Studiare la crescita, lo sviluppo e le risposte delle piante ai cambiamenti ambientali e climatici. È l’obiettivo di Pheno Lab e Pheno Space le due nuove infrastrutture di ricerca in campo vegetale dell’Università di Udine realizzate nel complesso del polo scientifico. La prima è costituita da una serra a sette compartimenti indipendenti e da tre camere climatiche, la seconda da un laboratorio ad alta tecnologia per misurare i caratteri osservabili delle piante (fenotipizzazione). All’intersezione tra scienze vegetali, robotica, intelligenza artificiale, sensoristica avanzata e imaging sono integrate in un’unica piattaforma scientifica, fra le più complete a livello nazionale, vanno a rafforzare le potenzialità laboratoriali e di ricerca del Dipartimento di Scienze agroalimentari, ambientali e animali. Per realizzare la piattaforma sono stati investiti, complessivamente, circa 468mila euro.

Una risposta alle sfide all’agricoltura che verrà

Per sviluppare colture capaci di adattarsi a condizioni ambientali estreme e ridurre la dipendenza da suolo, acqua e altri input produttivi è indispensabile disporre di infrastrutture sperimentali avanzate. Come quelle ora in dotazione all’Ateneo friulano, che consentono di studiare le risposte delle piante in condizioni controllate e riproducibili.

Una piattaforma aperta alla ricerca e al territorio

Le nuove infrastrutture saranno anche aperte alla collaborazione con imprese sementiere, orticole e floricole del territorio, favorendo il trasferimento tecnologico e l’innovazione del settore agroalimentare. Numerosi progetti di ricerca sono già in fase di avvio. Riguarderanno, tra gli altri: il miglioramento genetico delle varietà locali di fagiolo, gli incroci di diverse specie di grano saraceno, gli effetti dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi a fanerogame marine, la risposta delle colture proteiche alle diverse condizioni nutrizionali e ambientali.

All’inaugurazione delle due infrastrutture di ricerca hanno partecipato, fra gli altri: il rettore, Angelo Montanari; il prorettore, Giorgio Alberti; il direttore generale, Gabriele Rizzetto; il direttore del dipartimento, Edi Piasentier; i responsabili di Pheno Lab, Alessandro Peressotti, e diPheno Space, Laura Zanin.

Hanno detto

«Con Pheno Lab e Pheno Space l’Università di Udine si è dotata di nuove strutture di ricerca avanzata – ha spiegato il rettore Angelo Montanari – per studiare le sfide sempre più complesse che l’agricoltura è chiamata ad affrontare. Dai cambiamenti climatici, alla crescente scarsità delle risorse naturali alla necessità di produrre in modo più sostenibile. Entrambe sono il risultato due innovative progettualità, dell’Ateneo e del centro nazionale Agritech, che ci consentiranno di essere all’avanguardia a livello nazionale e non solo» ha concluso il rettore.

«Il Dipartimento – ha detto il direttore, Edi Piasentier –, grazie a questa piattaforma scientifica integrata, potrà affrontare alcune delle principali sfide dell’agricoltura del futuro: sviluppare colture più resilienti, comprendere gli effetti del cambiamento climatico e accelerare l’innovazione verso sistemi produttivi sempre più sostenibili, efficienti e competitivi. L’integrazione tra Pheno Lab e Pheno Space dà vita a un vero e proprio centro di sperimentazione destinato a diventare un punto di riferimento nazionale e internazionale per la ricerca, l’innovazione e lo sviluppo di nuovi progetti competitivi nel campo delle scienze agrarie, di cui già l’Ateneo è un punto di riferimento».

PHENO LAB

Serre sperimentali e camere climatiche per simulare il clima

L’infrastruttura chiamata Pheno Lab comprende una moderna serra compartimentata e tre camere climatiche di grandi dimensioni che consentono di ricreare condizioni ambientali altamente controllate.

La serra è costituita da sette compartimenti indipendenti, con sistemi autonomi per regolare la ventilazione, l’ombreggiamento e l’isolamento termico notturno. Questo permetterà la coltivazione protetta di materiali vegetali destinati alle attività sperimentali.

Le serre sperimentali costituiscono un ambiente intermedio tra il laboratorio e il campo. Consentono di studiare la crescita e lo sviluppo delle colture in condizioni rappresentative della pratica agricola, pur mantenendo un elevato livello di controllo e monitoraggio delle attività sperimentali.

Le tre camere climatiche, ciascuna di 27 metri cubi, consentono di controllare con estrema precisione temperatura, umidità relativa, concentrazione di anidride carbonica, intensità luminosa e ventilazione. Possono simulare sia le condizioni climatiche attuali sia gli scenari futuri previsti dai modelli climatici, compresi gli eventi estremi, allevando piante e micro-ecosistemi in condizioni standardizzate e replicabili.

Le applicazioni vanno dal miglioramento genetico delle colture allo studio della resistenza agli stress abiotici, quali siccità, alte temperature e carenze nutrizionali, fino all’analisi delle interazioni con patogeni (come virus, batteri, funghi e parassiti) e insetti.

«Pheno Lab – spiega il responsabile scientifico, Alessandro Peressotti – si configura così come un moderno fitotrone, cioè ambienti e laboratori climatici controllati progettati per la coltivazione e lo studio sperimentale delle piante».

Innovazione tecnologica e sostenibilità

Le camere climatiche rappresentano anche un esempio di innovazione progettuale. L’impianto è stato progettato con particolare attenzione alla sostenibilità ambientale e all’efficienza energetica. Gli scambiatori di calore non utilizzano clorofluorocarburi (Cfc), mentre il sistema di automazione consente, quando necessario, di modificare artificialmente il ciclo giorno-notte delle camere climatiche per ottimizzare i consumi energetici. Le piante vengono coltivate su carrelli mobili illuminati che possono essere trasferiti rapidamente nei laboratori di analisi dell’edificio adiacente. In questo modo viene favorita la piena integrazione tra coltivazione, sperimentazione e analisi.

Un ulteriore elemento distintivo è la possibilità di riprodurre andamenti climatici estremamente complessi. Si potrà simulare, infatti, non solo valori costanti delle variabili ambientali, ma anche la naturale variabilità meteorologica e gli scenari climatici previsti per il futuro.

Pheno Lab è stato realizzato con un investimento di circa 318mila euro dell’Università grazie al Piano strategico d’ateneo 2022-2025. Alla sua concretizzazione ha collaborato anche l’azienda friulana FriulFrigo.

PHENO SPACE

Gli “occhi” digitali della ricerca vegetale

Completa la piattaforma integrata Pheno Space, il nuovo laboratorio di analisi fenotipica ad alta tecnologia. È stato realizzato grazie al finanziamento di 150mila euro di Agritech, il centro nazionale per lo sviluppo delle nuove tecnologie in agricoltura di cui l’Ateneo è socio fondatore.

Il laboratorio è dedicato alla fenotipizzazione avanzata delle piante. La struttura è dotata, in particolare: di una telecamera iperspettrale per l’acquisizione di immagini di riflettanza nel vicino infrarosso (Nir) e di una piattaforma per elaborare le immagini con l’intelligenza artificiale. Ma anche di telecamere multispettrali e iperspettrali capaci di acquisire immagini nell’intervallo compreso tra 400 e 1700 nanometri. Inoltre, di scanner ad alta risoluzione, di una telecamera tridimensionale e di sistemi portatili per la misura degli scambi gassosi.

Questa strumentazione consente di identificare con elevata precisione la risposta delle piante a stress ambientali quali variazioni di temperatura, umidità e concentrazione di anidride carbonica, e agli stress nutrizionali. Tutto ciò permette di individuare precocemente i segnali di sofferenza, comprendendo le complesse interazioni tra ambiente, nutrizione e fenotipo.

«L’obiettivo finale – sottolinea la responsabile scientifica, Laura Zanin – è favorire il passaggio da una ricerca prevalentemente descrittiva a una scienza delle piante predittiva. Capace cioè di supportare decisioni agronomiche sempre più accurate e un utilizzo più efficiente delle risorse».