma è stata valutata utilizzando metodi visivi, secondo una scala da 1 a 5.  Il tessuto fogliare è stato essiccato e successivamente analizzato per la sua composizione isotopica del Carbonio.

Analisi statistiche e risultati. Il rapporto tra la composizione isotopica del carbonio sulla foglia e la percentuale di superficie coperta da gallerie larvale è stato valutato utilizzando un modello matematico lineare, affiancato  a un altro modello che indicava la classificazione visiva dello stato della chioma delle piante. L’isotopo 13C nella foglia evidenzia una significativa relazione positiva con la percentuale  di gallerie larvali sull’albero.  L’isotopo  13C  è diventato più alto, quando la classificazione visiva della chioma era da 1 a 4.  Al contrario, è risultato più basso con alberi maggiormente sani e con chioma classificata da 3-4. La presenza di EAB e la presenza di gallerie su alberi di ogni condizione di classe, indica che l’insetto può avere un impatto sia su alberi sani che non. La densità di EAB (insetti per m2) e la percentuale di copertura delle gallerie larvali , influiscono notevolmente sulla salute della pianta e sullo stato della chioma. Sono stati trovati meno insetti e significativamente percentuali inferiori di  gallerie larvali in alberi con un chioma sani (classificazione della chioma 1) rispetto alle altre classi di classificazione. La relazione positiva tra 13C  fogliare e le percentuali di gallerie larvali, indica che Agrilus planipennis Fairmaire provoca la morte dell’ albero a causa dell'alimentazione delle sue larve che creano  una serpentina in grado di inibire il flusso di sostanze nutritive e acqua tra la chioma e le radici. Questo trasporto acropeto ridotto di acqua provoca l'arricchimento isotopico del carbonio nei tessuti fogliari dei frassini. Inoltre , il rapporto tra le condizioni della chioma e l’isotopo 13C fogliare,  dà  sostegno alla la nozione di lunga data che gli isotopi di carbonio possono essere utilizzati per rivelare lo stato fisiologico di un albero.

Lo studio mette in evidenza gli effetti negativi della EAB sulla salute frassino. I risultati indicano che larve di EAB possono essere presenti in alberi che sembrano essere in buona salute e che lo stato della chioma è fortemente in relazione con la presenza di gallerie larvali.

Fonte: Forest Ecology and Management, 303 (2013) 143–147 

Una ricerca ha evidenziato come le larve di Agrilus planipennis Fairmaire compromettano seriamente la fisiologia delle piante, attraverso l'azione esercitata sui tessuti floematici

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