Effetto del cambiamento climatico sui metaboliti secondari

This thesis describes the effect of global climate change on the synthesis and the accumulation of secondary metabolites in plants. The introduction describes the general properties of secondary metabolites. It divides them in phenolic compound, terpenoids and nitrogen-containing compounds; it also describes their functions in plants and their importance in the pharmaceutical, food and cosmetic industry. Then, the effect of the of the main climatic factors on these metabolites, is analyzed. In particular, the factors analyzed are: the increase of carbon dioxide, the increase of tropospheric ozone, the reduction of precipitation, the increase of the incident UVB radiations, the alteration of temperature and the increase in the deposition of nitrogen in the soil, as well as the combined, synergistic, antagonistic, or neutralizing effects that these factors may create by interfering with one another. Subsequently, three experiments are described. The first concerns the effect of high concentrations of carbon dioxide and the high frequency of irrigation on the growth and secondary metabolism of the plant Aristolochia contorta, as well as the indirect effect of these factors on its specialist herbivore, Sericinus montela. The results from this experiment, show a negative effect of the increased concentration of carbon dioxide on the plant growth and a positive effect on its secondary metabolism; both effects are mitigated by the combination of the two factors analyzed. Due to this reduction in the quantity and quality of the plant tissue, the larvae of S. montela have shown slowed growth and performance. The second experiment concerns the effect of thermal stress, both heat and cold, on tomato seedlings. The results show alterations in the quantity and nature of phenolic compounds and flavonoids, as well as in the antioxidant capacity of the plants, with a more pronounced effect in the low-temperature treatment. Lastly, the third experiment concerns the effect of drought on the synthesis of volatile compounds and on the quality of four variety of coffee. The results show a negative response of volatile metabolites that affects the quality and, as a result, the economic value of the product. In conclusion, although many of these effects are still poorly understood, the alterations in secondary metabolism caused by climate change threaten plant biodiversity and, consequently, animal biodiversity, and disrupt the production and use of these compounds by humans. The study of these effects highlights the importance of acting promptly to counter climate change and prevent further deterioration, as well as promoting the development of new technologies that enable adaptation to such transformations.

Questo elaborato descrive l’effetto del cambiamento climatico sulla sintesi e sull’accumulo dei metaboliti secondari delle piante. L’introduzione tratta le caratteristiche generali dei metaboliti secondari, suddividendoli in composti fenolici, terpenoidi e composti contenenti azoto; descrive la loro funzione nelle piante e il loro impiego dall’uomo nell’industria farmaceutica, alimentare e cosmetica. Successivamente, viene analizzato l’effetto dei principali fattori climatici sulle classi di metaboliti descritte. In particolare, i fattori analizzati sono: l’aumento della concentrazione di anidride carbonica, l’aumento dell’ozono troposferico, la riduzione delle precipitazioni, l’aumento delle radiazioni UVB incidenti, l’alterazione della temperatura e l’aumento della deposizione di azoto nel suolo, oltre che gli effetti combinati, sinergici, antagonistici o neutralizzanti, che questi fattori possono creare interferendo l’uno con l’altro. Successivamente vengono descritti tre esperimenti. Il primo riguarda l’effetto dell’elevata concentrazione di anidride carbonica e l’elevata frequenza di irrigazione sulla crescita e sul metabolismo secondario della pianta Aristolochia contorta e l’effetto indiretto di questi fattori sul suo erbivoro specialista, Sericinus montela. I risultati evidenziano, in condizioni di elevata anidride carbonica, un effetto negativo sulla crescita della pianta e positivo sul suo metabolismo secondario; entrambi gli effetti, però, si attenuano in presenza di entrambi i fattori climatici. Conseguentemente a questa riduzione della quantità e qualità del tessuto vegetale, le larve di S. montela hanno mostrato una crescita e una performance rallentata. Il secondo esperimento riportato riguarda l’effetto dello stress termico, sia caldo che freddo, sui germogli di pomodoro. I risultati mostrano l’alterazione della quantità e della natura dei composti fenolici e dei flavonoidi, oltre che della capacità antiossidante delle piante, con un effetto più accentuato nel trattamento a basse temperature. Infine, il terzo esperimento tratta l’effetto della siccità sulla sintesi dei metaboliti volatili e sulla qualità di quattro varietà di caffè. I risultati mostrano una generale risposta negativa dei metaboliti alle ridotte precipitazioni, alterazioni che si ripercuotono sulla qualità del prodotto e di conseguenza sul suo valore economico. Si conclude che, anche se molti di questi effetti sono ancora poco conosciuti, le alterazioni sul metabolismo secondario provocate dal cambiamento climatico minacciano la biodiversità vegetale e, di conseguenza, quella animale e alterano la produzione e l’utilizzo di questi composti, da parte dell’uomo. Lo studio di questi effetti evidenzia l'importanza di agire tempestivamente per contrastare il cambiamento climatico e prevenire ulteriori aggravamenti, oltre a promuovere lo sviluppo di nuove tecnologie che consentano di adattarsi a tali trasformazioni.