Il ruolo del super-raffreddamento nelle gemme di ciliegio per evitare i danni da gelo

I meccanismi di sopravvivenza delle piante alle basse temperature sono ancora oggetto di studio, soprattutto nel caso del “super-raffreddamento” dei tessuti vegetali. Questo meccanismo consente alle cellule di mantenere l'acqua allo stato liquido anche sotto lo zero, evitando la formazione di ghiaccio che potrebbe danneggiare i tessuti. Una ricerca canadese ha studiato le proprietà delle gemme a fiore del ciliegio per capire come queste riescano a super-raffreddarsi e sopravvivere durante l'inverno.

Gli esperimenti sono stati condotti su gemme a fiore di ciliegio utilizzando l'analisi termica differenziale (DTA), una tecnica che permette di monitorare il rilascio di calore dovuto alla fusione del ghiaccio. I ricercatori hanno osservato la formazione di ghiaccio all'interno della struttura della gemma, identificando delle barriere che ne impediscono la propagazione verso i tessuti sensibili, come i primordi fiorali.

I risultati hanno mostrato che il ghiaccio tende a formarsi tra le “squame” esterne e lungo l’asse della gemma, proteggendo i primordi dal congelamento. Tuttavia, la capacità di super-raffreddamento non dipende dalla presenza delle squame, che possono essere rimosse senza compromettere il processo.

La differenziazione vascolare, ossia lo sviluppo dei vasi xilematici nei primordi fiorali, osservato soprattutto in primavera, sembra compromettere la capacità di super-raffreddamento delle gemme. In inverno, una barriera posta sotto i primordi impedisce la propagazione del ghiaccio, ma con la ripresa della crescita in primavera, la differenziazione dello xilema crea un condotto che favorisce la propagazione del ghiaccio, riducendo l'efficacia del super-raffreddamento.

Lo studio ha anche evidenziato che la struttura delle gemme del ciliegio è più complessa rispetto a quella di altre specie del genere Prunus, come il pesco, con un numero maggiore di primordi e squame.

Immagine 1: Sistemazione del ghiaccio in boccioli di fiori di ciliegio svernanti esposti a temperature inferiori allo zero in campo. Fotografie scattate al microscopio da dissezione il 24 febbraio 2023 di un bocciolo di ciliegio dolce che è stato: (a) tenuto a temperature di congelamento in campo dopo aver subito un'ondata di freddo naturale, insieme a un diagramma digitale dello stesso bocciolo per evidenziare le regioni in cui si è formato il ghiaccio, poi (b) scongelato a temperatura ambiente. Fonte: E. Houghton

Nonostante ciò, i risultati confermano che il meccanismo di super-raffreddamento osservato nel ciliegio è simile a quello di altre specie del genere Prunus, come il pesco e l'albicocco. Il ghiaccio si forma in regioni esterne ai primordi, come le squame e l'asse della gemma, e questo processo di congelamento sembra essere una strategia di sopravvivenza alle basse temperature.

Infine, è stato osservato che, se la zona immediatamente sotto i primordi viene danneggiata, il meccanismo di super-raffreddamento viene compromesso. Ciò suggerisce che questa regione svolge un ruolo importante nel mantenimento della capacità di super-raffreddamento, poiché influisce sulla distribuzione dell'acqua e sulla formazione del ghiaccio nei tessuti circostanti.

In sintesi, questo studio fornisce nuove e dettagliate informazioni sui meccanismi di super-raffreddamento delle gemme fiorali del ciliegio, confermando l'importanza di questo sistema nel proteggere i primordi fiorali dal gelo. Questa proprietà diviene poi meno efficiente con la differenziazione vascolare, in primavera.

I risultati di questo studio contribuiscono a migliorare la comprensione delle strategie di sopravvivenza delle piante alle basse temperature, con potenziali applicazioni per il miglioramento di specie sensibili al gelo.

Fonte: Houghton, E., Watanabe, Y., Neilsen, D., Nelson, L. M., & Hannam, K. Investigating properties of sweet cherry (Prunus avium) flower buds that help promote freezing avoidance by supercooling. Plant Biology. https://doi.org/10.1111/plb.13697.
Immagine: New England Tree Fruit

Andrea Giovannini
Università di Bologna (IT)

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