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[VOC] Emissione di composti organici volatili da specie vegetali

FCS Staff — Mon, 12 Oct 2009 09:31:49 +0000

Presentazione degli studi sull’emissione dei composti organici volatili (VOC) da ecosistemi naturali, agrari e forestali.

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Di Rita Baraldi

[VOC Biogenici] Metodologie

FCS Staff — Thu, 08 Oct 2009 14:42:18 +0000

Descrizione delle tecniche di campionamento e analisi dei VOC rilasciati dalle piante.

Branch enclosure:

[VOC Biogenici] Materiale didattico

FCS Staff — Thu, 08 Oct 2009 14:10:00 +0000

Relazione presentata nell’ambito delle attività didattiche del Dottorato di Ricerca in Chimica Agraria (XVII e XVIII ciclo) presso il Dipartimento di Biologia e Chimica Agro-Forestale ed Ambientale – DiBCA dell’Università degli Studi di Bari. Bari, 4 aprile 2003.

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Di Francesca Rapparini

[VOC Biogenici] Pubblicazioni

FCS Staff — Thu, 08 Oct 2009 13:42:00 +0000

Baraldi R., Rapparini F. and Rossi F. The seasonality of volatile organic compound emissions from the canopy of the most important fruit tree species. Atti 23rd Conference on Agricultural and Forest Meteorology, USA, 1998, pp 313-316.
Baraldi R., Rapparini F., Rossi F., Latella A. and Ciccioli P. Volatile organic compound emissions from flowers of the most occurring and economically important fruit tree species. Physics and Chemistry of the Earth, 1999, 6:729-732.
Predieri S., Rapparini F. and Baraldi R. Detection of volatile organic compounds (VOCs) emitted by fruit trees in tissue culture. ISHS “Methods and Markers for Quality Assurance in Micropropagation”, Irlanda, agosto 1999, pp 212-213.
Rapparini F., Baraldi R. and Facini O. Seasonal variation of monoterpene emission from Malus domestica and Prunus avium. Phytochemistry, 2001, 57:681-687.
Loreto F., Fischbach R.J., Schnitzler J.P., Ciccioli P., Calfapietra C., Baraldi R., Rapparini F. Isoprenoid emission by forest trees grown at elevated CO2 concentrations. Proceedings of the International Conference “Forest Research: a Challenge for an Integrated European Approach. Thessaloniki, Greece, August 2001, vol. 1, pp 175-178.
Loreto F., Centritto M., Baraldi R., Rapparini F., and S. Liu. Emission of isoprenoids from natural vegetation in the Beijing region (Northern China). Plant Biosystems, 2002, 136 (2): 251-256.
Baraldi R., Rapparini F., Miglietta F., e Sabatini F. Biogenic hydrocarbon fluxes froma a Mediterranean macchia ecosystem. Proceedings of the First Italian IGBP Conference “Mediterraneo e Italia nel Cambiamento Globale: un ponte tra scienza e società Paestum (Salerno) 14-16 Novembre 2002, pp 111-113.
Liang B., Baraldi R, and F. Rapparini. Study on diurnal variation of terpenoid compounds emitted by Pistacia lentiscus and its emission rate. Acta Scientiarum Naturalium 2003, 39 (4): 517-521.
Baraldi R., Rapparini F., Oechel W. C., Hastings S. J., Bryant P., Cheng Y. & Miglietta F. Monoterpene emission responses to elevated CO2 in a Mediterranean-type ecosystem. New Phytologist 2004, 161: 17-21.
Rapparini F., Baraldi R., Miglietta F. & Loreto F. Isoprenoid emission in trees of Quercus pubescens and Quercus ilex with lifetime exposure to naturally high CO2 environment. Plant Cell & Environment 2004, 27 (4): 381-391.
Rapparini F., Gatti E., and Predieri S. Volatile constituents and pear aroma studied by dynamic headspace technique. Acta Horticulturae 2005, 671: 393-396.
Ciccioli P., Baraldi R., Mannozzi M., Rapparini F., Nardino M., Miglietta F., Brancaleoni E., Frattoni M. Emission and flux of terpenoids released from the terrestrial ecosystems present in the Pianosa island. J. Medit. Ecology 2004.5(1): 41-51
Baraldi R., Rapparini F., Facini O., Spano D., e P. Duce. Isoprenoid emissions and physiological activities of Mediterranean macchia vegetation under field conditions. Journal of Mediterranean Ecology 2006,v. 6 (1) 3-9.
S. Predieri e F. Rapparini. Terpene emission in tissue culture. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2007: DOI 10.1007/s11240-007-9250-3.
Rapparini, J. Luisià, J. Penuelas. Effect of arbuscular mycorrhizal (AM) colonization on terpene emission and content of Artemisia annua L. Plant Biology (in stampa).

Di Francesca Rapparini

[VOC Biogenici] Settori di applicazione

FCS Staff — Thu, 08 Oct 2009 13:40:32 +0000

Campi di applicazioni delle msiure di emissioni di composti organici valatili da parte delle piante:

valutazione e selezione delle specie vegetali da inserire in ambiente urbano in base a caratteristiche morfologiche e di impatto ambientale
valutazione dell’impatto della vegetazione sulla chimica dell’atmosfera
studi sulla capacità di assorbire CO2 dalla vegetazione in relazione al protocollo di Kyoto
Valutazione dello stato di stress della pianta

Di Francesca Rapparini

[VOC Biogenici] Risultati delle sperimentazioni

FCS Staff — Thu, 08 Oct 2009 08:04:11 +0000

Baraldi et al., 2004:
Il primo, situato in California, consisteva di un tipico “chaparral” dominato da specie come l’ Adenostoma fasciculatum e il Ceanothus greggii (). Presso la stazione sperimentale del Dipartimento di Biologia dell’Università di San Diego, questo ecosistema naturale è stato per 4 anni esposto in piccole serre poste in situ a diverse concentrazioni di CO2, da 250 ppm (pre-industriale) a 750 ppm (doppia di quella attuale). La misura dei VOC è stata effettuata campionando l’aria contenuta nelle diverse serre su substrati carboniosi adsorbenti, e analizzandola con la gascromatografia associata alla spettrometria di massa (GC-MS). I campionamenti sono stati eseguiti alla mattina, a mezzogiorno e nel pomeriggio per seguire l’andamento giornaliero delle emissioni. Le misure sono state ripetute in estate (Giugno) e in inverno (Dicembre).
La concentrazione di CO2 atmosferica non ha influenzato né la composizione né la quantità dei monoterpeni emessi da questo ecosistema per unità di superficie di terreno . Tuttavia, in estate i VOC biogenici sono stati emessi in quantitativi molto più alti rispetto a quelli rilasciati in inverno (2.1 mg C m-2 h-1 contro 1.04 x 10-2 mg C m-2 h-1).
Queste differenze sono attribuibili all’attività dell’enzima preposto alla sintesi dei monoterpeni, che viene stimolato dalle condizioni microclimatiche estive, e allo sviluppo delle foglie. A differenza di quanto osservato per l’emissione di monoterpeni, la NEE è incrementata linearmente all’aumentare della CO2. In estate il tasso di scambio netto di carbonio dall’ecosistema è quasi raddoppiato alla concentrazione più alta di CO2. Di conseguenza, la perdita di carbonio attraverso l’emissione di idrocarburi biogenici è risultata insignificante, rappresentando lo 0.002/ 0.3% del carbonio netto assorbito rispettivamente in inverno ed in estate.

Rapparini et al., 2004:
Nel secondo esperimento è stata sfruttata l’esposizione a lungo termine di 2 specie di querce tipiche dell’area Mediterranea, (Quercus pubescens e Quercus ilex) in una sorgente naturalmente arricchita di CO2 e situata nel centro Italia. In questo caso l’emissione di isoprenoidi è stata analizzata a livello di singola foglia o di intera branchetta utilizzando idonee cuvette e seguendone l’andamento diurno e stagionale durante 2 anni consecutivi. Inoltre, sono stati anche analizzati gli effetti di cambiamenti rapidi di CO2 indotti sulle foglie di piante cresciute in condizioni naturali di CO2 atmosferica . La caratterizzazione e quantificazione dei VOC è stata effettuata con la metodologia precedentemente descritta. In entrambi gli approcci sperimentali, è stata misurata anche l’attività fotosintetica, nel primo caso esprimendola a livello di ecosistema come NEE (Net Ecosystem Exchange), nel secondo caso come assimilazione fogliare netta.
Anche l’esposizione a lungo termine ad elevate concentrazioni di CO2 non ha influenzato la composizione e il rilascio di monoterpeni per unità di superficie fogliare da piante di Q. ile.
Al contrario, l’attività fotosintetBaraldi et al., 2004ica è sempre risultata stimolata. Di conseguenza, la percentuale di C fotosintetico perso attraverso il rilascio di VOC è stato più elevato in condizioni naturali, arrivando a rappresentare fino al 4% del C assimilato. L’arricchimento di CO2 dell’atmosfera non ha influenzato in generale nemmeno l’emissione di isoprene da piante di Q. pubescens, in cui anche l’attività fotosintetica è risultata pressoché invariata. Anche per questa specie la percentuale di C fissato perso come VOC è stato più alto in condizioni naturali. Incrementi rapidi di CO2 a livello fogliare hanno invece provocato una inibizione dell’emissione di isoprenoidi in entrambe le specie in esame mentre l’assimilazione è sempre stata stimolata.

Di Francesca Rapparini

[VOC Biogenici] Progetti conclusi e in essere

FCS Staff — Thu, 08 Oct 2009 07:56:19 +0000

PROGETTI CONCLUSI

Progetto finanziato dalla Comunità Europea “Measurements and Modelling of VOCs emission rates in orchard systems”, nell’ambito del programma BIATEX-2 (Atmosphere-Biosphere Exchange of Pollutants) afferente ad EUROTRAC (European Experiment on the Transport and Transformation of Environmentally Relevant Tree Gas Constituents in the Troposphere over Europe.
Progetto integrato CNR-Università “Realizzazione di un test-site per misure micrometeorologiche ed ecofisiologiche nelle piante arboree “ presentato dall’Istituto Nazionale INAPA e dall’Università di Sassari ed approvato dal Comitato Scienze Agrarie (96.02.989 PS 06).
Progetto finanziato dalla Comunità Europea MEDEFLU: European Community Fluxes in Mediterrean Area- contract ENV4-CT97-0455
Progetto finanziato dalla Comunità Europea “BETULA”-EU-INCO IC15CT98-0102 .
Progetto di cooperazione bilaterale CNR-CAF (Chinese Academy of Forestry).
Progetto finanziato dalla Comunità Europea FUTURE-VOC: “Biogenic volatile organic compound (BVOC) emission of European forests under CO2 levels: influence on compound composition and source strength”-contract EVK2-1999-00281.
Progetto PianosaLab nell’ambito dei progetti finanziati da Agenzia 2000 per lo “Sviluppo e l’implementazione di una stazione di terra per lo studio dello scambio di gas ad effetto serra fra la vegetazione terrestre e l’atmosfera”
2003_Progetto di ricerca “ Effect of elevated CO2 on biogenic isoprene emission” nell’ambito del progetto internazionale (USA) CELTIC (Chemical Emission, Loss, Transformation and Interactions within Canopies) finanziato dall’ EPA (Environmental Protection Agency) e dall’ NSF (National Science Foundation) in North Carolina presso il sito sperimentale “Duke Forest C-H2O Research Site” in collaborazione con DOE (BER & NIGEC) e FACE (FACTS-1, BNL) and AmeriFlux studi sponsorizzati a loro volta dall’USDA (SGCP)
2004-Progetto internazionale NCAR-ACD Stati Uniti-Università del Messico “MIRAGE”presso Città del Messico, Messico
2006-Progetto di ricerca “Effect of arbuscular mycorrhizal colonization on VOC emission by plants” nell’ambito del programma europeo ESF (European Science Foundation) nell’ambito del programma VOCBAS (Volatile Organic Compounds in the Biosphere-Atmosphere System (VOCBAS).

PROGETTI IN ESSERE

Programma strategico «Sviluppo sostenibile e cambiamenti climatici”: Progetto CARBOITALY “Strumenti innovativi per l’implementazione del Protocollo di Kyoto: creazione ed armonizzazione dell rete italiana di misura dei sink forestali ed agricoli e sviluppo del sistema nazionale di stima e previsione dell’assorbimento di gas ad effetto serra”.

Di Francesca Rapparini

[VOC Biogenici] Competenze e Know How

FCS Staff — Thu, 08 Oct 2009 07:53:22 +0000

L’IBIMET si occupa di studiare i processi di scambio tra piante ed atmosfera ed in particolare l’emissioni biogeniche di composti organici volatili (VOCs) nell’ambito di progetti internazionali (EUROTRAC, MEDEFLU,FUTURE-VOC, CELTIC e MIRAGE). Per la misura di tali composti volatili l’IBIMET ha messo a punto tecniche specifiche di campionamento e di analisi mediante campionamento con cuvette tramite trappole adsorbenti che vengono analizzate utilizzando la gas-cromatografia abbinata alla spettrometria di massa.

Di Francesca Rapparini

[VOC Biogenici] Impatto dell’aumento di CO2 sulla emissione di VOC dalle piante

FCS Staff — Thu, 08 Oct 2009 07:51:23 +0000

Il rapido aumento di concentrazione atmosferica dell’anidride carbonica è l’evento chiave che sta alla base dei cambiamenti climatici in atto. La biosfera terrestre ha una funzione cruciale rispetto al ciclo globale del carbonio. La ricerca scientifica si è posta il molteplice obiettivo di conoscere e descrivere quali sono gli effetti e le conseguenze dell’aumento della CO2 sul sistema climatico a scala globale e regionale, e di capire le complesse interrelazioni tra biosfera e atmosfera e fra il funzionamento degli ecosistemi. Gli studi si sono particolarmente concentrati sull’analisi dell’impatto della CO2 sui processi fisiologici primari degli ecosistemi terrestri (fotosintesi, traspirazione, attività stomatica, sviluppo della biomassa) e più limitatamente sulle risposte metaboliche secondarie, quali le emissioni di composti organici volatili (VOC). L’emissione di questi composti, e in particolare degli isoprenoidi (isoprene e monoterpeni), che svolgono funzioni di protezione da stress biotici e abiotici (Kesselmeier & Staudt 1999), comporta la perdita di carbonio fotosintetico che, in piante stressate, può arrivare anche al 10%. Inoltre, i VOC biogenici essendo altamente reattivi in atmosfera, possono produrre ossidanti fotochimici e gas serra, come l’ozono e il monossido di carbonio, soprattutto in presenza di elevata radiazione solare e temperatura, tipiche condizione estive dell’ambiente Mediterraneo, quando le emissioni biogeniche stesse sono più alte. Nonostante i recenti progressi della ricerca scientifica, esistono ancora molte incertezze sull’impatto della CO2 sull’emissione di VOC biogenici (Loreto et al., 1996; Arneth et al., 2006).

Di Francesca Rapparini