Fenomeni ossidativi in bacche d'uva: confronto tra processo di maturazione e scottature

Plants are organisms which show an evolved metabolism. In this metabolism, ROS (reactive oxygen species) play an important role. These molecules act as signal, controlling processes such as growth, ripening and response to stresses. ROS tend to increase suddenly as a result of stress, in a phenomenon called oxidative burst. Since an excess of ROS can cause serious cell damages, plants have developed both enzymatic and non-enzymatic antioxidant systems to degrade the ROS. There are several causes that can determine the occurrence of an oxidative burst. This work focused on photooxidative sunburn and grape berry ripening process. An excess of radiation occurs during sunburn. In these circumstances, the photosynthetic electron transport chain tends to remain in a state of over reduction, resulting in the production of ROS. Therefore, ROS can cause chlorophyll degradation with tissue bleaching and the brown pigments are accumulated as a result of ROS scavenging by phenolic compounds. In grapevine has been reported the accumulation of hydrogen peroxide and the extensive modulation of ROS scavenging enzymes at the onset of ripening, suggesting that ROS could participate to the regulatory network of fruit development. Four varieties of white berry were chosen for experimental work: Chardonnay, Cortese, Moscato Bianco and Riesling Renano, whose skins were picked up in bunch closure, post-veraison and ripening. Part of the pre-veraison berries have been subjected also to artificial radiation to reproduce the phenomena occurring during sunburn. On these skins different analysis were carried out: reflectance analysis, to identify reflectance spectrums and a reflectance Index, transmittance analysis to measure the concentration of pigments and their ratio: chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophylls, carotenoids, chlorophyll a/b ratio, total chlorophylls/carotenoids ratio, total polyphenols content and antioxidant power. Enzyme analysis were also carried out to determine the specific activity of peroxidase, ascorbate peroxidase and catalase enzymes. About photosynthetic pigments, the chlorophylls and carotenoids degradation are more pronounced in case of sunburn. The ratio between chlorophyll a and b has showed an opposite behavior in the two cases: sunburn results in higher degradation of chlorophyll a, while ripening leads to higher degradation of chlorophyll b. The total chlorophylls/carotenoids ratio presents a comparable decrease between the two treatments, as well as the total polyphenols content, which is probably degraded due to the reaction with ROS. We also identified a decrease in antioxidant power, stronger in sunburn than during ripening, probably due to the higher consumption of antioxidant compounds such as ascorbic acid, glutathione, carotenoids and polyphenols. The browning of tissues caused by the oxidation of polyphenols was higher in the sunburned samples than in the mature samples. In both treatments was also found the modulation of the activity of important antioxidant enzymes. Peroxidase showed a comparable decrease between sunburn and ripening, unless ascorbate peroxidase and catalase enzymes, for which the specific activity increased ten times in sunburned sample and didn't change during the development of the berry. With these results we can assert that the phenomenon of oxidative burst occurs with similar trends but with different intensity, depending on which is the triggering cause: sunburn or ripening of the berry

All'interno del metabolismo delle piante giocano un ruolo importante i ROS: le specie reattive dell'ossigeno. Queste molecole agiscono come segnali controllando processi quali crescita, maturazione e risposte a stress ambientali. I ROS tendono ad aumentare improvvisamente in seguito ad uno stress, in un fenomeno definito scoppio ossidativo. Diverse sono le cause in grado di determinare il verificarsi di uno scoppio ossidativo, questo lavoro si concentra sul confronto tra gli effetti degli scoppi ossidativi prodotti in seguito a scottature fotossidative e durante il processo di maturazione di bacche d'uva. Per quanto riguarda le scottature, in seguito a condizioni di eccesso di radiazione la catena di trasporto degli elettroni fotosintetica tende a rimanere in uno stato di sovrariduzione, determinando la formazione dei ROS. I ROS possono quindi causare la degradazione della clorofilla con perdite di colore dei tessuti e l'ossidazione dei composti polifenolici con la formazione di pigmenti polimerizzati dal colore bruno. Allo stesso modo è stato osservato che all'invaiatura si verifica uno scoppio ossidativo caratterizzato da un rapido accumulo di ROS e dalla modulazione dei principali enzimi in grado di detossificarli. Ciò suggerisce che questi composti partecipino alla regolazione dello sviluppo del frutto. Per il lavoro sperimentale sono state scelte quattro varietà di uva a bacca bianca: Chardonnay, Cortese, Moscato Bianco e Riesling Renano, le cui bucce sono state prelevate in tre fasi fenologiche: chiusura grappolo, post-invaiatura e maturazione. Parte delle bacche prelevate in pre invaiatura sono state inoltre sottoposte a radiazione artificiale al fine di riprodurre i fenomeni che si verificano durante le scottature. Su queste bucce sono state effettuate analisi spettrofotometriche in riflettanza per la determinazione degli spettri e degli indici di riflettanza; analisi in trasmittanza al fine di misurare la concentrazione di pigmenti quali clorofilla a, b, clorofille totali, carotenoidi ed i rapporti clorofilla a/b e clorofille totali/carotenoidi, ma anche polifenoli totali e potere antiossidante ed analisi enzimatiche per la determinazione dell'attività specifica degli enzimi perossidasi, ascorbato perossidasi e catalasi. Per quanto riguarda i pigmenti fotosintetici abbiamo assistito ad una degradazione di clorofilla e carotenoidi, più accentuata in caso di scottature rispetto che durante lo sviluppo della bacca. Il rapporto tra clorofilla a e b aumenta durante la maturazione e diminuisce in seguito a scottature. Il rapporto clorofille/carotenoidi ha presentato un calo paragonabile tra i due trattamenti, come pure il contenuto di polifenoli totali. Abbiamo inoltre assistito ad un calo del potere antiossidante, più forte nel trattamento scottatura. L'imbrunimento dei tessuti provocato dall'ossidazione dei polifenoli è risultato essere maggiore nei campioni scottati rispetto a quelli a maturità. L'enzima perossidasi ha presentato un calo confrontabile tra i due trattamenti, a differenza degli enzimi ascorbato perossidasi e catalasi per i quali l'attività è risultata incrementare di dieci volte in seguito al trattamento di scottatura e non variare durante lo sviluppo della bacca. Dai risultati di questo lavoro possiamo quindi affermare che il fenomeno di scoppio ossidativo si verifica con andamenti per lo più simili, ma di intensità differente, a seconda di quale sia la causa scatenante: scottatura o sviluppo della bacca.