Alfalfa - l’erba medica dal nome botanico Medicago sativa - alimentazione preferita per le vacche da latte e altro bestiame, è sempre stata una pianta pioniera. Dotata della capacità di produrre i suoi fertilizzanti azotati, alfalfa può costituire la linea avanzata per i suoli poveri. Essa arricchisce il suolo in modo tale da aprire la via alle foraggiere e agli arbusti per allignare e perfino dominare il paesaggio.

  Così non dovrebbe costituire sorpresa che alfalfa abbia ancora oggi un ruolo pionieristico. Gli scienziati sostengono che ha il potenziale di prima pianta biocombustibile con duplice vantaggio , e cioè i suoi steli sarebbero raccolti per combustibile e le foglie per foraggio e altri prodotti.
 Si può anche coltivare Alfalfa  come risorsa rinnovabile in sostituzione di altri prodotti basati sul petrolio, come plastiche e fertilizzanti azotati ed anche per ridurre la richiesta di altre risorse non-rinnovabili, come fertilizzanti al fosforo, che devono essere estratti dalle miniere. Inoltre, questa pianta foraggiera può pulire terreni e acque dai contaminanti ed anche prevenire tali contaminazioni.
   JoAnn F.S. Lamb, una coltivatrice che collabora con un team di cinque scienziati al Plant Science Research Unit dell’ARS a San Paul, Minnesota, dedita ad incrementare l’alfalfa sul territorio, incoraggia gli agricoltori a coltivarla per i suoi benefici ambientali, ma sa che deve crescere il valore in dollari dell'alfalfa prima che molti agricoltori la considerino una coltura conveniente.
   Carroll P. Vance, fisiologo vegetale dell’ARS dice: ”Stiamo sviluppando nuove varietà di alfalfa per questo mondo in cui i fertilizzanti e la benzina possono un giorno essere così costosi da porsi fuori del mercato o non essere disponibili”.
La Plant Science Research Unit ha ricevuto nuovi finanziamenti destinati alle bioenergie da parte del Dipartimento dell’Agricoltura degli Usa.

Incroci di alfalfa per vari usi
La produzione di alfalfa è per l’appunto una delle molte vie per fare di alfalfa una coltura più redditizia. Il team di ricerca spera di realizzare molte nuove varietà di alfalfa, sia per bioenergia che per foraggio: una con elevato valore nutritivo nelle sue foglie per il foraggio bovino; un’altra per la coltivazione in suoli marginali; un’altra per fissare più azoto nel suolo per successive colture; altre per sottrarre l’eccesso di fertilizzanti e pesticidi; e una ancora per creare prodotti industriali nelle sue foglie, sia come medicine, enzimi industriali o plastiche.
  Questi aspetti potrebbero essere combinati in varietà destinate a mercati di nicchia o generali. Ad esempio, l’alfalfa bioenergetica potrebbe aumentare la sua redditività mediante la produzione di un foraggio migliore o di prodotti industriali nelle sue foglie.

Alfalfa per combustibili
Nuove alfalfa svilupperanno probabilmente il loro carattere ereditario alla terza generazione di una nuova varietà di alfalfa per bioenergia coltivata dal team di ricerca. Essa ha gli steli più spessi del normale in modo tale che la pianta non si abbatta su sé stessa e offra così maggiore materiale da cui ricavare etanolo.
   Per procurarsi il materiale parentale, Lamb e colleghi hanno incrociato varietà europee coltivate per resistere al piegamento dei loro steli, con moderne varietà di alfalfa sviluppate per l'alimentazione delle vacche da latte. Deborah A. Samac, patologa vegetale dell’ARS, lavora con il gruppo di Lamb per assicurare che l’ibrido europeo sia dotato di resistenza alle malattie e agli insetti parassiti delle piante Usa.
   Con i nuovi finanziamenti per le bioenergie, Hans Jung, uno scienziato del settore lattiero dell’ARS, svilupperà dei test per monitorare i tipi di alfalfa in ragione delle variazioni nella quantità dei vari carboidrati e della loro facilità di conversione in etanolo. Jung, Lamb e Samac sperano di migliorare questa conversione mediante l’introduzione negli steli di più zuccheri e amidi che dovrebbero renderli più digeribili sia per il bestiame che per i microbi della conversione in etanolo.
   Jung sottolinea similarità in aree apparentemente disparate: produzione di etanolo e digestione animale. Infatti i rumeni dei bovini sono delle vere vasche di fermentazione, versioni naturali dei tini industriali usati per produrre etanolo. E in entrambi sono i  microbi a compiere la digestione. Jung studia anche i vari gradi di resistenza alla disgregazione dei carboidrati della parete cellulare per identificare la via per migliorare l’alfalfa.
   Usando metodi di selezione e coltivazione, Lamb sta sviluppando linee di alfalfa che incorporano tratti genetici benefici, tipo più zuccheri, steli più grandi, e migliorata fermentazione. Il primo ciclo di questo processo di selezione è già stato completato per molte caratteristiche che si tradurranno alla fine in alfalfa più digeribile e più efficiente nella produzione di etanolo.
  Con parte di questi nuovi finanziamenti per le bioenergie, Ars si propone di assumere un biochimico/genetista per indagare quali tratti genetici sono necessari per la conversione degli steli in etanolo attraverso la fermentazione e trovare i geni per queste caratteristiche.
   “Questo è un nuovo terreno. Non conosciamo ancora quali tratti genetici siano più desiderabili per la conversione in etanolo”, dice Samac. “Il processo di conversione è complesso, in quanto coinvolge zuccheri, amidi, cellulosa, e lieviti di fermentazione”.
  Vance si è chiesto se parte delle radici e delle corone dell’alfalfa possono essere usate per la produzione di etanolo. Il suo collega, Michael P. Russelle, scienziato del suolo dell’ARS, sta lavorando con Lamb, Jung e colleghi dell’Università del Minnesota per verificare questa ipotesi. Essi analizzeranno queste parti delle piante per vedere quale percentuale può essere raccolta senza creare danno alla capacità delle piante di depositare azoto e carbonio nel suolo.

Un’alfalfa resistente a funghi
Come il resto del team, Samac ha anni di esperienza con l’alfalfa. Il suo ruolo è di trovare e inserire geni in alfalfa che creeranno colture migliori di quelle tradizionali e una coltura industriale più redditizia per combustibili, plastiche, o altri prodotti con valore aggiunto.
   Un’area d’interesse è la resistenza alle malattie, particolarmente alla Phoma medicaginis, una malattia fungale delle foglie. I membri del team stanno identificando dei tipi di alfalfa che sono altamente resistenti al fungo così che “ la pianta possa attivare i meccanismi di resistenza al fungo”, afferma Samac che ha, nell’Università del Minnesota, un ricercatore che sta indagando su variazioni naturali nel fungo, informazioni importanti per selezionare piante di alfalfa più resistenti.
  Samac sta anche valutando l’uso di batteri che producono un antibiotico fungicida. Applicati come una polvere al suolo, i batteri rivestono le foglie delle piantine emergenti e combattono il fungo. Analisi in laboratori hanno dato buoni risultati; il prossimo passo è  vedere se tale progetto si riveli altrettanto valido in campo aperto.

 Varietà di alfalfa per plastica e biorisanamento
Per creare una coltura industriale, Samac ha aggiunto geni che hanno fatto di alfalfa una fabbrica di prodotti plastici, producendo nelle sue foglie grani di una plastica naturale biodegradabile. Samac pensa ci sia una buona probabilità che alfalfa produca sufficiente plastica vantaggiosa commercialmente. E' anche alla ricerca di partner esperti nel superare la barriera della parete cellulare.
   Nell’intento di offrire ad alfalfa una sponda nei suoli marginali, Samac e Vance hanno aggiunto un gene che produce un enzima chiamato "malate dehydrogenasi", o MDH. Samac ha trovato che esso aiuta alfalfa a tollerare l’alluminio, il quale diventa tossico in suoli marginali acidi.
   Essa ha anche aggiunto un gene ad alfalfa che la mette in grado di detossificare l’erbicida atrazina. Samac ha lavorato anche con gli scienziati dell’Università del Minnesota per creare piante che detossificano l’atrazina. L’Università ha brevettato la tecnica. Presto un altro ricercatore  lavorerà con Samac sull’espressione di un nuovo gene che consenta alla pianta di degradare atrazina in quantità sufficiente per essere utilizzata nel risanamento dei suoli e delle acque contaminate.
   Russelle considera alfalfa una valvola di sicurezza nel ciclo dell’azoto: “Tutti pensano che le leguminose come alfalfa aggiungano azoto al suolo solo mediante la fissazione dell’azoto che proviene dall’aria. Ma in realtà esse sono flessibili. Assorbono nitrato dal suolo e fissano il resto di cui hanno bisogno dall’aria”.

   Russelle ha lavorato per parecchi anni sull'uso di alfalfa e altre piante perenni per il biorisanamento (pulizia) dai nitrati e altri potenziali inquinanti cercando nel contempo altre vie per usare le leguminose per prevenire le contaminazioni. Egli ha guidato un team che ha usato alfalfa per ripulire lo spargimento di ammoniaca causato da un treno deragliato nel Nord Dakota dopo che tutte le tecniche di pulizia erano fallite. Egli ritiene che enormi benefici sulla qualità dell’acqua si possono ottenere mediante il piazzamento strategico di alfalfa sui territori degli USA. Per questo sta usando modelli di simulazione al computer e compiendo mappature per identificare le località.  “Le piante perenni come alfalfa, possono quasi eliminare le perdite in quanto esse iniziano la crescita ai primi di aprile - quando il suolo sgela nella nostra regione - e ricevono acqua e nitrati. Le colture annuali non avviano la crescita fino a giugno, dando ai nitrati due mesi in più in cui lisciviare verso i corsi d’acqua “, sostiene Russelle. “Le perenni continuano anche a ricevere acqua e nitrati più oltre in autunno”.
  Per ottenere le stesse riduzioni nella lisciviazione dei nitrati, gli agricoltori dovrebbero ridurre di tanto l’uso dei fertlizzanti azotati che avrebbero raccolti inaccettabilmente bassi.
 Lo scienziato sta lavorando con il Lincoln-Pipestone Rural Water Board, di Lake Benton, nel Minnesota, sull’uso di alfalfa per abbassare i livelli di nitrato nelle acque di pozzo nelle campagne del Sudest del Minnesota. La comunità miscela acqua proveniente da vari pozzi per abbassare i livelli dei nitrati, ma non può ancora andare al disotto del livello standard delle 10 parti per milione fissato dall’U.S. Envirinmental Protection Agency per le acque potabili. Russelle e David W.Kelley (un ex scienziato di ARS che ora opera all’Università di St.Thomas di ST.Paul, nel Minnesota), stanno producendo mappe delle aree di protezione dei punti di risorgenza che mostrano dove l’alfalfa dovrebbe essere piantata per proteggere l’acqua di falda.
  In qualche posto, la piantagione strategica di piante perenni come alfalfa può non essere sufficiente a proteggere la qualità delle acque di falda, così Russelle sta sviluppando un sistema per rimuovere il nitrato dagli acquiferi poco profondi. Chiamato fitofiltrazione, il procedimento comporta lo scorrimento delle acque contaminate di falda  attraverso la zona delle radici di alfalfa per rimuovere il nitrato e consentire alle acque pulite di rifluire nell’acquifero. Nella parte centrale del Minnesota orientale Russelle e i suoi colleghi hanno usato le tecnica di ripulire l’acqua di irrigazione dalle 50 parti per milione (ppm) di nitrati/azoto a ben al disotto di 5 ppm.
  “Questi risultati sono molto promettenti”, dice Russelle.” Noi produciamo foraggio di alto valore o colture energetiche e acqua più pulita. L’acqua è sicuramente potabile in termini di livello dei nitrati, ma dovremo superare altri problemi, tipo gli aromi derivati dal contatto con le radici della pianta.”
  Russelle sta anche cominciando a sperimentare un’idea che ha da parecchi anni per  controllare la lisciviazione dei nitrati, e cioè le biocortine perenni. 
 Queste sono sottili strisce di alfalfa o di altre perenni piantate sopra tubi di drenaggio sotterrati. Negli Usa, tali tubi collegano sotterraneamente più di 75 milioni di acri di suoli malamente drenati. Grandi quantità dei nitrati che contribuiscono a creare la "Dead - Zone"del Golfo del Messico sembrano provenire dai territori agricoli del Midwest attraverso  tubi di drenaggio che scolano in canali che alla fine confluiscono in torrenti e fiumi.
  Russelle e alcuni colleghi dell’Università del Minnesota hanno misurato perdite di 30 fino a 80 libbre di azoto per acro dovute al drenaggio dei suoli dove vengono coltivati il mais  e la soia. Meno di cinque libbre per acro le perdite sotto alfalfa e altre foraggiere perenni. 
  “Le biocortine perenni - dice Russelle - sono esempio di un altro uso strategico di alfalfa, dove maggiori benefici ambientali potrebbero essere ottenuti con la riduzione delle perdite di nitrati, “. Egli sta lavorando con l’Università del Minnesota e con l’ARS National Soil Tilth Laboratory di Ames, Iowa, per verificare questa ipotesi.
   Russelle, Vance e Samac stanno anche analizzando i dati provenienti dalla coltivazione di alfalfa su suoli misti a fanghi provenienti dall’impianto di trattamento delle acque di scolo municipali. Il fango contiene tipicamente zinco, nichel e altri metalli pesanti che possono essere tossici. Varietà che producono MDH di Samac possono essere buone candidate per l'assorbimento di metalli.
   L’attenzione di Vance è rivolta al miglioramento della fissazione biologica dell’azoto per alfalfa e altre foraggiere nonché sul miglioramento del processo di maggiore acquisizione di fosforo dal suolo da parte della pianta. Vance ha anche isolato molti geni, compreso uno che produce MDH. Ha scoperto che questo gene ha pure aiutato alfalfa a fissare più azoto e ad assorbire più fosforo del suolo.
  Ecco come funziona la ricerca d’ingegneria genetica,” dice Samac, "fai girare una ruota e vedi cosa altre ruote potrebbero girare.. E’ bello quando si trovano geni dai molteplici benefici”.

(Il servizio è a cura di Don Comis, ARS. Le ricerche trattate sopra fanno parte del Rangeland, Pasture, and Forages, un Programma Nationale dell’ARS).

Per ulteriori informazioni: comis@ars.usda.gov

Fonte "Agriculture Research" luglio 2002