Da sempre ammirato nelle distese di campagna, il girasole è oggi una coltura ampiamente utilizzata in molti settori e con una grande potenzialità d’impiego anche nel miglioramento genetico. Originario delle pianure occidentali del Nord America e conosciuto fin dai tempi degli Atzechi, il girasole si è poi diffuso nel Vecchio Continente nel corso del XVI secolo, grazie ai conquistatori spagnoli. Negli ultimi anni, l’interesse per questa oleaginosa è cresciuto notevolmente, andando ad abbracciare campi come quello delle energie rinnovabili e dei biocarburanti.
Caratteristiche del girasole
Il girasole (Helianthus annuus L.; dal greco helios,“sole”, e anthos, “fiore”) appartiene alla famiglia delle Composititae, o Asteraceae. Deve il suo nome alla particolare capacità dei suoi capolini (infiorescenze, ossia insieme di più fiori) di seguire, durante il susseguirsi del giorno, il corso del sole; tale fenomeno prende il nome di eliotropismo.
Radici, fusto e foglie
Il girasole è una pianta erbacea originaria dell’ovest degli Stati Uniti e presenta un apparato radicale fittonante, ossia formato da una radice principale dalle dimensioni maggiori (chiamata appunto fittone) dalla quale si dipartono numerose radici secondarie. Il fusto si presenta ben eretto, robusto e ruvido e la sua altezza può variare dai 60 ai 220 cm.
Le foglie sono acute (le loro punte si restringono bruscamente e terminano con un angolo appunto acuto), dentate e sono caratterizzate da un lungo picciolo[5]. Esse presentano disposizione opposta nella parte bassa del fusto, ed alternata nel resto della pianta.
Fiori e frutti
Il capolino del girasole, detto anche calatide, ha la forma di un disco piatto e presenta un diametro di circa 15-25 cm. Ciascuna calatide può portare da 700 a 3000 fiori, che nel caso del girasole si distinguono in due tipologie ben precise.
Alla periferia dell’infiorescenza troviamo infatti i cosiddetti fiori del raggio, che presentano il caratteristico colore giallo; tali fiori sono ligulati e sterili, ed il loro numero varia da 40 a 80 circa. La seconda tipologia di fiori, detta fiori del disco, costituisce invece il centro dell’infiorescenza; tali fiori sono ermafroditi e sono caratterizzati da un perianzio (insieme di calice e corolla) tubolare dal colore giallo, bruno o rossiccio.
La calatide effettua, assieme alle foglie, dei movimenti di rotazione per i quali la superficie discoidale forma costantemente un angolo retto con la direzione dei raggi del sole. L’eliotropismo cessa però al termine della fioritura e rappresenta, secondo gli scienziati, un meccanismo di adattamento della pianta volto ad aumentare l’esposizione della sua superficie al sole, in maniera tale da consentirle di svolgere più efficacemente la fotosintesi[5].
Il frutto del girasole prende il nome di achenio ed ha una forma romboidale allungata. È formato da un guscio esterno, che racchiude il seme vero e proprio, e il suo colore varia dal grigio-scuro al nero, sia uniforme che con striature bianche o bianco-argentee. Il seme rappresenta circa il 70-75% in peso dell’achenio ed è ricco di grassi e proteine di riserva.
Storia della coltivazione del girasole
Zona di origine
La zona di origine del girasole è stata identificata nelle pianure occidentali del Nord America, mentre non è stato ancora individuato con certezza il luogo di origine dei tipi addomesticati[1]. Esistono tuttavia alcune ipotesi in merito.
Secondo alcuni studi, il girasole sarebbe stato addomesticato nel Nord America e si sarebbe successivamente diffuso nel resto del continente. A sostengo di questa tesi sono stati rinvenuti, in tutto il Nord America, alcuni resti fossili sia di girasoli addomesticati che di popolazioni selvatiche morfologicamente molto simili tra loro. Di particolare interesse è stato il ritrovamento di acheni carbonizzati risalenti a circa 4300 anni fa a Hayes, in Tennessee[5].
Nel corso degli ultimi anni, si è però fatta strada anche un’altra possibile ipotesi, che vede il Messico come centro di origine del girasole addomesticato; alcune ricerche archeologiche condotte tra il 1977 e il 2000 a San Andrès (Tabasco, Messico) hanno portato alla luce un seme e un achenio databili rispettivamente al 2875-2575 a.C. e al 2867-2482 a.C.[4].
Ma è grazie alle moderne tecnologie di analisi del DNA che i ricercatori hanno potuto affermare che il girasole ha avuto origine nelle pianure occidentali del Nord America e che, solo successivamente, si è diffuso nel resto del continente. In particolare, analizzando il DNA contenuto nei cloroplasti (organelli specifici delle cellule vegetali e deputati allo svolgimento della fotosintesi), gli scienziati hanno riunito in un unico gruppo genetico le 8 varietà native americane dai quali discendono le moderne cultivar, confermando quindi una singola origine del girasole addomesticato[6].
Domesticazione e diffusione nel mondo
Per quanto riguarda la domesticazione del girasole, i ricercatori ritengono che il girasole fosse conosciuto dagli Aztechi e coltivato in Messico già nel 2600 a.C.; a sostegno di questa ipotesi, vi sono numerose prove archeologiche, linguistiche ed etnografiche.
Oltre all’uso alimentare, le antiche tribù americane utilizzavano il girasole per ottenere una tintura violacea estratta dai gusci di achenio e dai petali. Tale tintura veniva utilizzata per tingere i capi tessili, per la pittura corporea e per altre innumerevoli decorazioni. Vi erano anche usi medicinali come, ad esempio, il trattamento della malaria attraverso l’infusione di foglie[5].
L’introduzione del girasole nel continente europeo avvenne nel XVI secolo per opera degli spagnoli. Dopo una prima introduzione in Spagna, il girasole fu importato per la prima volta in Italia nell’Orto Botanico di Padova, dove i botanici Cortuso e Mattioli realizzarono una prima descrizione dettagliata della pianta.
Il primo riferimento europeo dell’utilizzo del girasole come fonte di olio è un brevetto inglese del 1716 di Arthur Bunyan, nel cui testo è possibile anche evincere come esistesse, ancora a quell’epoca, un’ampia variabilità morfologica della pianta. Solo a partire dagli anni Trenta del 1800, si cominciarono a mettere a punto metodi efficienti per l’estrazione industriale dell’olio. Il girasole ha definitivamente raggiunto un posto importante nell’agricoltura europea solo dopo il primo conflitto mondiale[5].
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Diversità genetica odierna del girasole
Il miglioramento genetico e l’impiego delle moderne biotecnologie hanno permesso di individuare numerose varietà di girasole coltivato dotate ciascuna di una serie di caratteristiche molto importanti, come una resa più elevata, resistenze multiple a insetti, patogeni e a stress di natura abiotica[5].
Un intenso lavoro di selezione si deve sicuramente alla Russia a partire dai primi decenni del XX secolo. Varietà denominate “Krarar” e “Zelenka 76” furono selezionate per una percentuale nel guscio dell’achenio di circa il 40% in acido oleico ed una resa in olio del 32%. A partire dagli anni ’60 furono iniziati i lavori di selezione anche in USA, Francia e Italia.
Nel nostro Paese le ricerche volte all’espansione ed al potenziamento della coltivazione del girasole iniziarono partendo dalla selezione delle varietà russe sopra citate, nonché da altro materiale genetico come quello proveniente dalle varietà argentine “Impira” e “Inta” e da quella egiziana “Giza”.
L’obiettivo principale perseguito fu l’aumento della produttività e della percentuale d’olio nell’achenio. Negli anni ’70 videro la luce le prime varietà migliorate “Ala” e “Argentario”, per poi arrivare agli anni ’90 con le famose varietà alto oleico “Carnia” e “Friuli”. Attualmente, il 99% delle cultivar in commercio nei paesi occidentali è costituito da ibridi.
Miglioramento genetico e nuove proposte biotecnologiche
Tra gli obiettivi principali del miglioramento genetico odierno del girasole troviamo la creazione di varietà dal fusto non ramificato, più precoci, uniformi nei caratteri somatici e con un tenore in olio più elevato.
Di particolare interesse è l’individuazione di specie selvatiche e la loro inclusione nei programmi di miglioramento genetico. Si tratta di un percorso complesso e a lungo termine che i ricercatori stanno cercando di superare attraverso l’utilizzo di apposite tecniche di biotecnologie vegetali. I girasoli selvatici possono infatti essere una buona fonte di geni di resistenza alle malattie, all’elevata salinità dei suoli, alla siccità e ad altri stress di natura abiotica.
L’obiettivo prioritario rimane comunque l’ottenimento del girasole con un’alta percentuale di acido oleico[5]; è infatti preferibile nella cottura dei cibi grazie al suo elevato “punto di fumo”, in virtù di un elevato contenuto in acidi grassi monoinsaturi.
Le malattie rappresentano comunque uno dei fattori limitanti delle rese. Grazie al miglioramento genetico convenzionale si è potuto ottenere la resistenza/tolleranza alla peronospora ed alla ruggine, entrambe malattie di origine fungina che possono compromettere lo sviluppo e la produzione della pianta. Grazie invece alle moderne tecniche di miglioramento genetico si stanno studiando i meccanismi per favorire la resistenza al fungo Sclerotinia, attivando al tempo stesso le difese della pianta[3].
Principali utilizzi del girasole
Il girasole si presenta come una coltura estremamente versatile e adatta ai più svariati impieghi, dal settore dell’alimentazione umana ed animale a quello farmaceutico ed industriale.
La parte più utilizzata rimane comunque il seme che, previa decorticazione e tostatura, trova ad esempio impiego nell’industria alimentare come snack, in virtù del suo alto contenuto di acidi grassi monoinstauri, proteine e sali minerali. I semi possono anche essere utilizzati come mangime per roditori e uccelli, mentre i residui di spremitura per il bestiame. Infine, se ne può estrarre anche olio per motori per la produzione di biodiesel ed altri biocarburanti.
Girasole e produzione di energia pulita
Oltre all’importanza che il girasole riveste nell’industria alimentare umana ed animale, particolare attenzione suscita l’impiego della coltura nei settori della bioraffineria e del diesel. Applicando il concetto della bioraffineria all’impianto estrattivo, dai semi di girasole è possibile ottenere alcuni prodotti interessanti come biodiesel e bioetanolo.
Gli oli vegetali prodotti dall’UE (colza e girasole) sono già da tempo impiegati per la produzione di polimeri, lubrificanti e biodiesel. Inoltre, essi costituiscono la base anche per la creazione di molecole fitosanitarie attive contro insetti e funghi. È bene ricordare che l’industria richiede l’impiego di oli preferibilmente con un tenore di acido oleico superiore al 90%, in quanto esso presenta una ridotta rancidità , una elevata stabilità ossidativa e consente una notevole riduzione dei costi dovuti alla separazione degli altri acidi grassi indesiderati[2].
Le tecnologie avanzate per la produzione di biocarburanti potrebbero rappresentare una svolta anche per la produzione di idrogeno, in quanto permetterebbero di realizzare trasporti e di produrre energia entrambi a emissioni zero. In particolare, l’idrogeno non è una fonte di energia primaria e, come tale, deve essere prodotto a partire da altre materie prime come combustibili fossili, acqua o biomassa vegetale.
In merito alla produzione di idrogeno a partire da biomassa vegetale, una ricerca inglese ha individuato un procedimento molto promettente per la produzione di idrogeno da olio di girasole. Il processo permetterebbe quindi di apportare benefici ambientali da un lato, e offrire una risorsa rinnovabile e a basso costo dall’altro. Il generatore di idrogeno messo a punto dai ricercatori utilizza infatti solo olio di girasole, aria, vapore acqueo e due catalizzatori specifici (il primo a base di nichel e il secondo a base di carbonio). Alla produzione di idrogeno si affianca così la cattura di anidride carbonica ed il suo stoccaggio, offrendo quindi la possibilità di avere energia pulita, rinnovabile e con una bassa emissione di CO2[1].
Conclusioni
Originario delle pianure dell’America Occidentale, il girasole presenta una grande variabilità genetica intraspecifica e l’elevato numero di ibridi attualmente in commercio rende questa coltura una risorsa genetica assai preziosa per il prossimo futuro.
Numerosi sono infatti gli impieghi che il girasole trova nei vari settori, dai più tradizionali alimentare e farmaceutico, alle moderne applicazioni industriali (es. biodiesel) e tecnologiche (es. girasole alto oleico, produzione di idrogeno da biomassa vegetale ecc.).
Il mercato di espansione di questa oleaginosa susciterà sempre più interesse nell’immediato futuro, soprattutto in virtù delle sue potenzialità d’impiego nel settore delle biotecnologie agrarie per rispondere alle esigenze di un’agricoltura sempre più sostenibile ed attenta all’ambiente.
Referenze
- Dupont,V., (2007). Steam reforming of sunflower oil for hydrogen gas production. Helia, 30, Nr. 46, p.p. 103-132;
- Harter, A., et al. (2004). Origin of extant domesticated sunflowers in eastern North America. Nature 430: 201–205;
- Lentz, D. L., et al. (2001). Prehistoric sunflower (Helianthus Annuus L.) domestication in Mexico. Economic Botanic 55: 370–376;
- Vannozzi, G. P., Ferfuia,C., Turi, M. (2010). Il girasole – Caratteristiche morfologiche, tecniche colturali e utilizzo di nuovi ibridi, Udine, Forum Edizioni;
- Wills, D. M., Burke, J. M. (2006). Chloroplast DNA variation confirms a single origin of domesticated sunflower (Helianthus annuus L.). Journal of Heredity 97(4): 403-408;
