Introduzione

L’agricoltura biologica si configura come un modello produttivo che mira alla sostenibilità ambientale e alla salvaguardia della salute pubblica, limitando l’impiego di composti chimici di sintesi e promuovendo pratiche agronomiche ecocompatibili. All’interno di questo sistema, tuttavia, sono ammesse alcune sostanze di origine naturale, tra cui il solfato di rame, utilizzato principalmente come fungicida. Nonostante la sua origine inorganica e la lunga tradizione d’uso, il rame presenta caratteristiche di persistenza ambientale e tossicità che ne rendono controverso l’impiego, anche in agricoltura biologica.

Numerosi studi evidenziano che l’accumulo di rame nei suoli e negli ambienti acquatici può determinare effetti negativi su microrganismi, invertebrati, anfibi e insetti impollinatori. In questo contesto, l’adozione di bioindicatori per valutare l’impatto ecologico di tali sostanze assume un ruolo centrale. Il fasmide Bacillus rossius Rossi, insetto fitofago diffuso nella macchia mediterranea italiana, si presta efficacemente a questo scopo per la sua sensibilità a variazioni ambientali e per la sua presenza stabile in ecosistemi agricoli e seminaturali.

Lo studio effettuato presso il Dipartimento di Scienze Ecologiche e Biologiche (DAB) dell’Università della Tuscia ha analizzato gli effetti del solfato di rame sull’insetto stecco, sia in termini comportamentali che a livello cellulare, valutando il danno genotossico mediante test specifici. Tale indagine si inserisce nell’ambito delle strategie di transizione ecologica e si propone di fornire elementi utili alla riflessione scientifica e normativa sul bilanciamento tra produttività agricola e conservazione della biodiversità.

Il rame in agricoltura biologica e il contesto normativo

A livello europeo, la produzione biologica è disciplinata dal Regolamento (UE) 2018/848 e dal relativo Regolamento di Esecuzione (UE) 2021/1165, il quale stabilisce criteri per la gestione sostenibile delle colture. In tale ambito, l’uso dei pesticidi è regolato da principi che mirano a minimizzare l’intervento chimico e a promuovere un equilibrio ecologico. Tra questi principi si annoverano i seguenti:

1. prevenzione: effettuata attraverso la gestione integrata delle colture, la scelta di varietà resistenti, la rotazione colturale e la promozione della biodiversità;
2. approccio ecologico: l’uso di pesticidi è considerato un’opzione di ultima istanza, da adottare solo quando le pratiche agronomiche e preventive non sono sufficienti;
3. origine naturale: i pesticidi consentiti in agricoltura biologica devono derivare da sostanze naturali, come minerali, estratti vegetali o microrganismi.

Il rame rientra tra i principi attivi ammessi in agricoltura biologica in virtù della sua efficacia fungicida e battericida, seppur con restrizioni di dosaggio e frequenza, a causa del rischio di accumulo nel suolo e di impatto su organismi non bersaglio. In particolare, sono previste soglie annuali di utilizzo, attualmente pari a 4 kg/ha, ma oggetto di continua revisione da parte dell’Autorità europea per la sicurezza alimentare (EFSA). L’inclusione del rame nei protocolli biologici si fonda sulla sua efficacia e sull’assenza di alternative altrettanto affidabili, sebbene siano noti i rischi di accumulo e tossicità (Burandt et al., 2024). La consapevolezza sempre maggiore di una profonda interconnessione tra salute umana, animale e ambientale comporta la necessità di riconsiderare l’agricoltura biologica alla luce del Modello One Health (letteralmente “una sola salute”), una soluzione olistica che riconosce l’interdipendenza tra i tre ambiti, promuovendo la collaborazione interdisciplinare e un approccio sistemico ai problemi sanitari globali. One Health (“accordo verde”) è un concetto che si basa sull’idea che la salute umana, la salute animale e la salute degli ecosistemi siano strettamente connesse. Questo paradigma sottolinea che i problemi di salute non possono essere affrontati in modo isolato, poiché l’interazione tra gli esseri umani, gli animali e l’ambiente genera dinamiche che influenzano la diffusione delle malattie, la sicurezza alimentare e la sostenibilità degli ecosistemi (Calistri et al., 2013).

In tale prospettiva, l’esposizione a contaminanti chimici nell’ambiente agricolo non riguarda solo la sicurezza alimentare, ma anche l’equilibrio degli ecosistemi e la salute degli organismi viventi. I pesticidi e i metalli pesanti, anche se naturali, possono contribuire alla perdita di biodiversità, all’insorgenza di fenomeni di resistenza e alla diffusione di patogeni.

A tal proposito, il Green Deal europeo e la strategia Farm to Fork (“dal produttore al consumatore”) pongono l’accento sulla necessità di ridurre l’uso di pesticidi, anche in forme naturali, entro il 2030, richiamando l’attenzione sull’adozione di pratiche agronomiche meno impattanti. In tal senso, l’agricoltura biologica rappresenta un modello virtuoso, ma non esente da criticità, tra cui l’uso reiterato di rame in alcuni comparti produttivi.

Ecotossicologia del rame: effetti diretti e indiretti

Il rame, di fatto, agisce bloccando i processi enzimatici dei funghi patogeni. Tuttavia, la stessa efficacia antimicrobica può risultare dannosa per altri organismi, uomo compreso, con effetti negativi sulla biodiversità. Tali effetti possono essere sia diretti che indiretti. Gli effetti diretti si verificano quando le persone entrano in contatto immediato con queste sostanze, mentre quelli indiretti derivano da processi di contaminazione ambientale che possono coinvolgere alimenti, acqua e aria.

Tuttavia, non esiste alcun indicatore in grado di valutare adeguatamente l'uso dei pesticidi a livello UE e i rischi associati per gli esseri umani e gli ecosistemi.

Il rame, infatti, in concentrazioni elevate, esercita un’azione tossica su numerosi taxa.

In particolare, nel suolo, il rame riduce la densità e la diversità dei microrganismi benefici, compromettendo i cicli del carbonio e dell’azoto (Simonin et al., 2018).

Negli invertebrati terrestri, può causare alterazioni fisiologiche, inibizione della crescita, riduzione della fertilità e danni a livello cellulare, come la perossidazione lipidica e il danno al DNA (Spurgeon dj et al., 2004).

Negli ambienti acquatici, risulta letale per molti invertebrati e causa disfunzioni fisiologiche nei pesci e negli anfibi (Pistocchi et al., 2023).

In letteratura, sono documentati effetti sub-letali del rame anche su insetti impollinatori e artropodi, tra cui disturbi neurologici, alterazioni nel comportamento di foraggiamento e ridotta fertilità (Khurana et al., 2023).

Tali fenomeni giustificano l’utilizzo di organismi sentinella per monitorare l’impatto ambientale di pratiche agricole, anche se rientranti nei disciplinari del biologico.


Materiali e metodi

Nell’ambito di questi studi è stato condotto, presso il Dipartimento di Scienze Ecologiche e Biologiche dell’Università della Tuscia, un esperimento volto a verificare gli effetti dell’esposizione al solfato di rame su un particolare tipo di organismo, l’insetto stecco. La scelta è ricaduta su questo “organismo studio” in quanto trattasi di specie molto resiliente agli stress ambientali, presente in tutto il Mediterraneo nord-occidentale in molti ecosistemi e, in particolare, a margine delle colture agrarie, in quanto si nutre principalmente di foglie di rovo, nocciolo, lampone e faggio.

Foto 1: insetto stecco (Bacillus rossius Rossi).

Inoltre, altra caratteristica dell’insetto rilevante per l’esperimento è la sua mobilità limitata nello spazio e la sua capacità di riproduzione partenogenica, ciò permettendo di ottenere più organismi identici geneticamente, sui quali osservare i diversi effetti genotossici prodotti dalle differenti quantità di sostanza o tempi di esposizione.    

Per la fase sperimentale sono stati utilizzati 30 esemplari adulti di insetto stecco, allevati in condizioni standard (25°C, 70% UR, fotoperiodo 12:12). Gli individui sono stati divisi in tre gruppi:

• Gruppo A: controllo, non esposto.

• Gruppo B: esposizione a 10 mg/kg di solfato di rame.

• Gruppo C: esposizione a 30 mg/kg di solfato di rame.

La somministrazione è avvenuta tramite nebulizzazione per 7 giorni consecutivi, simulando le modalità di applicazione in campo agricolo.

All’esito di tale attività sono stati registrati i seguenti parametri:

• attività locomotoria, tramite sistema di tracciamento video;

• reattività agli stimoli meccanici;

• danni fisici al tegumento;

• danno genotossico, valutato mediante metodo del comet assay su cellule ematiche.

Tale protocollo è una tecnica versatile utilizzata per rilevare danni al DNA nucleare in singole cellule eucariotiche, da lieviti a umani. La metodologia si basa sul rilassamento del DNA superavvolto in nucleoidi incorporati in agarosio, che permette al DNA di migrare verso l'anodo durante l'elettroforesi,

Foto 2: prelievo dell’emolinfa dall’insetto stecco. (Foto Ten. A. Pinto).

formando immagini simili a comete osservabili al microscopio a fluorescenza. La quantità relativa di DNA nella coda della cometa indica la frequenza delle rotture del DNA. Il protocollo utilizzato per il rilevamento del danno genotossico prevede altresì l’esposizione del DNA ai raggi X, noti per causare danni al DNA, come rotture a singola e doppia elica. Gli individui sono stati esposti a dosi di 4 e 8 Gy di radiazione ionizzante, dosi superiori a quelle utilizzate nell'uomo (2 Gy) ma inferiori a quelle per la Drosophila melanogaster (10 Gy), un organismo radioresistente. L'irradiazione è avvenuta su ghiaccio per inibire i processi di riparazione, utilizzando una macchina Gilardoni MGL 200/8D a 250 KV e 6 mA. Il test del Comet Assay è stato eseguito sia in vivo che ex vivo: in ex vivo, l'emolinfa prelevata è stata irradiata in un tubo Eppendorf posizionato su ghiaccio; in vivo, l'individuo è stato irradiato e subito dopo è stata prelevata l'emolinfa (cfr foto 1). Il test del micronucleo è stato eseguito solo con esposizione in vivo, con prelievo dell'emolinfa 24 ore dopo l'irradiazione.

I dati raccolti sono stati analizzati statisticamente mediante test di Kruskal-Wallis e test U di Mann-Whitney per confronto tra gruppi.




Risultati

All’esito dell’analisi dei dati raccolti si sono potute osservare diverse alterazioni, sia comportamentali, sia morfologiche che genetiche.

1. Alterazioni comportamentali.

Gli individui del gruppo C presentano una riduzione marcata dell’attività locomotoria (−48% rispetto al controllo), associata a comportamenti anomali, come immobilità prolungata, movimenti disordinati e difficoltà nella presa dei substrati. Il gruppo B mostra effetti intermedi, con un decremento dell’attività del 22%. La reattività agli stimoli tattili è compromessa nei soggetti trattati, con tempi di risposta superiori alla media (Pardo et al., 2024).

2. Danni morfologici.

In entrambi i gruppi trattati, si osservano alterazioni del tegumento, perdita di turgore degli arti e scolorimenti. Tali danni suggeriscono un impatto diretto sulla struttura esterna e sulla fisiologia degli insetti, compatibili con stress ossidativo e danni ai tessuti esposti.

3. Genotossicità (Comet Assay).

Il Comet Assay evidenzia un incremento statisticamente significativo della lunghezza della coda cometa e del momento della coda nei gruppi B e C, con valori medi raddoppiati rispetto al controllo. Ciò indica una frammentazione del DNA coerente con un effetto mutageno indotto dal rame, anche a basse dosi. I risultati sono in linea con studi su altri artropodi e confermano l’efficacia del test come strumento sensibile per la valutazione della genotossicità ambientale.

Conclusioni

I dati emersi dal presente studio evidenziano che il solfato di rame, pur ammesso nei disciplinari dell’agricoltura biologica, può causare effetti negativi significativi su organismi non bersaglio come Bacillus rossius Rossi. Le alterazioni comportamentali e genotossiche osservate sottolineano la necessità di rivedere criticamente le pratiche di utilizzo di questo metallo nei sistemi produttivi che si propongono come sostenibili.

La presenza di effetti dose-dipendenti indica che anche concentrazioni inferiori ai limiti normativi possono influire sulla salute degli insetti, suggerendo che le soglie attualmente fissate potrebbero non garantire un’adeguata protezione della biodiversità. L’impiego di bioindicatori rappresenta uno strumento utile e a basso costo per il monitoraggio ecotossicologico in ambito agricolo.

La transizione ecologica in agricoltura richiede non solo una riduzione dell’uso di composti chimici di sintesi, ma anche una valutazione rigorosa dell’impatto delle sostanze naturali utilizzate. Ulteriori studi su altri taxa e in condizioni di campo sono necessari per confermare e ampliare le osservazioni emerse.

Ringraziamenti

Si ringrazia il Dipartimento di Scienze Ecologiche e Biologiche dell’Università della Tuscia per la disponibilità dei laboratori e il supporto tecnico alla sperimentazione.

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Bibliografia
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