Soia GM - dispa - Università degli Studi di Catania

Università degli Studi di Catania
dipartimento di
Scienze delle Produzioni Agrarie e Alimentari
corso di laurea magistrale in
Biotecnologie Agrarie
disciplina
“Biotecnologie delle colture erbacee”
a.a. 2012-2013
LA SOIA
Studentessa: Marilena Galati Tardanico
Docente: Salvatore Cosentino

INDICE
1- ORIGINE, DIFFUSIONE ED IMPORTANZA ECONOMICA.
2- CARATTERI BOTANICI E BIOLOGIA.
3- ASPETTI COLTURALI.
4- CARATTERISTICHE QUALITATIVE DEL PRODOTTO ED
UTILIZZAZIONE.
5- MIGLIORAMENTO GENETICO.
BIBLIOGRAFIA
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1- ORIGINE, DIFFUSIONE ED IMPORTANZA ECONOMICA.
La Soia è una pianta annuale originaria dell'Asia centro-orientale.
Le prime notizie certe su questa coltura si ritrovano in letteratura cinese e
risalgono al 2838 a.C., anche se probabilmente era conosciuta già da
5000 anni a.C. quando veniva coltivata estensivamente in Cina e nella
regione della Manciuria. Sin dall’antichità rivestiva un ruolo importante
per la civiltà cinese e veniva considerata uno dei loro cinque grani sacri.
Per i paesi asiatici era ed è un alimento usuale insieme a riso, orzo e
miglio.
All’inizio dell’800 fu conosciuta e diffusa negli USA prevalentemente per
l’alimentazione animale; successivamente nel 900 il seme di soia fu
introdotto in Europa, dapprima in Inghilterra come alimento privo di
amido per diabetici; in seguito in Germania ed Olanda ad uso alimentare
e per la fabbricazione di saponi.
Prima della seconda guerra mondiale, gli USA importavano il 40% degli
oli e grassi commestibili. Con lo scoppio del conflitto bellico gli
approvvigionamenti di materie prime furono tagliati e vi fu l’esigenza di
diventare autonomi nella produzione di olio di soia, allora gli agricoltori
statunitensi vennero chiamati dal Governo a coltivare soia. Tutto questo
portò la superficie coltivata ad estendersi sempre più fino a fare degli
USA i maggiori produttori a livello mondiale di soia con 90.605.500 t ed
anche i maggiori esportatori con 42.350.556 t (fig. 1 e 2).
Gli altri paesi maggiormente interessati da questa coltura sono Brasile,
Argentina, Cina, India, Paraguay e Bolivia (fig. 1 e 2).
In Italia per molto tempo si tentò di coltivare la soia però si ebbe scarso
successo, ad oggi risulta coltivata su una superficie di 152.554 ha con una
produzione totale di 5.400.763 t. (tab.1).La quasi totalità della produzione
si registra nelle regioni del nord Italia, il Veneto in testa con 69.378 ha
coltivati a soia e una produzione totale di 2.660.085 t (tab. 2).
L'Europa importa annualmente 35-40.000.000 t di semi di soia; circa la
metà di questi semi sono macinati grossolanamente e destinati
all'alimentazione animale, infatti il comparto zootecnico dipende
fortemente dall’importazione di soia e suoi derivati.
3

La soia è una delle colture alimentari più importanti a livello mondiale
perché i suoi semi sono ricchi in olio (18-20%) e soprattutto in proteine
(40%).
fonte FAOSTAT.
Fig.1- Paesi maggiori produttori di soia a livello mondiale.
4

fonte FAOSTAT.
Fig. 2- Paesi maggiori esportatori di soia a livello mondiale.
Tab.1- Produzione di soia in Italia, anno 2012.
Superficie (ha) Produzione tot.
(t)
Produzione
raccolta (t)
Nord 151.508 5.376.678 5.373.495
Centro 873 17.961 17.405
Mezzogiorno 173 6.124 6.088
ITALIA 152.554 5.400.763 5.396.988
fonte ISTAT
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Tab. 2- Distribuzione nazionale produzione di soia, anno 2012.
Superficie (ha) Produzione tot. Produzione
(t)
raccolta (t)
Piemonte 7.886 214.736 214.733
Valle d’Aosta 21.545 863.583 863.583
Lombardia - - -
Liguria - - -
Trentino-Alto
Adige
- - -
Veneto 69.378 2.660.085 2.656.905
Friuli-Venezia
Giulia
37.569 1.356.094 1.356.094
Emilia-
15.130 282.180 282.180
Romagna
Toscana 208 5.024 4.760
Umbria 120 1.800 1.800
Marche 434 9.212 9.195
Lazio 111 1.925 1.650
Abruzzo 105 3.075 3.066
Molise - - -
Campania - - -
Puglia 10 - -
Basilicata - - -
Calabria 58 3.049 3.022
Sicilia - - -
Sardegna - - -
ITALIA 152.554 5.400.763 5.396.988
fonte ISTAT
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2- CARATTERI BOTANICI E BIOLOGIA
La soia, Glycine max, è una pianta erbacea annuale, che appartiene alla
famiglia delle Leguminosae.
Si crede che derivi da una specie selvatica la Glycine soja Sieb. e Zucc., che
cresce ancora oggi spontaneamente in Cina, Taiwan, Giappone, Corea ed
ex Unione Sovietica.
Oltre a queste due specie, Glycine max e soja, ne esiste una terza
intermedia la Glycine gracilis; tutte e tre queste specie presentano lo
stesso numero di cromosomi 2n=40 e sono interfertili. Esistono inoltre
altre specie appartenenti al genere Glycine.
La soia è una pianta a ciclo primaverile-estivo, ricoperta da una fitta
peluria argentea o bruna; si presenta: cespugliosa, eretta, piuttosto
fogliosa . Ha un’altezza variabile dai 70 ai 150 cm. La maggior parte delle
cultivar superano i 150 cm di altezza e ramificano dai nodi più bassi; la
ramificazione è influenzata da fattori genetici, ambientali ed agronomici
(fertilità del terreno, densità di popolazione, fotoperiodo, ecc).
Il fusto si forma dall’asse embrionale ed è rappresentato dall’ipocotile che
termina inferiormente con i primordi radicali e superiormente in un
epicotile corto, costituito dall’apice vegetativo e dagli abbozzi della
prima foglia trifogliata. Con la germinazione l’ipocotile si allunga e porta i
cotiledoni ad emergere dal terreno (fig. 3).
Fig. 3- Plantula di soia.
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Le piante presentano tre diversi tipi di accrescimento:
- indeterminato,
- semideterminato,
- determinato.
Le forme determinate presentano un buon adattamento ad ambienti
caratterizzati da una lunga stagione vegetativa, alte temperature,
elevata fertilità; ed esse arrestano il loro accrescimento quando compare
all’apice un lungo racemo composto da diversi fiori.
Quelle indeterminate sono adatte a condizioni ambientali opposte, ed
hanno come caratteristica distintiva il continuo accrescimento anche
dopo l’inizio della fioritura. In virtù del loro più lungo periodo di fioritura e
di allegagione riescono a recuperare il decremento produttivo dovuto a
condizioni avverse come ad esempio stress idrici.
Nei tipi indeterminati la fioritura avviene dal basso verso l’alto man mano
che i fiori si differenziano lungo l’asse della pianta; nei tipi determinati si
schiudono prima i fiori situati nella parte apicale e ciò comporta che l’asse
della pianta non subisce più modificazioni, in quest’ultimo caso il periodo
di fioritura è breve.
In Italia vengono coltivare cultivar ad accrescimento indeterminato,
caratterizzate da un fusto unico o poco ramificato, con altezze che
raggiungono i 90 o i 130 cm.
Le foglie primarie, il primo paio, sono unifogliate, hanno forma ovale,
pezioli di 1-2 cm, sono opposte ed inserite al primo nodo dopo i
cotiledoni (fig. 4); tutte le altre presenti sul fusto e sulle ramificazioni
sono trifogliate e inserite in forma distica, con lunghezza da 4 a 20 cm.
Tutti i tipi di foglie sono ricoperti da peli. Normalmente hanno colore
verde e virano verso il giallo con l’avvicinarsi alla maturazione, inoltre
esse cadono prima che i baccelli maturino.
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Fig. 4- Piantina di soia in cui vengono messi in evidenza i cotiledoni e le
foglie unifogliate.
I fiori sono di colore bianco o purpureo, piccoli, riuniti in racemi ascellari
contenenti da 2 fino a 35 fiori ciascuno, posti su corti peduncoli, sono
caratterizzati da fecondazione autogama (fig. 5 e 6). Generalmente si
stima che ci siano dal 20 all’80% di fiori abortivi e tendono ad abortire i
primi e gli ultimi fiori emessi.
Il periodo di fioritura dipende dall’epoca di semina e dalla varietà
impiegata e può durare da 3 a più di 5 settimane.
Fig. 5 e 6- Fiori di soia.
I frutti della soia sono i baccelli, questi si presentano: piccoli, dritti o
leggermente curvi e anch’essi sono coperti da peluria (fig. 7 e 8). Hanno
colorazione che varia da giallo paglierino a grigio, bruno, fino a nero.
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Il loro numero varia da 1-2 a più di 20 in una singola infiorescenza e può
superare i 40 per pianta. La lunghezza va da 2 a 7 cm .
Una volta giunti a maturazione tendono ad aprirsi (deiscenza) e possono
contenere da 1 a 5 semi, le varietà commerciali hanno da 2 a 3 semi (fig. 9
e 10).
Fig. 7 e 8- Baccelli di soia.
Fig. 9 e 10- Baccelli di soia maturi.
Il seme è privo di endosperma, composto da un tegumento seminale che
circonda un grande e sviluppato embrione, che presenta due cotiledoni di
colore giallo a maturità. La forma dei semi varia con la varietà e si va da
quella sferica a quella appiattita ed allungata, nella maggior parte dei casi
è rotonda o ellittica. Il colore può essere giallo paglierino, giallo-grigio,
verde, bruno, nero, ecc. (fig. 11).
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Il tegumento seminale è caratterizzato dall’ilo (fig. 12), che è la zona di
attacco del seme al baccello, questo varia nella forma, da lineare ad
ovale, e nel colore.
Le dimensioni dei semi sono variabili, si stima che il peso di 1.000 semi
vada da 50 a 450 grammi; i semi più grossi si hanno in varietà destinate al
consumo umano.
Fig. 11 Semi di soia di diversa colorazione. Fig. 12- Semi di soia in cui si
vede l’ilo.
Il seme germina in adeguate condizioni di umidità e temperatura (fig. 13
e 14), ed è necessario che esso assorba dal 40 al 60 % del suo peso in
acqua, la radichetta fuoriesce in pochi giorni.
Fig. 13 e 14- Semi di soia germinati.
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L’apparato radicale è costituito da una radice principale fittonante (fig.
15) dalla quale si dipartono le radici secondarie e le radici avventizie.
L’apparato radicale può approfondirsi anche fino a 150 cm. Inoltre esso
presenta noduli o tubercoli radicali (fig. 16) dovuti alla penetrazione nei
peli radicali del rizobio Bradyrhizobium japonicum.
In queste strutture avviene la fissazione dell’azoto atmosferico, ed esse
sono visibili dopo 7-9 giorni dall’emergenza, sulla radice primaria.
Generalmente questi rizobi non sono presenti in terreni che non sono mai
stati coltivati a soia, perciò si rende necessario apportarli con il seme o
direttamente nel terreno tramite inoculazione liquida o granulare.
Fig. 15- Radice di pianta di soia. Fig. 16- Particolare di turbecoli.
Il ciclo colturale della soia si sviluppa attraverso due diverse fasi
fenologiche (tab. 3), che comprendono gli:
- stadio vegetativo, che hanno inizio con l’emergenza, a cui segue lo
stadio cotiledonare e successivo sviluppo di foglie e nodi;
- stadio riproduttivo, costituito da: fioritura, sviluppo dei baccelli e
maturazione.
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Tab. 3- Descrizione degli stadi vegetativi e riproduttivi della Soia (Fehr
e Caviness 1977).
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3- ASPETTI COLTURALI
La soia è una pianta brevidiurna, sensibile al fotoperiodo. Alcune varietà
hanno bisogno di 10 ore di buio giornaliero per fiorire. La sensibilità al
fotoperiodo è un aspetto limitativo per questa coltura, infatti può essere
coltivata solo in ristrette fasce di latitudine, si è ovviato a tutto ciò con la
messa a punto di cultivar neutrodiurne.
La temperatura minima di crescita è di circa 4-6 °C, la temperatura di
germinazione è di 10 °C. L’optimum di crescita è tra i 24-25°C,
temperature più basse fanno ritardare la fioritura.
L’epoca di semina va da aprile a maggio, la profondità di semina per
terreni pesanti è di 3 cm; 4-5 cm nei terreni leggeri e sabbiosi o
grossolani.
E’ molto importante la scelta dell’epoca di semina, poiché essa deve
essere tale da permettere alla pianta di effettuare il massimo sviluppo
vegetativo prima che il fotoperiodo diminuisca e inizi la fioritura.
La semina avviene con l’ausilio di seminatrici di precisione con densità di
semina pari a 35-45 piantine/mq, le distanze tra le file variano da 45 a 60
cm.
Nel caso in cui si dispone di seme con scarso vigore, germinabilità non
molto elevata, o si semina in condizioni climatiche avverse si effettua la
concia dei semi con fungicidi, pratica fatta almeno due settimane prima
della semina.
La preparazione del terreno per la semina richiede un’aratura profonda,
25 cm, successiva erpicatura , per assicurare un adeguato affinamento
del terreno e per garantire un ottimo contatto seme-terreno.
Negli USA, Brasile e Argentina si effettua la semina su sodo (no till),
pratica ormai consueta per questa coltura, a cui però è necessario
accompagnare un adeguato programma di lotta alle infestanti e/o
l’adozione di sementi GM.
La soia è una coltura principale che normalmente prende il posto del
mais, si inserisce nelle rotazioni mais-soia, può essere seminata come
coltura intercalare dopo una coltura autunno-primaverile ad esempio
l’orzo o diversi erbai.
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Esistono 13 varietà di soia che vengono classificate in diversi gruppi di
precocità, questi vengono contrassegnati con numeri romani da I a X e
000, 00, 0.
In Europa, gli unici gruppi utilizzabili sono I e II, poiché gli altri hanno un
ciclo vegetativo troppo lungo.
In Italia la scelta delle cultivar va da cultivar a semina normale
appartenenti alle classi I+ o II-, semina ritardata classi I- o I+, in coltura
intercalare (dopo un cereale) classi 0+ o I-.
La raccolta, da settembre ad ottobre, è effettuata con mietitrebbie con
testata specifica, che consente di raccogliere anche i baccelli più bassi.
Avviene quando il seme ha raggiunto la maturazione fisiologica con un
contenuto di umidità del 12-14% ed il baccello assume colorazione tipica
della varietà. La pianta in questa fase è quasi completamente defogliata.
La resa va dai 35 ai 45 q/ha e dipende dalla classe di maturazione.
Il seme una volta raccolto viene stoccato e destinato ai diversi usi, in
questa fase occorre fare molta attenzione all’umidità, poiché essa si
ripercuote sul periodo di conservazione. Infatti un’umidità del 10%
assicura una conservazione per 4 anni, umidità del 12% per 3 anni, 13-
14% al massimo 1 anno.
Per quanto riguarda la concimazione la soia non ha particolari fabbisogni.
L’azoto non viene generalmente integrato perché essendo
un’azotofissatrice non ha esigenze in merito, però può essere apportato
in quantità di 40-50 kg/ha alla semina per espletare l’”effetto starter”,
cioè per consentire lo sviluppo delle piantine nei primi stadi quando
ancora i rizobi non hanno iniziato la loro attività.
Il fosforo viene integrato come P2O5 e viene somministrato in quantità di
50-60 kg/ha in presemina, in terreni ben dotati però si evita tale
concimazione.
Il potassio come K2O in presemina 70 kg/ha solo in terreni carenti.
Il controllo delle infestanti è molto importante si stima che le perdite a
causa di queste siano del 50%.
L’alternanza della soia a cereali è un mezzo di contrasto alle infestanti
molto efficace rispetto alla monosuccessione della coltura.
Affinché la coltura riesca a coprire l’interfila passano all’incirca 2 mesi,
quindi è necessario che vi siamo tutta una serie di interventi di difesa
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preparatori alla semina presemina; preemergenza e, successivi interventi
di copertura, postemergenza.
La coltura risulta sensibile nei primi stadi di crescita ed è meno sensibile
alla competizione con le malerbe quando lo sviluppo vegetativo è più
vigoroso, anche se le infestanti tardive rallentano l’essiccazione del
seme, accentuano l’allettamento precoce e ostacolano la raccolta.
La lotta alle infestanti avviene ad opera di erbicidi ad azione selettiva,
come metribuzin, trifluralin, cicloxudim, fomesafen, ecc.
Negli USA, Brasile e Argentina è consentito l’impiego di sementi di soia
RR che tollerano il glifosato e il glufosinato, questi erbicidi impiegati nella
lotta alle infestanti non hanno un’azione selettiva, quindi offrono un
efficace strumento di controllo.
La soia ha un consumo medio per ciclo produttivo di 450 mm d’acqua.
Le maggiori richieste per evapotraspirazione sono nell’intervallo
fioritura-formazione dei baccelli, quindi risulta sensibile alla carenza
idrica per circa 50-60 giorni. Poiché ha un apparato radicale capace di
approfondirsi sino a 150 cm riesce ad utilizzare bene la riserva idrica del
terreno. Di contro è una pianta suscettibile ad eccessi idrici durante le fasi
di germinazione-emergenza.
In caso di semina ritardata può verificarsi la necessità di intervenire con
irrigazione di soccorso per far emergere la coltura.
E’ una coltura che non ha particolari esigenze pedologiche infatti si
adatta ad una vasta gamma di terreni ; tollera l’acidità ed ha come pH
ottimale quello compreso tra 6 e 6.5.
Sono svariate le fitopatie che colpiscono la soia le più importanti sono: la
maculatura fogliare (Pseudomonas syringae), la peronospora
(Peronospora manshurica), il marciume del colletto (Phytophora
megasperma var. sojae), antracnosi (Glomella glyciens e Colletotrichum
dematium var. truncatum), avvizzimento e cancro del fusto (Diaporthe
phaseolorum var. soje e caulivora), marciume del fusto (Sclerotinia
sclerotiorum), SMV Soybean Mosaic Virus.
Oltre a queste risultano causa di danno anche i nematodi galligeni e
cisticoli; gli insetti tra i quali i maggiori danni vengono causati dalle larve
dei lepidotteri come: Anticarsia gemmatalis, Pseudoplusia includens,
Epinotia aporema, Rachiplusia nu.
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La lotta a questi insetti avviene oltre che con trattamenti chimici
tradizionali anche con l’utilizzo di sementi di soia Bt.
4- CARATTERISTICHE QUALITATIVE DEL PRODOTTO E
UTILIZZAZIONE.
La soia è una delle colture alimentari più importanti a livello mondiale per
la ricchezza dei semi in olio (18-20%) e soprattutto in proteine (40%).
Altri costituenti importanti sono: l’emicellulosa e la cellulosa per il 17%, la
fibra grezza per il 5%, gli zuccheri 7%, i pentosani 8% e le ceneri 6% .
A livello proteico la soia è ben bilanciata, fa eccezione per gli
amminoacidi metionina e cisterna in cui risulta povera, però ha un
maggior contenuto di lisina e triptofano rispetto ai comuni cereali (tab.
4).
Tab. 4- Comparazione della composizione amminoacidi tra la soia ed
altri prodotti.
Le varietà di soia secondo l’uso sono distinte in:
- varietà da olio,
- varietà per il consumo umano,
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- varietà da foraggio.
I prodotti che derivano da queste sono molteplici (fig.17). Essi, quindi,
possono essere destinali all’alimentazione umana e animale oppure usati
a livello industriale per produrre: vernici, colle, detersivi, biocarburanti,
ecc.
Quelli destinati all’alimentazione umana vengono detti “soyfoods” e
sono una vasta gamma, che comprende: l’olio di soia usato come tale o
per produrre margarine vegetali, la lecitina e altri emulsionanti, il
tocoferolo (vitamina E), la farina di soia, gli isolati proteici, ecc.
Da essi si realizzano cibi tradizionali per i popoli asiatici come: il tofu;
salse quali: miso, shoyu, tamari; il tempeh; il natto; sostituti di carne e
latte: latte di soia, budini di soia, polpette di soia, hamburger di soia,
cotolette di soia; il pane di soia; gli spaghetti di soia; il seme viene
utilizzato come tale previa cottura o anche per produrre i germogli di
soia.
Questi alimenti sono sempre più presenti sul mercato perché la loro
domanda è in continua crescita, infatti sono un’eccellente alternativa per
chi non vuole introdurre con la dieta proteine di origine animale (vegani)
o per chi a causa di diverse patologie non può assumere alimenti quali
latte,carne,ecc.
Nell’alimentazione animale la soia risulta uno dei costituenti principali
nelle formulazioni mangimistiche per l’elevato apporto proteico che
conferisce e viene impiegata come: granella, panello, soia schiacciata,
farine, ecc.
La farina intera di soia si ottiene dai semi di soia per schiacciamento, e
allontanamento dei cotiledoni e tegumenti, si ha così un macinato che
viene trattato a 63-74 °C (tostatura) con umidità del 10-11% per inattivare
i fattori antinutrizionali. Questa ha un contenuto proteico del 49% e
potrà essere usata nell’alimentazione umana, animale o nei concentrati
di soia che conterranno circa il 70% di proteine o gli isolati proteici che
contengono il 90% di proteine.
La farina così ottenuta può essere sottoposta all’estrazione dell’olio
residuo per ottenere la farina di soia sgrassata.
La farina di soia oltre ad essere utilizzata da sola può essere miscelata
con quella di cereali integrando così l’apporto di lisina ed altri
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amminoacidi, in cui i cereali scarseggiano, questo avviene nella
produzione di: biscotti, salse, zuppe, sostitutivi della carne, ecc.
Gli isolati risultano maggiormente versatili e possono essere utilizzati per
diversi scopi, anche non alimentari, ad esempio per migliorare la
lucentezza della carta, per realizzare adesivi, prodotti cosmetici, ecc.
Oltre alla farina riveste molta importanza l’olio di soia, questo infatti è il
prodotto maggiormente utilizzato a fini alimentari, perché entra nella
composizione di prodotti quali: oli per insalate e per la cottura, grassi di
pasticceria e margarine. Inoltre è impiegato come biocarburante, infatti
l’olio di soia insieme a quello di palma sono gli oli maggiormente prodotti
a livello mondiale e negli ultimi 10 anni la loro produzione è cresciuta non
solo per la forte richiesta alimentare ma anche per una crescente
richiesta finalizzata alla trasformazione in biocarburanti (tab. 5).
Tab. 5- Principali oli vegetali: produzione mondiale nell’ultimo
decennio.
Oli vegetali (Mt) 2000 2007 2008 2009 2010 2011
Noce di cocco 3,2 3,2 3,5 3,5 3,6 3,6
Cotone 3,6 5,1 5,2 4,7 4,6 4,9
Oliva 2,5 2,8 2,7 2,7 3,0 2,9
Palma 23,3 37,3 41,0 43,9 45,8 47,9
Nocciolo di
palma
2,7 4,4 4,8 5,1 5,5 5,6
Arachide 4,2 4,5 4,9 5,0 4,6 4,9
Colza 13,1 17,1 18,4 20,4 22,3 22,6
Soia 26,0 36,4 37,7 35,7 38,7 41,8
Girasole 8,6 10,7 10,0 11,9 11,6 11,2
Totale 87,2 121,7 128,5 133,4 140,0 145,9
fonte USDA
L’olio destinato all’alimentazione non viene utilizzato tal quale dopo
l’estrazione perché presenta sapori sgradevoli, simili a quello di fagiolino
verde, grasso, vernice o pesce.
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Perciò in base alla destinazione finale viene: scolorito, liberato dalle
gomme e leggermente idrogenato. Tutti questi trattamenti gli
conferiscono l’assenza di colore e sapore e lo rendono accettabile al
consumatore.
L’olio di soia contiene circa il 12-15% di acidi grassi saturi la restante
frazione sono insaturi.
La frazione satura è rappresentata: dall’acido palmitico 12% e stearico
3%; quella insatura: da circa il 20-30% di acido oleico, il 44-56% di acido
linoleico e il 5-10% di acido linolenico.
Se l’olio è destinato al consumo umano viene ridotta la % di acidi saturi
attraverso la riduzione dell’acido palmitico.
L’acido linolenico è facilmente ossidabile e questo comporta che l’olio
assuma un gusto sgradevole.
L’olio può essere estratto attraverso due diversi processi industriali:
- estrazione per pressione idraulica o vite continua,
- estrazione per mezzo di solventi.
Il primo processo è quasi del tutto in disuso. L’estrazione per mezzo di
solventi è più efficiente di quella per pressione, infatti le farine ottenute
da questo processo contengono solo lo 0,5 % di grasso, risultando
sgrassate, rispetto a quelle prodotto dell’estrazione per pressione che ne
contengono il 4 %. Inoltre l’estrazione con solventi risulta conveniente
dal punto di vista economico.
I semi di soia contengono anche sostanze antinutritive e tossiche, quali:
- inibitori della proteasi: inibitori della tripsina, che porta ad ipertrofia
pancreatica;
- lectine: riducono l’assorbimento di nutrienti attraverso la parete
intestinale;
- oligosaccaridi,goitrogeni: questi ultimi hanno un’azione antiroidea,
poiché inibiscono l’assimilazione dello iodio;
- allergeni;
- fitati: sali derivanti dall’acido fitico che legano cationi metalici bi e
trivalenti;
- antivitamine;
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- saponine;
- estrogeni;
- lipossigenasi: enzima presente nei semi che al momento della
trasformazione e conservazione ossida i grassi e le proteine peggiorando
le qualità organolettiche del prodotto.
Fig. 17- Prodotti alimentari e non ottenuti dalla soia.
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5- MIGLIORAMENTO GENETICO.
Il miglioramento genetico della soia mira a:
- incrementare la produzione in seme,
- ottenere piante che risultano resistenti ai patogeni quali: lepidotteri,
afidi, funghi, nematodi;
- avere cultivar che si adattano ai diversi climi, che tollerano la siccità e la
salinità;
- migliorare la composizione acidica dei semi, con l’aumento del
contenuto di acido oleico all’86%, attualmente è al 23%, e riduzione degli
acidi linoleico e palmitico;
- arricchire dal punto di vista amminoacidico i semi in metionina;
- ridurre il contenuto di stachiosio e raffinosio, due polisaccaridi non
digeribili dall’uomo e dagli animali domestici. Infatti una volta ingeriti
vengono fermentati nell’intestino tenue causando flatulenza, anche a
fronte di diversi studi che hanno dimostrato che mangimi con un basso
contenuto di questi due polisaccaridi sono più efficaci nella crescita di
suini e pollame;
- arricchire i semi con componenti salutistici quali: steroli e stanoli che
hanno un effetto ipocolesterolemizzante; vitamina E; ecc;
- abbattere le sostanze antinutritive e tossiche quali gli allergeni,
pericolosi soprattutto negli alimenti destinati all’infanzia; e gli inibitori
della proteasi in merito è già in commercio la cultivar “Kunitz” sprovvista
dell’inibitore della tripsina.
Inoltre si lavora anche all’uso di geni esogeni da introdurre nella piante
per ottenere semi di soia che contengono principi farmaceutici attivi.
Il miglioramento genetico si può realizzare utilizzando le tecniche
tradizionali che si basano sull’incrocio e la selezione di diverse linee; o con
l’utilizzo di agenti mutageni chimici e/o fisici che inducono mutazioni le
quali consentono di avere delle linee che presentano caratteri utili; ed in
fine nell’ultimo trentennio con l’ingegneria genetica che consente il
trasferimento di geni di interesse da un organismo all’altro.
Le piante erbacee Geneticamente Modificate si stanno affermando e
diffondendo nel mondo (fig. 18 ). Soia, mais, cotone e colza sono le
colture GM maggiormente diffuse (fig. 19); per quanto riguarda la soia
23

isulta maggiormente coltivata quella GM rispetto a quella convenzionale
(fig. 20).
Fig. 18- Distribuzione mondiale delle maggiori colture GM.
24

Fig. 19 - Colture GM maggiormente diffuse.
Fig. 20 – Confronto tra le colture convenzionali e biotecnologiche.
25

Nel 2011 sono stati 100 milioni gli ettari coltivati a soia nel mondo, di
questa soia rispettivamente il 68%, di quella coltivata negli USA, ed il
98% di quella coltivata in Argentina, è GM.
In soia le principali applicazioni dell’ingegneria genetica comprendono
l’acquisizione di:
- tolleranza agli erbicidi,
- resistenza agli insetti,
- resistenza ai nematodi,
- resistenza alle malattie.
- Piante RR- tolleranti agli erbicidi.
La tolleranza agli erbicidi è rappresentata dalla tolleranza al glifosato un
erbicida noto con il nome commerciale di Roundup ® (Monsanto), e
all'erbicida glufosinato noto come Liberty (Bayer).
Il glifosato è utilizzato in colture per il controllo delle infestanti, il
glufosinato viene usato anche come marcatore di selezione per piante
resistenti agli insetti.
Fig.21 - Campo di soia RR Fig. 22 - Logo soia RR
26

Il glifosato inibisce il 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintetasi (EPSPS),
che è l'enzima chiave nella sintesi di amminoacidi aromatici: tirosina,
fenilalanina e triptofano. Questi aminoacidi sono essenziali in diversi
processi vegetali, come la:
- sintesi delle proteine,
- formazione dell'involucro delle cellule,
- difesa contro patogeni e insetti,
- produzione di ormoni.
L’EPSPS è localizzato nelle cellule vegetali a livello dei cloroplasti, gli
organelli deputati alla fotosintesi.
Il glifosato agisce legandosi con alta affinità all’ EPSPS, inibendone la sua
attività sintetica, così la cellula sarà incapace di produrre amminoacidi
aromatici e morirà.
Le colture Roundup ® contengono l’enzima EPSPS, che rende la pianta
insensibile agli effetti dell’erbicida, perché ha una bassa affinità di
legame con il glifosato e per tanto la pianta è ancora in grado di
sintetizzare gli amminoacidi aromatici efficientemente.
Tutte le colture attualmente commercializzate come RR, incluse soia,
mais, cotone e colza, contengono un gene EPSPS tollerante.
Il gene EPSPS della tolleranza al glifosato è stato isolato dal batterio del
suolo Agrobacterium sp. ceppo CP4.
Il glufosinato, invece, inibisce l'enzima glutammina sintetasi, che è
coinvolto nelle piante nel metabolismo dell’azoto, compresa
l'assimilazione e l’accumulo di ammoniaca e nitrati come risultato della
fotorespirazione.
L'attività erbicida del glufosinato è basata sul conseguente accumulo di
ammoniaca nelle cellule, la cessazione della fotorespirazione e della
fotosintesi, e l'interruzione del cloroplasto.
Le piante tolleranti producono fosfinotricina acetil transferasi (PAT), un
enzima che inattiva l’erbicida.
Il gene pat, che è stato utilizzato nella creazione di piante di soia
glufosinato tolleranti è una versione modificata di un gene bar del
batterio del suolo Streptomyces viridochromogenes.
27

Piante EPSPS tolleranti vengono ottenute con il trasferimento deI gene
cp4epsps. Questo costrutto permette la traduzione del gene cp4epsps
nell’enzima EPSPS.
Il trasferimento nel genoma delle cellule vegetali (fig.23) del gene
cp4epsps avviene con l’ausilio di Agrobacterium tumefaciens come
vettore, questo inserirà il proprio DNA plasmidico (TiDNA) all’interno
delle cellule vegetali.
Per trasferire la tolleranza al glufosinato, invece, si adopera il
bombardamento delle cellule vegetali con una tecnica denominata
biolistics (fig. 23). Le cellule batteriche vengono lisate per recuperare i
plasmidi contenenti i costruiti. I plasmidi così ottenuti sono rivestiti con
minuscole particelle o di tungsteno o di oro e vengono sparati sulle
cellule vegetali. Queste particelle passano attraverso la parete cellulare e
la membrana plasmatica, il DNA entra nel nucleo delle cellule dove viene
incorporato nel genoma. Il vettore plasmidico utilizzato è pUC19 e questo
veicola il gene pat che si esprime nell'enzima PAT.
Poiché, in entrambi i casi, non tutte le cellule vegetali avranno
incorporato il DNA plasmidico è necessario sottoporre ad un ciclo di
selezione il tessuto coltivato. Il tessuto della pianta viene esposta a
diverse dosi di glifosato e glufosinato, se il trasferimento è avvenuto con
successo si avrà crescita senza segni di tossicità, altrimenti si avrà la
morte.
Le piante risultato della trasformazione andranno a fiore, segue
l’impollinazione e la produzione di semi, utilizzati per ulteriori test e
infine per la commercializzazione come cultivar tolleranti.
Oltre la sequenza del gene d’interesse vengono trasferite anche altre
sequenze di DNA e/o geni che hanno lo scopo di favorire il corretto
funzionamento del gene nelle cellule vegetali.
28

Fig.23- Metodi di trasformazione delle piante
Queste sono: i geni per una piccola proteina allegata chiamata
cloroplasto trasportatore peptide (ctp2). Questo peptide aiuta a portare
l’EPSPS dal sito di sintesi, nel citoplasma, al cloroplasto. La sequenza
promotore, per soia e cotone è, il gene del virus del mosaico del cavolfiore
FMV/Tsf1. La sequenza terminatore 3E9 , che segnala la fine del
messaggio, è stata fornita da un gene del pisello.
P-e35S e 3' 35S rispettivamente promotore e terminatore del gene 35S di
CaMV,virus del mosaico del cavolfiore.
Inoltre si inseriscono le sequenze dei marcatori di selezione per
selezionare le cellule batteriche trasformate, questi sono geni di
resistenza agli antibiotici, come la neomicina. Un altro marcatore di
29

selezione è il gene bla codificante per l'enzima beta-lattamasi che rompe
gli antibiotici beta-lattamici. Quando i batteri sono esposti a neomicina o
l'antibiotico beta-lattamico, ampicillina, e conteranno i plasmidi senza il
costrutto EPSPS o gene pal moriranno. Le cellule batteriche vive
rimanenti saranno coltivate per costruire grandi quantità di vettori
plasmidici.
Costrutto soia RR-glifosato tollerante.
*** RB P- L-Tsf1 I-Tsf1 ctp2 cp4epsps 3’E9 LB ***
FMV/Tsf1
RB= Sequenza Right Border di trasposone di Agrobacterium
tumefaciens. Funzione: Integrazione DNA.
P-FMV/Tsf1= Promotore costitutivo chimerico del gene Tsf1 di A.
thaliana fuso all'enhancer del promotore del FMV. Funzione: Promotore
costitutivo.
L-Tsf1= Sequenza leader 5' non tradotta del gene Tsf-1 di Arabidopsis
thaliana. Funzione: Aumento trascrizione.
I-Tsf1= Introne del gene Tsf1 di Arabidopsis thaliana. Funzione: introne.
ctp2= Sequenza leader codificante un peptide di transito per i cloroplasti
di Arabidopsis thaliana. Funzione: Peptide di transito per il cloroplasto.
cp4epsps= Sequenza codificante l'enzima EPSPS (5-enolpiruvilshikimato
3-fosfato sintetasi) di Agrobacterium sp. ceppo CP4. Funzione:
Tolleranza al glifosato.
3' E9= Sequenza terminatrice del gene rbcS E9 di pisello (Pisum sativum).
Funzione: Terminatore.
LB= Sequenza Left Border di trasposone di Agrobacterium tumefaciens.
Funzione: Integrazione DNA.
30

Costrutto soia RR-glufosinato tollerante.
*** RB P-e35S pat 3’35S LB ***
RB= Sequenza Right Border di trasposone di Agrobacterium
tumefaciens. Funzione: Integrazione DNA.
P-e35S= Promotore costituivo del gene 35S di CaMV. Funzione:
Promotore costitutivo.
pat= Sequenza codificante per l'enzima PAT (phosphino-thricin acetyl
transferase) di Streptomyces viridochromogenes. Funzione: Tolleranza al
glufosinato.
3' 35S= Sequenza terminatrice 3' del gene 35S di CaMV. Funzione: Sito di
poliadenilazione.
LB= Sequenza Left Border di trasposone di Agrobacterium tumefaciens.
Funzione: Integrazione DNA.
- Piante di soia Bt - resistenti agli insetti.
Sfruttando i metodi di trasformazione offerti dall’ingegneria genetica è
stato possibile realizzare piante resistenti agli insetti, queste vengono
dette piante Bt; perché hanno i geni per l’espressione delle proteine Cry
del batterio Bacillus thuringiensis (Bt).
Questo è un batterio terricolo che in condizioni vitali sfavorevoli produce
una spora, questa germina solo quando le condizioni divengono
nuovamente favorevoli.
Al momento della sporulazione Bt produce anche un cristallo proteinaceo
chiamato corpo parasporale.
Se insetti, per lo più lepidotteri, ingeriscono le cellule sporigene di Bt con
il loro corpi parasporali muoiono.
31

Questo avviene perché il pH alcalino del tratto digestivo dell’insetto
solubilizza il corpo cristallino parasporale rilasciando tossine proteiche
conosciute come delta-endotossine.
Le endotossine sono protossine che vengono scisse dalla proteasi
gastrica in molecole che uccidono l'insetto. I frammento delle tossine si
legano ai recettori sulle cellule intestinali dell’insetto, provocando perdita
dell’integrità della membrana, disfacimento interno, setticemia
batterica. L’insetto non si alimenta più ed infine muore. Successivamente
le spore e le proteine si disperdono nell'ambiente dove possono essere
ingerite da altri insetti.
I vari ceppi di Bt contengono endotossine diverse che sono designate
dall’ acronimo Cry (proteina cristallina) seguito da un numero e una
lettera (tab. 6).
Queste endotossine sono specifiche per i diversi insetti, dai lepidotteri, ai
ditteri, ecc, e ciò consente una specificità d’ospite e quindi nessun rischio
per organismi non bersaglio.
Tab.6 - Tossine insetticida da B. thuringiensis
L'informazione genetica che codifica per la produzione della proteina
cristallina è contenuta nei plasmidi, questi posso essere scambiati da una
cellula batterica all’altra mediante coniugazione.
Queste tossine però mancano di persistenza nell’ambiente e perciò
perdono efficacia nel tempo, allora si è pensato di trasferire i geni
direttamente nelle piante e difenderle dall’interno.
32

E’ E. coli che viene utilizzato come organismo ospite per costruire e
clonare copie multiple dei geni cry.
Successivamente il plasmide verrà trasferito ad Agrobacterium
tumefaciens, e questo a sua volta lo trasferirà alle cellule vegetali (fig.23).
Oltre al gene per la proteina Cry vengono anche inseriti nel plasmide geni
per la resistenza agli antibiotici che consentono la selezione solo di
cellule batteriche contenenti il corretto costrutto genetico.
Vi sono anche altre sequenze come RbcS4 un peptide di transito dei
cloroplasti, sequenza codificante di Arabidopsis thaliana posta
all’estremità 5 'del gene (N-terminale), che consente l’accumulo diretto
della proteina insetticida nel cloroplasto.
La soia Bt esprime la proteina insetticida Cry1Ac che deriva Bacillus
thuringiensis subsp. kurstaki.
Cry1Ac fornisce protezione dai danni causati dalle larve dei lepidotteri:
Anticarsia gemmatalis, Pseudoplusia includens, Epinotia aporema,
Rachiplusia nu.
Costrutto soia Bt
*** RB P-RbcS4 L-RbcS4 ctp1 Cry1Ac T-7Sα' LB ***
RB= Sequenza Right Border di trasposone di Agrobacterium
tumefaciens. Funzione: Integrazione DNA.
P-RbcS4= Promotore costitutivo del gene RbcS4 di A. thaliana.
Funzione: Promotore costitutivo.
L-RbcS4= sequenza leader. Funzioni: Non specificata.
ctp1= Sequenza codificante un peptide di transito per i cloroplasti di
Arabidopsis thaliana. Funzione: Peptide di transito per il cloroplasto.
Cry1Ac= Sequenza codificante per l'endotossina Bt di Bacillus
thuringiensis var. kurstaki. Funzione: Resistenza ai lepidotteri.
33

T-7S α'= Sequenza terminatrice del gene Sphas1 di Glycine max.
Funzione: Terminatore.
LB= Sequenza Left Border di trasposone di Agrobacterium tumefaciens.
Funzione: Integrazione DNA.
Inoltre dall’incrocio di linee parentali geneticamente modificate di soia
RR e Bt è stata creata una cultivar che eredita i transgeni cp4 EPSPS per
la tolleranza al glifosato e Cry1Ac per la resistenza ai lepidotteri.
- Altre biotecnologie applicate alla soia.
La ricerca ha anche portato allo sviluppo di varietà di soia come "Pickett,"
"Franklin," "Centennial" e "Govan", resistenti ai nematodi galligeni e
cisticoli della soia. E’ stato anche identificato il gene CystX che conferisce
resistenza a più di 150 popolazioni di soia nei confronti di nematodi
cisticoli.
Un'altra malattia significativa è il virus del mosaico della soia (SMV), per
farvi fronte sono state messe a punto cultivar resistenti attraverso la
trasformazione mediata da Agrobacterium tumefaciens e l’introduzione
del gene SMV.
I vantaggi dovuti all’impiego di colture di soia GM vanno da ricercare
nelle ripercussioni che l’uso di queste ha sia a livello economico che
ambientale.
La soia RR ha riscosso molto successo tra gli agricoltori perché ha
comportato:
- abbassamenti dei costi di produzione,
- danni ridotti alle colture,
- semplicità e flessibilità nella gestione delle infestanti.
Il controllo delle infestanti è importante perché esse comportano perdite
anche di più del 50% del raccolto. Usando piante RR gli agricoltori sono
passati da programmi tradizionali di gestione delle infestanti che
prevedevano: un trattamento presemina e/o un trattamento
preemergenza, seguito da uno o più trattamenti postemergenza, con
l’utilizzo di erbicidi multipli; a programmi innovativi e semplici usando
34

così solo un erbicida, il glifosato, per il controllo di un ampio spettro di
infestanti con conseguente abbattimento delle perdite.
Il glifosato ha il vantaggio di non avere restrizioni nelle rotazioni delle
colture perché non da riporto venendo degradato rapidamente nel
terreno e perciò permette di piantare qualsiasi coltura in rotazione con
soia senza alcun rischio; può anche, essere utilizzato per controllare le
infestanti che hanno sviluppato resistenza ad altri erbicidi, essendo
altamente efficace perché non selettivo e ad ampio spettro.
Questo fa si che non si debbano combinare tra loro diversi erbicidi con
altrettanti spettri d’azione e costi che si sommerebbero tra loro.
L’uso del glifosato permette, inoltre, di avere una maggiore flessibilità
nei tempi di trattamento, approfittando di condizioni ideali all’uso, ad
esempio evitando giornate molto ventose, ecc.
Infine un altro aspetto legato al miglioramento del controllo delle
infestanti è quello di diminuire il livello di contaminazione da semi
infestanti, aspetto importante perché qualora presenti fanno diminuire il
prezzo.
Dal punto di vista ambientale l’impiego delle soia RR ha avuto degli ecobenefici
dovuti al "no-till" (semina su sodo).
Infatti l’uso del "no-till" nella produzione di soia ha portato a:
- riduzioni di erosione del suolo,
- mantenimento dell’umidità del suolo,
- miglioramento della qualità dell'aria e dell'acqua,
- conservazione di sostanze nutritive e della sostanza organica,
- minore usura dei macchinari,
- minor compattazione del suolo,
- aumento delle popolazioni di insetti terricoli e di conseguenza degli
uccelli.
Per l’uomo il glifosato risulta innocuo perché l’EPSPS si trova solo in
piante, funghi e batteri ed è assente negli animali. Questo enzima è un
importante catalizzatore nella sintesi di amminoacidi aromatici che
risultano per i mammiferi amminoacidi essenziali e possono essere
introdotti solo con la dieta.
Per quanto riguarda la soia Bt questa è molto importante nella lotta
contro le larve dei lepidotteri, insetti defogliatori, in grado di decimare in
poco tempo un intero campo.
35

L’introduzione dei geni codificanti per le proteine Cry è sicura per l’uomo
e anche per l’ambiente avendo predefinite specie bersaglio e solo tra gli
insetti. Ciò a cui occorre fare attenzione nell’impiego di queste sementi è
l’insorgenza di insetti resistenti, per questo è necessario lasciare delle
aree rifugio che devono essere commisurate a quelle seminate a soia Bt,
ed esistono in merito nelle zone di coltivazione delle indicazioni
ministeriali ben precise.
Tra gli aspetti negative delle biotecnologie applicate alla coltivazione
della soia RR si è registrata la comparsa di piante resistenti al glifosato e
al glufosinato questo ha fatto nascere l’esigenza di mettere appunto
“nuove” varietà di soia che riesco ad ovviare l’insorgenza della resistenza
e che risultano tolleranti ai nuovi erbicidi.
Inoltre nella rotazione ad esempio con mais i semi di soia RR che
rimangono sul terreno, detti volontari, germinano ed essendo resistenti
al glifosato risultano essi stessi delle infestanti.
Un altro aspetto negativo è il costo elevato delle sementi. Queste sono
commercializzate da un limitato numero di aziende solo su licenza. La
commercializzazione prevede un accordo per la vendita di questi semi,
che richiede agli agricoltori di pagare una considerevole "tassa di
tecnologia", che incide per il 40% sul prezzo rispetto ai semi di soia
convenzionale. Questo ha comportato una forte crescita del 130% del
costo delle sementi GM nell’ultimo decennio a fronte di una crescita nella
resa del 17% (fig. 24).
Inoltre gli agricoltori devono accettare condizioni contrattuali restrittive,
infatti il seme acquistato è utilizzabile solo per la semina, non può essere
rivenduto. Non si può utilizzare il seme raccolto come seme per la semina
dell’annata successiva, per evitare questo le industrie sementiere hanno
brevettato i semi suicidi, i quali contengono geni che non consente al
seme di germinare.
36

Fig. 24- Andamento della resa e del prezzo della soia.
37

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