1. Uso della canapa (Cannabis
sativa) nel fitorimedio di suoli
contaminati da metalli pesanti
Prof. Graziella Berta
Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica
Università del Piemonte Orientale

2. Cannabis sativa
Cannabinaceae
Originaria dell’Asia, la canapa era coltivata in
Cina prima del 2000 a.C. ed era già diffusa in
Europa ed Africa nel 500 a.C.
Alla fine del secolo scorso era la pianta più usata
dall’uomo per la produzione di fibre tessili, carta,
olio, ecc.
L’attuale tassonomia include la canapa nella
famiglia delle Cannabinaceae appartenente
all’ordine delle Urticales.
E’ una pianta rustica con numerose
applicazioni industriali, tra le quali:

3. Cannabis sativa
Phytoremediation
Citterio et al. 2003, Plant and Soil 256, 243-252;
Angelova et al., 2004, Industrial Crops and Products 19, 197-205

4. La TOSSICITA’ totale dei METALLI PESANTI immessi
ogni anno nella biosfera
SUPERA
la combinazione di TUTTI gli SCARTI ORGANICI
e delle SCORIE RADIOATTIVE!!!

5. Metalli pesanti e metalloidi che inducono risposte
di difesa negli organismi vegetali
METALLO FORMA IONICA METALLO FORMA IONICA
Argento Ag+
Selenio SeO3
2-
,SeO4
2-
Arsenico AsO2
-
,AsO4
3-
Stagno Sn2+
Cadmio Cd2+
Alluminio Al2+
Rame Cu2+
Cobalto Co2+
Mercurio Hg2+
Cromo Cr3+
,CrO4
2-
Piombo Pb2+
Ferro Fe2+
Zinco Zn2+
Molibdeno MoO4
2
Oro Au+
Manganese Mn2+
Bismuto Bi3+
Nichel Ni2-
Gallio Ga3+
Tellurio Te4+
Indio In3-
Wolframio W6+
Antimonio Sb3+
3
= MICROELEMENTI (essenziali) = TOSSICI (xenobiotici)
= METALLOIDI = NON PESANTE
Prof.ssa Graziella Berta

6. Accumulo dei metalli nei tessuti vegetali
Le piante hanno differenti capacità di accumulare i metalli
 sensibili
 tolleranti
 iperaccumulatrici
-Pomodoro + Cr
-Sanità di Toppi, 2002
(Crucifere)
-Alisso di
Bertoloni
Prof.ssa Graziella Berta

7. Alcune piante erbacee, arbustive ed arboree
possono essere utilizzate quali mezzi di
bonifica di siti contaminati e, più in generale,
del suolo e delle acque
Prof.ssa Graziella Berta

8. • Fitorisanamento: settore della scienza e della tecnologia che utilizza
piante per degradare, assimilare o detossificare metalli, idrocarburi,
pesticidi e solventi clorurati.
Fitorisanamento (Phytoremediation)
 Inquinanti organici ed
inorganici
 Substrati liquidi (es.
acqua)
 Aria
Prof.ssa Graziella Berta

9. FUNGHI MICORRIZICO-ARBUSCOLARI (AM)
Simbionti obbligati della maggior parte dei vegetali terrestri
Prof.ssa Graziella Berta

10. Controllo ControlloMicorrizato Micorrizato
EFFETTO CRESCITA
Prof.ssa Graziella Berta

11. Ma non ci sono solo funghi…
Batteri
rizosferici
Prof.ssa Graziella Berta

12. Funghi AM
pH
popolazioni microbiche
essudati radicali
mobilità o
disponibilità dei
metalli
I funghi micorrizico-arbuscolari (AM) possono diminuire la
tossicità dei metalli pesanti nelle piante colonizzate e
alleviarne lo stress (Leyval et al., 1997) e/o aumentarne la
capacità di accumulo
I metalli pesanti nella rizosfera
TOLLERANZA vs. SENSIBILITA’
Prof.ssa Graziella Berta

13. • Fitorisanamento: settore della scienza e della tecnologia che utilizza
piante per degradare, assimilare o detossificare metalli, idrocarburi,
pesticidi e solventi clorurati.
Fitorisanamento (Phytoremediation)
 Inquinanti organici ed
inorganici
 Substrati liquidi (es.
acqua)
 Aria
Prof.sa Graziella Berta

14. Accumulo dei metalli
preferibilmente nella porzione
epigea della pianta
 Crescita rapida
 Radici profonde
 Facilità di propagazione
 Capacità di accumulo e tolleranza del metallo
di interesse (0.1 – 1% del peso secco)
Piante iperaccumulatrici
Prof.ssa Graziella Berta

15. Piante idonee per il
fitorisanamento
ARBOREE
ERBACEE
Salice, pioppo
 Pianta ripariale in grado di adattarsi facilmente
a diversi tipi di suolo
 Rapida ripresa vegetativa dopo la potatura
 Grande biomassa
 Elevato grado di traspirazione
 Importante ruolo nelle successioni ecologiche
 Capacità di simbiosi
ECTO/ENDOMICORRIZICA
 Applicazioni biotecnologiche
PIOPPO
Prof.ssa Graziella Berta5a SCUOLA NAZIONALE RESIDENZIALE SITI CONTAMINATI - Alessandria, 2009

18. Risultati campo
Caratterizzazione vegetazionale del sito
Sul sito sono stati eseguiti rilievi di bordo e di campo e si sono evidenziate due
zone piuttosto diverse dal punto di vista vegetazionale: bordo e campo.
Nella zona di campo si è rilevata vegetazione
frammentaria, molto disturbata, caratterizzata
dalla preponderante presenza di infestanti
tipiche delle colture.

19. Risultati campo
Alessandria 6/11/2003
Non
ammendato
Ammendato

20. Risultati
a a
b
b
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Foglie Radici
Cuconcentration
Controllo
Cu 150ppm
ConcentrazioneCu
Peso secco (g)
b
a
b
a
b
a
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Controllo Cu 150 ppm
Peso secco Radice (g)
Peso secco Fusto (g)
Peso secco Foglie (g)
Effetto inibitorio sulla crescita:
riduzione della biomassa
 Ottima capacità di
bioaccumulo del rame
 Concentrazione di rame
sette volte superiore nelle
radici delle piante trattate
rispetto al controllo

21. Esperienze in campo
con e senza il fungo micorrizico Glomus mosseae
•
C
G.m.
HM
G.m. + HM
Shoot
Root
Cadmium Chromium Nickel
85,8%
14,2%
72,6%
27,4%
82,9%
17,1%
66,6%
33,4%
21,9%
78,1%
12,5%
87,5%
47,3%
52,7%
36,3%
63,7%
18,1%
81,9%
58,7%
41,3%

22. C 1,0+0,2 A** 0,8+0,4 A** 1,8+0,2 A** n.d. A**
G.m. 1,8+0,2 A** 0,5+0,2 A** 2,9+0,4 A** 0,2+0,2 A**
HM 47,5+6,0 B** 1,0+0,2 A** 4,3+0,3 B** 0,2+0,2 A**
G.m. +HM
CHROMIUM CONCENTRATION (g/g)
ROOT STEM LEAF SEED
45,7+7,2 B** 1,3+0,2 A**4,1+0,3A** B** 0,1+0,1
C n.d. n.d. n.d. n.d.
G.m. n.d. n.d. n.d. n.d.
HM 217,2+26,9 A* 12,0+1,4 A* 12,1+0,9 A** 7,7+1,1 A*
G.m. +HM
CADMIUM CONCENTRATION (g/g)
163,9+20,0 16,6+1,8 11,2+0,7A* A*A**A* 7,8+0,6
ROOT STEM LEAF SEED
C 4,3+0,9 A* 0,8+0,4 A* 4,8+0,4 A* n.d.
G.m. 7,6+1,0 A* 0,2+0,1 A* 4,9+0,6 A* 2,3+1,3 A*
HM 112,2+14,4 B* 19,4+2,0 B* 12,8+0,4 B* 17,0+2,8 B*
C*C*
ROOT STEM LEAF SEED
G.m. +HM 122,5+13,7 29,1+2,5 17,1+1,717,6+1,5B*
NICKEL CONCENTRATION (g/g)
B*

23. IPG 3-10
76
43
66
36
31
17,5
21,5
MW
A
C
B
A- Proteine alto peso molecolare
B- Proteine basso peso molecolare
C- Proteine basiche
Risultati

24. A- Proteine alto peso molecolare
Cs12
Cs16
Cs13
Cs1
Cs2
Cs17
Cs12
Cs16
Cs1
Cs2
Cs13
Cs17
A
Cs12
Cs16
Cs13
Cs1
Cs2
Cs17
Cs12
Cs16
Cs1
Cs2
Cs13
Cs17
Cs12
Cs16
Cs13
Cs1
Cs2
Cs17
Cs12
Cs16
Cs13
Cs1
Cs2
Cs17
Cs12
Cs16
Cs1
Cs2
Cs13
Cs17
Cs12
Cs16
Cs1
Cs2
Cs13
Cs17
A
C Cu
B- Proteine basso peso molecolare
Cs7
Cs8
Cs5
Cs4
Cs18
Cs6
Cs10
Cs11 Cs5
Cs4
Cs7
Cs6
Cs8Cs11
Cs10
B
Cs7
Cs8
Cs5
Cs4
Cs18
Cs6
Cs10
Cs11
Cs7
Cs8
Cs5
Cs4
Cs18
Cs6
Cs10
Cs11 Cs5
Cs4
Cs7
Cs6
Cs8Cs11
Cs10
Cs5
Cs4
Cs7
Cs6
Cs8Cs11
Cs10
B
C Cu
C- Proteine basiche
Cs21
Cs9
Cs20
Cs22
Cs3
Cs19
Cs1
5
Cs9
Cs3
Cs20
Cs22
Cs23
Cs21
Cs15
C
C Cu
Un esempio… Risultati: proteine sottoespresse
42521309
Glycine max
47.72 /
5.31
Enolase
VNQIGSVTESIEAVR
EGLELLK
1600.8
800.4
Cs 1
27375524
Bradyrhizobium japonicum
38.39 /
8.38
ABC transporter
substrate-binding protein
VIDAESFAR1006.4Cs 4
18076088
Ricinus communis
18.15 /
8.95Cyclophilin
EKVGSSSGR
VVEGMDIVK
AIEKVGSSSGR
905.5
988.5
1089.6
Cs 3
Proteine sottoregolate
a
a
a
a
a
b
b
b
0
50
100
150
200
Cs 1 Cs 10 Cs 11 Cs 18 Cs 19
OD C OD Cu
Proteine sottoregolate
a
a
a
a
a
a
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Cs 3 Cs 4 Cs 8
OD C OD Cu a
b
0
500
1000
1500
2000
2500
Cs 9

25. Ringraziamenti
AssoCanapa di
Carmagnola
Dr. Felice Giraudo
Europa Metalli S.p.A
Dr. Ciarlo Responsabile
tecnico EM
Università di Milano Bicocca
Dipartimento di Scienze
dell’Ambiente e del
Territorio
Dr.ssa Sandra Citterio
Università del Piemonte
Orientale “A. Avogadro”
Dipartimento di Scienze
e Innovazione
Tecnologica
Dr. ssa Nadia Massa
Dr. ssa Lara Boatti
Chiara Cattaneo
Dr.ssa Cristina Bagliani
Dott. E. Bona. D. Gastaldi
Università di Torino
Dipartimento di Fisica
Teorica
Dr. Roberto Ugoccioni