Scheda progetto
Dipartimento Di Coltivazione E Difesa Delle Specie Legnose “giovanni Scaramuzzi”
Komb (kit for ozone miniaturized bioassay)
| Informazioni sul candidato: |
| Ragione sociale |
Dipartimento Di Coltivazione E Difesa Delle Specie Legnose “giovanni Scaramuzzi”
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| Settore |
Patologia vegetale, fitotossicologia, monitoraggio e biomonitoraggio
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| Sito web |
http://biomonitoraggio.info |
| Attivita dell'impresa |
Il Dipartimento di Coltivazione e Difesa delle Specie Legnose “Giovanni Scaramuzzi” dell’Università di Pisa è impegnato da tempo nella valutazione degli effetti dell’inquinamento atmosferico sulla vegetazione e sulla ricerca di nuovi sistemi vegetali da impiegare nel campo della bioindicazione.
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| Certificazioni |
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| Forme di controllo della gestione |
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| Certificazioni del prodotto |
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| Informazioni sull'innovazione: |
| Titolo |
Komb (kit for ozone miniaturized bioassay)
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| Presentazione dell'innovazione |
Nell’ambito del biomonitoraggio dell’ozono troposferico, sin dal 1962 ha trovato ampia diffusione mondiale l’impiego della cultivar americana di Nicotiana tabacum L. Bel-W3, supersensibile, utilizzata in parallelo alla resistente Bel-B. La nuova metodologia (“kit miniaturizzato”) si basa sull’impiego di germinelli di tabacco, allevati in piastre per colture di tessuti, sfruttando il fatto che la sensibilità dei cotiledoni e delle prime foglie in espansione è ben correlabile a quella delle foglie mature.
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| Progettista |
Giacomo Lorenzini
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| Innovazione di |
prodotto
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| Tema |
qualità ambientale
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| Descrizione dell'innovazione |
I cotiledoni e le foglie di germinelli della cultivar di N. tabacum Bel-W3, esposte per una settimana all’aria ambiente (nel periodo da maggio a settembre compresi), vengono utilizzati per il rilievo dell’intensità dei sintomi dovuti all’ozono; in parallelo, germinelli della cv. Bel-B sono impiegati come “controllo interno”. Il sistema è ampiamente sperimentato in condizioni di laboratorio e in campagne-pilota ed è stato utilizzato nel corso di esperienze in campo nazionale ed internazionale.
I semi di tabacco (Nicotiana tabacum L.) delle cvv. Bel-W3 (O3-sensibile) e Bel-B (O3-resistente), riprodotti in purezza presso il Dipartimento di Coltivazione e Difesa delle Specie Legnose “G. Scaramuzzi” dell’Università di Pisa e conservati in frigorifero (+ 4°C) fino al momento dell’utilizzazione, sono distribuiti uniformemente in terrine di terracotta e riempite di terriccio organico. Due settimane dopo la semina, quando la prima foglia è lunga circa 1 cm, le singole piante sono trapiantate nei pozzetti di piastre in polistirene per coltura dei tessuti (kit), riempiti con il medesimo terriccio usato per la germinazione. Il kit, avente dimensioni di 13 x 9 cm, presenta 24 pozzetti di 16 mm di diametro e 20 mm di profondità, forati alla base per assicurare l’approvvigionamento idrico. Ogni kit comprende 20 germinelli di Bel-W3 e 4 di Bel-B. I kit sono preparati settimanalmente e, dopo circa tre giorni dal trapianto (i due cotiledoni completamente espansi e la prima foglia lunga circa 1 cm), sono trasferiti nei siti di rilevamento. Ogni stazione di biomonitoraggio comprende tre kit disposti in modo randomizzato e contrassegnati con un numero progressivo. Le piastre commerciali per colture di tessuti prevedono, inoltre, l’identificazione alfanumerica dei singoli pozzetti. I kit sono mantenuti in aria ambiente per una settimana e quindi sostituiti con i nuovi. I vecchi, conservati per 36 ore in aria filtrata allo scopo di permettere il completo sviluppo dei sintomi relativi agli ultimi giorni di permanenza all’esterno, sono successivamente analizzati per rilevare i danni da O3 sui cotiledoni e la prima foglia dei germinelli.
I sintomi sono esaminati e classificati, utilizzando - come indice di danno - la stima visiva, con l’ausilio di una lente di ingrandimento, della percentuale di superficie necrotizzata per ciascun cotiledone IDC (Indice di Danno Cotiledonare) e per la prima foglia (Indice di Danno Fogliare). Mediante comparazione con materiale iconografico standard di riferimento, la percentuale è espressa secondo una delle cinque classi di intensità di danno di seguito riportate: 0 = nessun danno; 1 = 1-10% di superficie fogliare necrotizzata; 2 = 11-25% di superficie fogliare necrotizzata; 3 = 26-50% di superficie fogliare necrotizzata; 4 = superficie lesionata superiore al 50%. Si tratta di una metodologia di biomonitoraggio analoga a quella condotta con le piante adulte, in grado, però, di apportare una serie di importanti vantaggi al sistema. Consente, infatti una maggiore maneggevolezza e facilità di trasporto, nonché il privilegio di poter disporre di un ampio numero di individui nella stazione di rilevamento, compensando così la variabilità intrinseca di risposta e la soggettività nell’interpretazione dei risultati con la disponibilità di un elevato numero di dati.
Il metodo è stato ampiamente sperimentato in condizioni di laboratorio e in campagne-pilota ed è stato utilizzato nel corso di esperienze in campo nazionale, in Toscana, compreso l’arcipelago, in Umbria, nella Provincia della Spezia, di Genova e di Ferrara, ed internazionale, in Francia e Inghilterra.
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| Data della prima realizzazione |
estate 1995
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| Benefici ambientali |
Biomonitoraggio dell’ozono con giovani studenti
Esiste un costante “problema ozono”, che investe anche le aree extraurbane, a seguito del trasporto sia dell’ozono stesso che dei suoi precursori.
Non si intravede alcuna soluzione al problema che non passi attraverso una significativa riduzione delle emissioni dei precursori, e – pertanto – anche interventi di limitazione del traffico. In questo caso si tratta di misure quanto mai impopolari, per l’attuazione delle quali si rende opportuno un adeguato coinvolgimento della cittadinanza, mediante opera di informazione. Al riguardo, gli adolescenti possono fungere da elementi di trascinamento nei confronti degli adulti: ecco perché assume speciale valenza un intervento di educazione ambientale mirato a questa specifica fascia di età. La semplicità e l’immediatezza del sistema, gli stimoli visivi che offre, portano indubbiamente ad accrescere l’interesse all’apprendimento dei concetti chiave dell’educazione ambientale. Con ciò, vale la pena citare l’esperienza della Regione Umbria, in cui gli alunni delle scuole materne, elementari, medie inferiori e superiori sono stati coinvolti nella campagna di valutazione del rischio da O3, condotta nel giugno 2001 su tutto il territorio regionale. Il progetto di educazione ambientale ha coinvolto circa mille alunni, di età da 4 a 16 anni, provenienti da 42 scuole, dislocate in 16 Comuni della Regione. Tale lavoro è risultato estremamente utile dal punto di vista educativo e, allo stesso tempo, ha fornito una mappa tematica dell’andamento dell’inquinante a livello regionale. L’esperienza ha dimostrato che – a partire dall’impianto base – è possibile per gli insegnanti sviluppare eventualmente spunti di approfondimento, quali ad esempio, la stesura di un rapporto tecnico, la compilazione di tabelle, grafici, diagrammi, la realizzazione di mini servizi fotografici o videofilm.
La valutazione del rischio ozono in Provincia di Livorno nell’estate 2003Nella Provincia di Livorno sono state individuate complessivamente 25 stazioni di biomonitoraggio dell’O3 con i germinelli di tabacco. Il periodo globale di studio è coinciso con l’estate 2003. In tutte le stazioni, al termine di ogni settimana di rilevamento, i germinelli di tabacco Bel-W3 (supersensibile all’O3) hanno manifestato sin dall’inizio della campagna i tipici sintomi fogliari dovuti all’inquinante. E’, quindi, accertato e verificato dalla conoscenza dei dati ottenuti mediante i metodi di analisi convenzionale, che i livelli di background naturale (20-40 ppb) sono stati ampiamente superati, così come la soglia di tossicità per la manifestazione del danno visibile sulla cultivar sensibile (40-50 ppb per 4-5 ore di esposizione). La distribuzione dei valori di IDC nelle stazioni ha seguito, nell’arco della stagione fotochimica, un trend temporale pressoché simile. Gli effetti macroscopici prodotti dall’O3 hanno interessato maggiormente le zone più esposte ai venti, non mostrando, al contrario, indici di danno elevati nelle stazioni più soggette al traffico veicolare, imputato come principale sorgente di inquinamento nell’area indagata. In particolare gli effetti maggiori si sono registrati nella stazione del Gabbro, Castagneto Carducci, Venturina e Rio nell’Elba, stazioni a carattere prettamente rurale. Livelli fitotossici di O3, trasportato ad opera del vento, sono stati riscontrati anche in Gorgona e Capraia, isole di piccola estensione, in posizioni remote e poco popolate. Confrontando le distribuzioni spaziali dell’ O3 –quella elaborata attraverso gli IDC e quella “restituita” con le AOT40- siano perfettamente sovrapponibili, con un picco nei livelli dell’inquinante nella zona del Gabbro. Inoltre, è anche facilmente intuibile come la campagna di biomonitoraggio con i germinelli di tabacco abbia permesso di saggiare in maniera capillare l’intera Provincia di Livorno, rispetto alla zona di gran lunga inferiore sotto il controllo degli analizzatori automatici.
| Altri benefici ambientali |
Sì |
No |
| Minor consumo energie non rinnovabili |
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| Diminuzione scarichi inquinanti |
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| Riduzione rifiuti prodotti |
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| Ricorso energie rinnovabili |
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| Minor consumo materie prime |
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| Ricorso a risorse locali |
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| Miglior uso infrastrutture esistenti |
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| Minor ricorso a trasporto e logistica |
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| Valutazione dell'impatto dell'innovazione sul sistema |
Il monitoraggio dei livelli di inquinamento ambientale viene effettuato mediante strumentazioni, le quali provvedono al campionamento dell’aria e alla sua analisi su base chimico-fisica e attraverso la misura degli effetti rappresentati dalle risposte manifestate da particolari organismi viventi sensibili alle variazioni ambientali
Gli analizzatori automatici hanno elevati costi di acquisto e di manutenzione e necessitano di energia elettrica e di locali termocondizionati per funzionare. Questi aspetti comportano notevoli difficoltà logistiche che spiegano, forse, la loro limitata e mal distribuita diffusione sul territorio nazionale. Queste strumentazioni hanno un’alta risoluzione, ma forniscono risultati puntiformi, che rivelano la situazione per un singolo fattore relativa all’istante di campionamento e non mettono in evidenza gli effetti dell’inquinamento sugli organismi.
In linea generale, i bioindicatori sono affidabili, economici e svincolati dall’esigenza di energia elettrica, permettendo così l’allestimento di reti capillari e consentendo un’adeguata mappatura del territorio. Il biomonitoraggio offre garanzie di buona adattabilità, essendo possibile impiegare specie diverse per i vari inquinanti, e fornisce una risposta integrata degli effetti dell’inquinamento sugli organismi, che non reagiscono ad un singolo fattore, ma alla situazione globale dell’ambiente che li circonda. A fianco all’utilizzazione degli analizzatori convenzionali si è sviluppata, per il monitoraggio dell’O3, una tecnica basata sull’impiego di piante indicatrici, la cui sintomatologia può essere correlata alla concentrazione del gas presente nell’ambiente.
A questo proposito, la cultivar americana di tabacco (Nicotiana tabacum L.) Bel-W3, supersensibile all’O3 è sin dal 1962 ampiamente utilizzata in tutto il mondo per programmi di biomonitoraggio. Un aspetto di notevole limitazione gestionale deriva dalle dimensioni delle piante adulte e dall’estrema fragilità delle loro foglie, che rendono talvolta difficoltosi l’impianto ed il mantenimento di reti di biomonitoraggio su aree di una certa espansione. Per ovviare a questo inconveniente, è stato sviluppato un sistema miniaturizzato, predisposto in forma di pratico kit, basato sull’impiego di germinelli di tabacco allevati in piastre per la coltura di tessuti.
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| Altri attori sociali coinvolti per la promozione e lo sviluppo dell'innovazione |
L’importanza dell’ozono nell’inquinamento atmosferico urbano e extraurbano è legata alla crescente emissione di precursori. Esiste,quindi, la necessità di un capillare lavoro di monitoraggio della diffusione al suolo di questo inquinante in relazione ai suoi effetti a livello igienico-sanitario e ambientale; ciò alla luce anche dei recenti interventi di limitazione al traffico urbano (circolazione dei veicoli a targhe alterne) adottati da numerosi Comuni italiani. L’innovazione del kit consentirebbe, alle Amministrazioni di Comuni e Province, l’allestimento di reti composte da numerose stazioni, in modo da coprire in tempi rapidi e in maniera capillare l’area soggetta ad inquinamento. Inoltre permetterebbe il raggiungimento di zone remote e rurali, altrimenti destinate a rimanere “scoperte”. I risultati ottenuti con l’innovazione del kit permetteranno una maggiore conoscenza dell’ambiente urbano e, soprattutto extra-urbano, ed anche una valutazione dell’impatto ambientale provinciale e/o comunale. L’evoluzione dell’inquinante può essere seguita progressivamente e consentire l’individuazione di andamenti temporali, permettendo anche la valutazione, su base oggettiva, degli esiti di provvedimenti finalizzati alla riduzione delle emissioni.
La Carta delle città europee per un modello urbano sostenibile (Aalborg, Danimarca, 27 maggio 1994) sottolinea il ruolo fondamentale delle città nello sviluppo della società. Essa auspica (punto 14) “la messa a punto di meccanismi che contribuiscano ad accrescere la consapevolezza dei problemi e prevedano la partecipazione dei cittadini” e prevede di basare le attività decisionali e di controllo “su diversi tipi di indicatori, compresi quelli relativi alla qualità dell’ambiente urbano”.In questi termini, il monitoraggio biologico degli inquinanti aerodispersi risponde in pieno alla necessità di un coinvolgimento dell’opinione pubblica nelle tematiche ambientali.Oltre ai vantaggi già menzionati, è da segnalare l’impiego del kit di germinelli di tabacco nell’ambito della didattica ecologica. Esso, infatti, è uno strumento innovativo e ricco di spunti, che permette agli insegnanti (dalle scuole materne alle medie superiori, tramite l’adozione di metodi opportunamente “semplificati”) di tracciare un percorso formativo per gli alunni, che apprendono i concetti chiave dell’educazione ambientale.
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| Politiche di comunicazione ambientale e sociale adottate |
Il Dipartimento di Coltivazione Difesa delle Specie Legnose “Giovanni Scaramuzzi” dell’Università di Pisa è impegnato da tempo nella valutazione degli effetti dell’inquinamento atmosferico sulla vegetazione e sulla ricerca di nuovi sistemi vegetali da impiegare nel campo della bioindicazione. La conoscenza della composizione dell’aria in termini quali- e quantitativi, in funzione della presenza di agenti inquinanti, è necessaria in relazione all’opportunità di intraprendere iniziative di comunicazione ambientale e sociale tese ai seguenti obiettivi:
funzione di allarme: per gli inquinanti “normati” (sottoposti, cioè a valutazione tossicologica e regolamentati da provvedimenti di tipo legislativo) si rende necessario procedere all’accertamento del rispetto dei limiti legali;
analisi del territorio e pianificazione: le informazioni sulla distribuzione spazio-temporale degli inquinanti potrebbero rappresentare un elemento chiave nei processi decisionali relativi, ad esempio, alla localizzazione di impianti industriali, luoghi riservati ad anziani, ecc..
verifica delle misure di intervento: conseguentemente al primo punto, si tratta di valutare su base oggettiva gli esiti di provvedimenti finalizzati alla riduzione delle missioni (es. chiusura del traffico di un centro urbano; adozione di tecnologie specifiche, come l’applicazione di sistema di filtrazione delle emissioni)
aspetti tossicologici e forensi: procedimenti di ordine penale o civile rendono necessario dimostrare la presenza di determinate sostanze nell’ambiente e la loro origine.
I risultati ottenuti da questa ricerca saranno di ausilio nelle politiche ambientali: L’acquisizione di dati per l’allestimento di curve dose/risposta
È da sottolineare, inoltre, che l’ANPA (Agenzia Nazionale per la Protezione dell’Ambiente, oggi APAT, Agenzia per la Protezione dell’Ambiente e del Territorio) ha organizzato un workshop dal titolo “Biomonitoraggio della qualità dell’aria sul territorio nazionale”, focalizzando l’attenzione sull’uso degli organismi per il monitoraggio attivo e passivo e sulla standardizzazione delle relative metodologie. In questa occasione, è stata proposta l’adozione del kit miniaturizzato con germinelli di tabacco per la rete nazionale di biomonitoraggio.
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