I ricercatori hanno piantato piante di orzo in due campi vicini e hanno utilizzato metodi di coltivazione convenzionali in uno e metodi biologici nell’altro. Nel corso di oltre 20 anni, l'orzo biologico si è arricchito di materiale genetico specifico che differiva dalla coltura comparativa.

I risultati dimostrano tra l’altro quanto sia importante coltivare varietà soprattutto per l’agricoltura biologica. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista Agronomia per lo sviluppo sostenibile .

Alla fine degli anni Novanta, il Prof. Dr. Jens Léon ha avviato presso l'Università di Bonn un esperimento che sapeva sarebbe durato a lungo. Il suo gruppo di ricerca voleva studiare gli effetti che le condizioni agricole hanno sul materiale genetico delle piante.

A tal fine, hanno condotto uno studio complesso a lungo termine per un periodo di 23 anni presso l’Istituto di scienza delle colture e conservazione delle risorse (INRES). "Abbiamo prima incrociato l'orzo ad alto rendimento con una forma selvatica per aumentare la variazione genetica", afferma Léon. "Abbiamo poi piantato queste popolazioni su due campi vicini in modo che l'orzo crescesse nello stesso terreno e nelle stesse condizioni climatiche."

L'unica differenza era il metodo di coltivazione. In uno dei campi è stata utilizzata l'agricoltura convenzionale in cui i ricercatori hanno utilizzato pesticidi per combattere i parassiti, agenti chimici per eliminare le erbacce e fertilizzanti minerali per garantire un buon apporto di sostanze nutritive.

Nell'altro campo i ricercatori hanno adottato un approccio più ecologico:niente pesticidi, lotta alle erbe infestanti con metodi meccanici e concimazione del terreno con letame proveniente dalle stalle. Alcuni cereali venivano conservati ogni autunno per seminare i campi la primavera successiva, utilizzando i cereali biologici nel campo biologico e l'orzo coltivato in condizioni convenzionali nel campo comparativo.

"Non abbiamo però scelto i chicchi in base a caratteristiche particolari, ma abbiamo semplicemente selezionato una piccola parte del raccolto in modo casuale", sottolinea il collega di Léon, il dottor Michael Schneider.

Analisi dello sviluppo del genoma in time lapse

I ricercatori hanno anche analizzato annualmente i genomi delle piante coltivate in modo convenzionale e biologico. Ogni singolo gene può esistere in una varietà di forme diverse chiamate alleli. Ad esempio, il gene umano responsabile del colore degli occhi esiste negli alleli "marrone" e "blu".

La frequenza con cui determinati alleli si presentano in una popolazione può cambiare nel corso delle generazioni. Le condizioni ambientali sono un fattore che gioca un ruolo in questo processo:gli alleli che garantiscono che le piante prosperano nel loro ambiente attuale si trovano solitamente sempre più frequentemente.

I ricercatori hanno identificato due tendenze interessanti nei loro test genetici:nei primi 12 anni, la frequenza allelica nell'orzo è cambiata allo stesso modo in entrambi i campi.

"La nostra interpretazione di questa scoperta è che le popolazioni molto diverse causate da un incrocio con l'orzo selvatico si stavano adattando alle condizioni locali", afferma il dottor Agim Ballvora, che ha anche partecipato allo studio. "Dopo tutto, fattori come il clima, il suolo e soprattutto la durata del giorno erano identici per entrambe le popolazioni."

Tuttavia, le frequenze alleliche di entrambe le culture divergevano sempre più negli anni successivi. In particolare, l'orzo coltivato utilizzando metodi di agricoltura biologica ha sviluppato varianti genetiche meno sensibili alla carenza di nutrienti o alla mancanza di acqua, ovvero alleli che influenzavano la struttura delle radici.

"Uno dei motivi sono presumibilmente le forti variazioni nella disponibilità di nutrienti nell'agricoltura biologica", spiega Léon.

L'eterogeneità genetica facilita il processo di adattamento

Anche l'orzo coltivato in modo convenzionale è diventato nel tempo più uniforme dal punto di vista genetico, il che significa che il materiale genetico delle singole piante coltivate sul campo è diventato di anno in anno sempre più simile. Tuttavia, l'orzo biologico è rimasto più eterogeneo.

Anche le frequenze alleliche della coltura organica variavano più ampiamente nel tempo. Ciò ha comportato che alcuni anni fossero estremamente favorevoli o sfavorevoli per alcuni alleli. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che le condizioni ambientali fluttuano molto di più nell'agricoltura biologica rispetto ai metodi di allevamento convenzionali:se alcune malattie delle piante si manifestano in un anno, ad esempio, le piante faranno più affidamento su quegli alleli che le proteggeranno.

La variabilità delle forze ambientali che agiscono sulle piante sembra portare ad una maggiore eterogeneità genetica. "Di conseguenza, le piante sono in grado di adattarsi meglio a questo tipo di cambiamenti", afferma Léon.

Nel complesso, i risultati dimostrano l’importanza di coltivare varietà ottimizzate per l’agricoltura biologica. Poiché la loro composizione genetica si è adattata a queste condizioni, saranno più robuste e forniranno rese più elevate.

"Inoltre, sembra logico quando si coltivano le piante incrociarle con varietà più vecchie o addirittura selvatiche", spiega Léon. "I nostri dati indicano anche che ciò potrebbe avvantaggiare anche le varietà convenzionali ad alto rendimento."