Caratterizzazione fenotipica del colore della bacca di 120 varietà di Vitis vinifera L. mediante spettrofotometria di riflettanza

The fruit color is considered as an important aspect for the plant classification, and it is one of the main characteristics which have to be considered in the varietal phenotyping. Since the birth of the agricultural studies, the cultivar description demonstrated its significance, and the colored draws, together with the color charts, were often used to classify the varieties of different fruits. Recently chemotaxonomic classifications, technological innovations, new calculation models led to new indexes and descriptors. Anyway, often, a simple visual description is considered sufficient to discriminate the fruit color. The color perceived by humans is related to the perception of the visible radiation reflected by the fruit surface. The presence of some pigmented molecules can absorb part of the visible radiation, changing the equilibrium between the reflected, transmitted and absorbed light at specific wavelengths. Anthocyanins are the main responsible of the red grapes color, and their optical properties in relation to their absorption spectrum are quite known. In grapes, the color description have an important significance at different levels: because of it's impact on the table grapes consumers, and for the winemakers in the management of their product of transformation. Especially in this second productive field, the evaluation of the anthocyanic content is increasing its importance, and beside a chemical quantification in the laboratories, the utilization of non-invasive instruments is taking place. The most commonly proposed techniques in this way are related to the anthocyanins absorption properties in the visible region of the spectra, which can be correlated to the reflectance values at specific wavelengths or to their screen effect of the chlorophyll fluorescence. The aim of this work is to develop a method to describe the grape berry colors using all the visible reflectance spectra, which is the real representation of the color of a surface. The application of this tool has been tested at two different levels: the color taxonomy of the grape berry and the evaluation of the pigment contents. The reflectance spectra of 120 cultivar were recorded and divided by colour: black, pink and white. The three groups were discriminated through statistical analysis and were found two functions with eigenvalues higher than 1. The cultivar were then divided into two groups of pigmented and not-pigmented varieties. Both of them were subject to cluster analysis and divided into 6 and 10 groups, respectively. The pigmented varieties groups showed a good discrimination, and the comparison with the related skin extract absorbance spectra underlined the correlation between the groups and the anthocyanin content. Consequently an Index to correlate the values of the reflectance spectra to the anthocyanin content was created exploting the proprieties of the anthocyanin and chlorophyll pigments. Development of this kind of fast and non-destructive methods can be useful support for the evaluation of the grapes under different cultural and environmental conditions, as well as for breeding process and germplasm evaluation, supporting the plant characterization and the biodiversity preservation. The development of a cultivar independent index for the quantification of pigments can support the massive evaluation in phenotyping of new breed lines as well as of neglected grape varieties.

Il colore del frutto è un aspetto importante per la classificazione delle piante, ed è una delle principali caratteristiche della fenotipizzazione varietale. Fin dalla nascita delle scienze agrarie si è cercato di descrivere le cultivar nel modo più oggettivo possibile: pitture e illustrazioni insieme a carte colorimetriche sono state spesso utilizzate per classificare le diverse varietà dei frutti. Negli ultimi tempi chemiotassonomia, innovazioni tecnologiche, nuovi modelli di calcolo hanno portato allo sviluppo di nuovi indici e descrittori, tuttavia una semplice descrizione visiva è spesso considerata sufficiente a distinguere il colore della frutta. Il colore percepito dall'uomo è la radiazione visibile riflessa dalla superficie del frutto. La presenza di alcune molecole pigmentate, tra cui gli antociani, può assorbire parte della radiazione visibile, cambiando l'equilibrio tra la riflessa, luce trasmessa e assorbita a lunghezze d'onda specifiche. Lo scopo di questo lavoro è quello di sviluppare un metodo per descrivere il colore della bacca d'uva utilizzando tutto lo spettro di riflettenza nel visibile, che è la rappresentazione reale del colore di una superficie. L'applicazione di questo strumento è stato testato a due livelli diversi: a livello tassonomico per classificare il colore della bacca dell'uva e alla valutazione del contenuto antocianico. Gli spettri di riflettanza di 120 cultivar sono stati registrati e divisi per colore: nero, rosa e bianco. I tre gruppi sono stati discriminati attraverso l'analisi statistica e sono stati trovati due funzioni con autovalori superiori a 1. Le cultivar sono state quindi divise in due gruppi di varietà: pigmentate e non pigmentate. Entrambi sono stati oggetto di analisi dei cluster e suddivisi in 6 e 10 gruppi, rispettivamente. I gruppi di varietà pigmentate hanno mostrato una buona discriminazione, e il confronto con i relativi spettri di assorbanza ricavati dall'estratto delle bucce ha sottolineato la correlazione tra i gruppi e il contenuto di antociani. Conseguentemente è stato creato un indice per correlare i valori degli spettri di riflettanza al contenuto di antociani sfruttando le proprietà ottiche di antociani e clorofilla. La precisa descrizione del colore ha un significato importante a diversi livelli: indubbiamente sull'impatto sui consumatori di uva da tavola, ma anche per i produttori di vino durante la trasformazione. Soprattutto in questo secondo campo produttivo, la valutazione del contenuto antocianico assume sempre maggiore importanza, e accanto una quantificazione chimica nei laboratori, l'utilizzo di strumenti non invasivi sta prendendo piede. Sfruttando le proprietà di assorbimento degli antociani nella regione visibile dello spettro radiativo, si possono, ad esempio, sviluppare correlazioni tra i valori di riflettanza a specifiche lunghezze d'onda ed il contenuto in pigmenti. Lo sviluppo di questo tipo di metodi rapidi e non distruttivi può essere un utile supporto per la valutazione delle uve in diverse condizioni ambientali e culturali, nonché per i processi di valutazione e selezione del germoplasma, per la caratterizzazione delle varietà e la conservazione della biodiversità. Lo sviluppo di un indice cultivar-indipendente per la quantificazione dei pigmenti può supportare la fenotipizzazione di larga scala di nuove selezioni o di varietà minori spesso trascurate dalla ricerca.