Efficacia del chitosano come biostimolante nella viticoltura sostenibile: impatto sulla performance della vite e la qualità del vino

This thesis originates from the wish to investigate the use of biostimulants in wine-growing in a period when it is essential to implement good sustainability practices to preserve the vineyard system from the adverse effects caused by the present climate changes. According to the most recent European legislation, biostimulants are those products which supply the soil or plants with substances which favour or regulate the absorption of nutrients, correct certain physiological anomalies, stimulate the plant defence system against abiotic stresses and improve the quality of crops. Biostimulants are subdivided in two main groups: microbial and non-microbial. The latter include humic substances, protein hydrolyzed vegetable extracts, beneficial elements, algae extracts, chitin and chitosan derivatives, aminoacid pools and other nitrogenous compounds.Microbial biostimulants include mainly strains of fungal micro-organisms, particularly mychorrhizal fungi and Plant Growth-promoting Rhizobacteria (PGPR), phosphorus and iron solubilizers or nitrogen fixers. Biostimulants act differently from fertilizers, as they do not have to bring in considerabile quantities of nutrients to crops. They also differ from crop protection products because they do not exert a direct action on parasites or pathogens. In this thesis, among the various biostimulating products, chitosan has been taken into consideration, as a compound which is also used in oenology for its chemical characteristics. In particular, it Is used to replace sulphites against oxidative deterioration in white wines, preventing clouding thanks to its high metal chelating power. Besides, chitosan in wine reduces the growth of various species of micro-organisms, such as non-Saccharomyces yeasts and lactic acid bacteria. Chitosan, a linear polymer consisting of glucosamine and N-acetylglucosamine units, is obtained from the deacetylation of chitin, a polysaccharide composing the exoskeleton of insects and crustacean shells. Several scientific sources report that chitosan is an important antimicrobial agent against fungi and bacteria, as well as an inductor of plant defense mechanisms against various stresses. In the specific case, these studies have pointed out that the application of chitosan to plants induces defense mechanisms associated with the production of stilbenes, compounds which protect plants from the attack of pathogenic micro-organisms, and aromatic compounds, like polyphenols, anthocyanins and tannins in the berry, capable of boosting the antioxidant potential of plants against species reactive to oxygen which are produced in abiotic stress conditions, such as solar radiations, extreme temperatures and dry spells. All things considered, using chitosan as a compound with a biostimulant action in wine-growing is regarded a sustainable type of farming. As a matter of fact, it can considerably reduce environmental impact as it cuts down on the chemical products used (pesticides and synthetic fertilizers), and makes the soil healthier. Secondly, its power to activate natural defense mechanisms in plants and improve the absorption of nutrients can step up production yields. Finally, the increase in polyphenols, anthocyanins and tannins in grapes induced by chitosan generally fosters a better quality of wine. ​

Questa tesi nasce dalla volontà di approfondire l'impiego dei biostimolanti in viticoltura, in un periodo in cui è essenziale utilizzare buone pratiche di sostenibilità per preservare il sistema vigneto dagli effetti avversi determinati dai cambiamenti climatici attuali. Secondo la normativa europea più recente, i biostimolanti sono quei prodotti che apportano al suolo o alla pianta sostanze che favoriscono o regolano l'assorbimento degli elementi nutritivi, correggono determinate anomalie di tipo fisiologico, stimolano le difese delle piante nei confronti di stress abiotici e migliorano la qualità delle colture. I biostimolanti sono suddivisi in due gruppi principali: microbici e non microbici. Questi ultimi comprendono le sostanze umiche, gli idrolizzati proteici, gli estratti vegetali, gli elementi benefici, estratti di alghe, chitina e derivati del chitosano, pools di amminoacidi e altri composti azotati. I biostimolanti microbici comprendono principalmente ceppi di microrganismi fungini, in particolare funghi micorrizici e di batteri promotori della crescita vegetale (PGPR), fosforo e ferro solubilizzanti o azoto fissatori. I biostimolanti agiscono diversamente dai fertilizzanti, in quanto non devono apportare quantità significative di elementi nutritivi alle colture; essi differiscono anche dagli agrofarmaci poiché non esercitano un’azione diretta su parassiti e patogeni. In questo elaborato di tesi, tra i vari prodotti ad azione biostimolante è stato preso in considerazione il chitosano, composto che per le sue caratteristiche chimiche viene impiegato anche in enologia. In particolare, esso viene usato in sostituzione dei solfiti contro il deterioramento ossidativo nei vini bianchi e, grazie al suo elevato potere chelante dei metalli, ne previene gli intorbidamenti. Inoltre, nel vino il chitosano limita la crescita di diverse specie di microrganismi, come i lieviti non-Saccharomyces e i batteri lattici. Il chitosano è un polimero lineare costituito da unità di glucosamina e N-acetilglucosamina, ed è ottenuto dalla deacetilazione della chitina, un polisaccaride costituente l'esoscheletro di insetti e gusci dei crostacei. Diverse fonti scientifiche riportano che il chitosano è un importante agente antimicrobico contro funghi e batteri e un induttore di meccanismi di difesa delle piante nei confronti di vari stress. Nello specifico, i risultati di questi studi hanno evidenziato che l’applicazione di chitosano alle piante causa l’induzione di meccanismi di difesa associati alla produzione di stilbeni, composti che svolgono la funzione di protezione della pianta dall'attacco di microrganismi patogeni, e di composti di natura aromatica, quali polifenoli, antociani e tannini nella bacca, in grado di aumentare il potenziale antiossidante delle piante contro le specie reattive all'ossigeno che vengono prodotte in condizioni di stress abiotici come radiazioni solari, temperature estreme e periodi di siccità. In considerazione di ciò, l’utilizzo di chitosano come composto ad azione biostimolante da impiegare in viticoltura è considerato una pratica agricola sostenibile. Esso può infatti comportare una significativa riduzione dell’impatto ambientale poiché riduce la quantità di prodotti chimici (agrofarmaci e fertilizzanti di sintesi) utilizzati e migliora lo stato di salute del suolo. La sua capacità di attivare i meccanismi di difesa naturali delle piante e il suo effetto di miglioramento dell'assorbimento dei nutrienti possono comportare