Nascimben Andrea
Dal punto di vista botanico i cereali comprendono diverse varietà-specie tutte appartenenti al genere Triticum della grande famiglia delle Poaceae (Graminacee), apparse sulla terra circa 50-70 milioni di anni fa
I cereali hanno diversi set cromosomici (sono allopoliploidi ;allo= differente), l'uomo per esempio è Diploide ovvero ha due copie di cromosomi nel proprio DNA
il frumento è quasi sempre esaploide, ovvero possiede 6 copie dello stesso cromosoma.
Ma quando inizia l'utilizzo del cereale ?
Le popolazioni arcaiche, in modo del tutto inconsapevole, hanno messo in atto, una prima selezione genetica attraverso la raccolta spontanea delle spighe migliori, che significava scegliere quelle spighe con una maggiore dimensione, e minore difficoltà nella lavorazione
Questo processo di “domesticazione” dei cereali sia vestiti che nudi,
, è avvenuto in un arco di tempo molto lungo che va dal 11.000 al 6.500 a.C.
La domesticazione, dalle specie selvatiche in seguito a numerose selezioni e manipolazioni genetiche anche molto recenti, come vedremo fra poco, hanno dato vita alle attuali varietà cerealicole che oggi coltiviamo in moltissimi territori.
Il piccolo farro (Triticum monococcum), è stata probabilmente la prima specie del genere Triticum ad essere stata domesticata circa 11.000/12.000 anni fa a partire da un progenitore selvatico ( T. boeoticum ), in una prima coltivazione avvenuta in alcune zone montagnose della turchia.
Il farro dunque, ha rappresentato per millenni la coltura principale praticata in territori come Turchia, Libano, Israele, Giordania, Siria, Iraq e Iran, territori in cui ancora oggi crescono specie selvatiche imparentate con i frumenti attualmente coltivati
Questi territori teatro della rivoluzione agricola, sono spesso indicati infatti come la Culla della Civiltà proprio per la sua straordinaria importanza nella storia dell’uomo dal neolitico all’Età del Bronzo e del Ferro.
Quando si parla di origine dell’agricoltura è importante distinguere tra coltivazione e domesticazione. La prima infatti si riferisce all’impianto e alla raccolta sia delle forme selvatiche che di quelle domesticate. Viceversa, la domesticazione è il processo di selezione genetica che, attraverso il cambiamento di alcuni tratti chiave (come la scelta del "chicco" e la scelta delle piante resistenti all'allettamento) , trasforma le forme selvatiche nelle varietà domesticate, cioè selezionate..
Nel corso della domesticazione il numero di spighette e la dimensione delle cariosside, sono aumentate considerevolmente (basti pensare che in Grecia furono trovati i primi frumenti selvatici che possedevano una sola cariosside per spighetta).
Insomma anche allora si cercò di produrre di più con meno fatica possibile.
Una volta maturata la cariosside, del cereale selvatico, le spighette venivano disseminate spontaneamente questo perchè il rachide della pianta era estremanate fragile e delicato.
Ma se da un lato assicurava la naturale dispersione del seme dall’altro portava alla perdita di parte del raccolto.
Inoltre vi era un altro importante problema da risolvere, da parte degli antichi coltivatori, aumentare la capacità di rilascio di glume e glumelle (corteccia protettiva) da parte della cariosside, per facilitare la lavorazione del prodotto.
Quest'ultimo aspetto è quello che ha indotto i coltivatori a passare dalla forma con seme vestito (orzo,farro, segala, spelta) dove le glume erano ben aderenti alla cariosside, a quelle con seme nudo dopo la trebbiatura (frumento), così da poter diminuire l’opera di lavorazione del raccolto.
La domesticazione del frumento però, se da un lato ha migliorato molte delle caratteristiche produttive dall’altro lato, ha causato un restringimento della base genetica (così detta erosione genetica ).
Tale erosione è stata ulteriormente accentuata nel corso dei moderni sistemi di coltivazione (soprattutto dagli anni ‘30 in avanti) aumentando , secondo numerosi studi, la suscettibilità e vulnerabilità agli stress ambientali, ai parassiti e alle malattie (Nevo 2011; Fu and Somers 2009).
La prima prova che testimonia la raccolta e l’uso di questi cereali (selvatici) da parte dell’uomo del paleolitico, viene da uno dei siti archeologici più antichi (Ohalo II, in prossimità del Mare di Galilea, in Israele) di 19.000 anni AC (Feldman e Kislev, 2007)
L'uso che ne veniva fatto nel paleolitico, era una rudimentale macinatura con le pietre e miscelato all'acqua veniva posto a cottura su pietre roventi, una pratica però rara e poco diffusa . Insomma quando i morsi della fame si facevano sentire questi uomini si adattavano a mangiare anche questi impasti farinosi.
Infatti in alcuni scavi archeologici furono trovati granelli di orzo e farro selvatico come testimonianza della realizzazione del pane (Kislev et al., 1992).
Solo 11/ 12.000 anni fa, cacciatori-raccoglitori nei territori del medio-Oriente, cominciarono a coltivare il farro selvatico, anche se in forma ancora molto sporadica, la principale fonte di approvvigionamento calorico rimaneva la caccia e pesca e raccolta.
La domesticazione dei frumenti vestiti (farro, spelta) si diffuse, a partire dalle zone del Medio Oriente (Mezzaluna Fertile) in molti altri territori, con una certa gradualità e
Nel corso del tempo si dimostrò l’evento umano più importante in assoluto nello sviluppo delle civiltà come quella Babilonese, Egiziana, Greca e Romana.
Ulteriori eventi di combinazione genetica iniziarono a diffondersi circa 9.000 anni fa, quando T. dicoccum domesticato, incrociandosi spontaneamente con la specie selvatica diploide Aegilops tauschii ha dato origine alla specie tetraploide del gran farro o farro precoce o Triticum spelta (Kislev 1980; Dvorak et al. 1998; Matsuoka and Nasuda 2004).
Dunque le prime e piu importanti mutazioni naturali delle piante, risalgono a circa 8.000 anni fa, portando a cambiamenti nelle spighe sia del farro che dello spelta (Feldman, 2001).
In questi ultimi cinquemila anni, si è passato gradualmente alla coltivazione del frumento, perché i semi più grandi e soprattutto meno complicati da lavorarsi.
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Alla fine del XIX secolo, le coltivazioni di grano erano rappresentate principalmente da varietà locali (le cosi dette landraces) ben adattate all’ambiente di coltivazione, poichè svoltesi nel corso di alcuni millenni e pertanto anche le conseguenti selezioni operate dall'uomo (produttività ma anche resistenza della pianta) sono state ben integrate nel pool genico della pianta.
In quel periodo, in Italia e in diversi altri paesi dell’Europa Occidentale, si poteva dunque disporre per le semine di un ampio e ben adattato pool genico.
Lo sviluppo dei primi metodi di modificazione del patrimonio genetico, prendono invece inizio a partire dal XX secolo, utilizzando razze locali incrociate ad altri di altri territori (selezione pedigree).
La vera svolta nello sviluppo e diffusione di varietà di frumento, sempre più produttive, venne data da Nazareno Strampelli.
Pensate che quando questo noto coltivatore iniziò la sua attività il grano aveva una resa media di 9,5 q/ha. Nel 1914 realizzò il primo prodotto commerciale: la varietà Carlotta Strampelli.
Nel 1925 venne lanciato il progetto Battaglia del Grano il cui obiettivo era quello di rendere la nazione autosufficiente nel proprio sostentamento.
La produttività poteva essere incrementata attraverso la riduzione della taglia delle piante, aumentando così la loro resistenza all’allettamento in condizioni di agricoltura intensiva e anche aumentando la resistenza alle malattie e la precocità nella maturazione del frutto.
Dunque con l’introduzione in coltura delle nuove varietà di Strampelli, in sostituzione di quelle tradizionali coltivate da centinaia di anni, le rese salirono già nel 1938 a 14,6 q/ha ( nel 1932, il 66,5 % della superficie agricola totale era coltivata con la varietà stampelli), ancora oggi, l'eredità lasciata da Strampelli è ancora più evidente nel frumento duro (dal momento che la maggior parte delle varietà italiane sono di grano duro).
L'obbiettivo era triplice: incremento delle rese (attraverso l’introduzione della precocità nella maturazione e selezione del frutto di grandi dimensioni), resistenza all’allettamento (irrobustendo il fusto) e resistenza alle malattie.
La riduzione della taglia ha però rappresentato, per buona parte del secolo scorso, un obiettivo difficile da ottenere. Ecco che Strampelli ebbe una brillante idea per quei tempi e cioè quella di incrociare le varietà di grano europee con le varietà giapponesi a taglia bassa.
Ottenne la realizzazione di più di 800 incroci, a partire da una selezione fenotipica di circa un milione di piante e diecimila linee differenziate per diversi caratteri (morfologici, fisiologici e agronomici)
legati alla produttività, all’adattabilità, alla resistenza alle malattie ma soprattutto incremento della quantità del raccolto (Scarascia Mugnozza, 2003).
Furono le prime vere modifiche della genetica delle piante, una forzatura imposta affinchè si potessero adattare ad ambienti non di origine.
Gli intensi programmi di modificazione genetica condotti dopo la seconda guerra mondiale, hanno portato alla completa sostituzione delle razze locali con nuove coltivazioni non indigene ( già ampiamente modificate rispetto i grani antichi di origine) a taglia ridotta e altamente produttive, con una conseguente diminuzione della variabilità genetica del frumento.
Tutto ciò ha portato a dei cambiamenti dei geni disponibili, influenzando di conseguenza la futura adattabilità e l’evoluzione di questa importante coltura.
Le modifiche genetiche apportate a partire dalla metà degli anni 70 sono state improntate ancor di più alla resa rispetto alla ricchezza genetica e alla resistenza alle malattie. Quest'ultimo aspetto è stato infatti “risolto” attraverso l'uso intensivo di antiparassitari chimici.
Dunque, si è partiti da grani antichi, ovvero piante che fino ad allora non avevano subito combinazioni genetiche artificiali (se non quelle di selezione delle semine) per arrivare alle varietà moderne, (a partire dagli anni '20 in avanti), orientate all’ottenimento di piante molto produttive, con il più elevato contenuto proteico possibile (aspetto nutrizionale).
Inoltre con la caratteristica di poter essere coltivate in tutti gli ambienti, ma per far questo, diventava sempre più necessario intervenire con l’utilizzo di fito farmaci sempre più massivo.
Una delle varietà più note e coltivate di grano duro, il cosiddetto grano Creso, realizzato nel 1974, deriva dall'ibridazione tra un grano messicano e un ceppo mutante del grano Senatore Cappelli.
Questa operazione di mix di pool genetici è stata indotta dall'irraggiamento con raggi gamma, una tecnica di ibridazione ben diversa dalle tradizionali tecniche utilizzate negli anni trenta.
Dopo la mutazione, la pianta di grano è diventata “nana” e quindi meno allettabile
Ma più delicata, dal punto di vista immunitario, rispetto ai grani antichi (alti 1,50-1,80 mt.).
Purtroppo le ricerche in ordine alle possibili ripercussioni sulla salute dell'uomo, non furono quasi mai condotte, l'aspetto legato alla produttività aveva ed ha tutt’ora avuto il sopravvento rispetto alla prudenza in termini di salute.
Con la coltivazione delle nuove varietà si rovescia il concetto fondamentale del rapporto ambiente-pianta, infatti in questo caso non è più la pianta che si adatta all’ambiente ma è l’ambiente che si deve adattare alla pianta,
e per fare questo è divenuto sempre più necessario l’intervento agronomico con fito- farmaci.
Le nuove varietà, risultano purtroppo geneticamente tutte uguali, questo ha determinato una riduzione drastica della biodiversità del frumento coltivato.
Una delle caratteristiche che maggiormente ha determinato l’affermarsi delle moderne varietà, oltre all’aspetto produttivo, è l’elevato contenuto in glutine, che garantisce un’ottima caratteristica tecnologica: panificazione piu facile e resistenza alla cottura.
Bibliografia
Angioloni A., Romani S., Pinnavaia G.G. e Dalla Rosa M. 2006. Characteristics of bread making doughs: influence of sourdough fermentation on the fundamental rheological properties. European Food Research and Technology, vol. 222, pp. 54-57. Boggini, G., Vaccino, P., Brandolini, A. and Cattaneo, M. 2003. Genetic variability of Strampelli bread wheat realizations detected by storage protein composition and by AFLP. - In: Proceedings of the Tenth International Wheat Genetics Symposium, Paestum, Italy, 1-6 September 2003. pp 101-104. Borojević S., 1990. Principles and methods of plant breeding · Principles and methods of plant breeding. by Slavko. Borojevic, K. and K. Borojevic. 2005. The Transfer and History of “Reduced Height Genes” (Rht) in Wheat from Japan to Europe. Journal of Heredity 96(4):455-9. Braudel F. 1979. Civiltà materiale, economia e capitalismo: le stutture del quotidiano (secoli XV-XVIII). ed. 2006. Torino: Einaudi. Corsetti A. e Settanini L. 2007. Lactobacilli in sourdough fermentation. Food Research International, vol. 40, pp. 539-558. D’Amato F (1989) The progress of Italian wheat production in the first half of the 20th Century; the contribution of breeders. Agric Med 119:157-174 Dalrymple D.G., 1986. Development and spread of high-yielding wheat varieties in developing countries. Bureau for Science and Technology, Agency for International Development (Washington, D.C.) De Vuyst L. e Neysens P. 2005. The sourdough microflora: biodiversity and metabolic interactions. Trends in Food Science & Technology, vol. 16, pp. 43-56. Dubcovsky J, Dvorak J, 2007. Genome plasticity a key factor in the success of polyploid wheat under domestication. Science 316: 1862-1866.
Dvorak J, Akhunov ED, Akhunov AR, Deal KR, Luo MC, 2006. Molecular characterization of a diagnostic DNA marker for domesticated tetraploid wheat provides evidence for gene flow from wild tetraploid wheat to hexaploid wheat. Mol Biol Evol 23: 1386-1396. Dvorak J, Luo MC, Yang ZL, 1998. Genetic evidence on the origin of Triticum aestivum L. in: Damania AB, Valkoun J, Willcox G, Qualset CO (eds). The origins of agriculture and crop domestication. Proceedings of the Harlan symposium. ICARDA,Aleppo: 235-251. Dinelli G., Marotti I., Bosi S., Benedettelli S., Ghiselli L., Cortacero-Ramirez S., Carrasco-Pancorbo A., Segura-Carretero A, Fernandez-Gutierrez A., 2007. Lignan profile in seeds of modern and old Italian soft wheat (Triticum aestivum L.) cultivars as revealed by CE-MS analyses. Electrophoresis, 28: 4212-4219. Feldman M, Kislev ME, 2007. Domestication of emmer wheat and evolution of free-threshing tetraploid wheat. Israel J Plant Sci 55: 207-221. Feldman M, 2001. Origin of cultivated wheat. In: Bonjean AP, Angus WJ, eds. The world wheat book: a history of wheat breeding. Paris, France: Lavoisier Publishing: 3-56. Fu YB, Somers DJ, 2009. Genome-wide reduction of genetic diversity in wheat breeding. Crop Sci 49: 61-168. Gale, M. D., and Youssefian, S. (1985) Dwarfing genes in wheat. In Progress in Plant Breeding, Russell G. E. (ed.), Butterworths, London, pp. 1-35. Ghiselli L., Benedettelli S., Neri L., 2010. Varietà di frumento antiche potenziali fonti di qualità. Supplemento a L’Informatore Agrario 38: 1-3. Gobbetti, M., Corsetti, A., Rossi, J., La Rosa, F. e De Vincenzi, S. 1994. Identification and clustering of lactic acid bacteria and yeasts from wheat sourdoughs of central Italy. Italian Journal of Food Science, vol. 6, pp. 85-94. Gobbetti M., Rizzello C.G., Di Cagno R. e De Angelis M. 2007. Sourdough lactobacilli and celiac disease. Food Microbiology, vol. 24, pp. 187-196. Gruppo d’Erci - prima redazione di S. Biavati - Ottobre 1985. Heun M, Schäfer-Pregl R, Klawan D, Castagna R, Accerbi M, Borghi B, Salamini F, 1997. Site of einkorn wheat domestication identiofied by DNA fingerprinting. Science 278: 1312-1314. Huang et al., 2002; Dvorak and Akhunov 2005 Kariluoto, S., Vahteristo, L., Salovaara, H., Katina, K., Liukkonen, K.-H., & Piironen, V. (2004). Effect of baking method and fermentation on folate content of rye and wheat breads. Cereal Chemistry, 81, 134–139. Katina K., Arendt E., Liukkonen K.-H., Autio K., Flander L. e Poutanen K. 2005) Potential of sourdough for healthier cereal products. Trends in Food Science & Technology. 16, pp. 104-112. Kislev ME, 1980. Triticum parvicoccum sp. Nov., the oldest naked wheat. Israel J Bot 28: 95-107
Kislev ME, Nadel D, Carmi I, 1992. Epipalaeolithic (19,000 BP) cereal and fruit dieta t Ohalo II, Sea of Galilee, Israel. Rev Palaeobot Palynol 73: 161-166. Lafiandra D., Benedettelli S., Margiotta B., Porceddu E., 1989. Chromosomal location of gliadin coding genes in Triticum aestivum spp. spelta and evidence on the lack of components controlled by Gli-2 loci in wheat aneuploids. Theor Appl Genet 78:177-183. Liljeberg, H., Lönner, C., & Björck, I. (1995). Sourdough fermentation or addition of organic acids or corresponding salts to bread improves nutritional properties of starch in healthy humans. Journal of Nutrition, 125, 1503-1511. Logan R.F.A., 1992. Problems and pitfalls in epidemiological studies of celiac disease. Din Nutr Res;2:14-24. Lopez H., Krspine V., Guy C., Messager A., Demigne C., e Remesy C. 2001. Prolonged fermentation of whole wheat sourdough reduces phytate level and increases soluble magnesium. Journal of Agriculture and Food Chemistry, vol. 49, pp. 2657-2662. Lorenzetti, R. 2000 – La scienza del grano. Nazareno Strampelli e la granicoltura italiana dal periodo giolittiano al secondo dopoguerra Pubblicazioni degli Archivi di Stato. Saggi 58. Ministero per i Beni e le Attività Culturali, Ufficio Centrale per i Beni Archivistici. Matsuoka Y, Nasuda S, 2004. Durum wheat as a candidate for the unknown female progenitor of bread wheat: an empirical study with a highly fertile F1 hybrid with Aegilops tauschii Coss. Theor Appl Genet 109: 1710-1717. Mustafa A., Aman P., Anderson R. e Kamal-Eldin A. 2007. Analysis of free amino acids in cereal products. Food Chemistry, vol. 105, pp. 317-324. Nevo E, 2011. Triticum. In: Kole C (ed) Wild crop relatives: genomic and breeding resources, cereals. Springer, Berlin, pp 407-456. Östman, E., Nilsson, M., Liljeberg-Elmståhl, H., Molin, G., e Björck, I. (2002). On the effect of lactic acid on blood glucose and insulin responses to cereal products: mechanistic studies in healthy subjects and in vitro. Journal of Cereal Science, 36, 339-346. Peng J., Richards D.E., Hartley N.M., Murphy G.P., Devos K.M., Flintham J.E., Beales J., Fish L.J., Worland A.J., Pelica F., Sudhakar D., Christou P., JSnape J.W., Gale M.D. & Harberd N.P., 1999. Green revolution’ genes encode mutant gibberellin response modulators. Nature; vol 400: 256-261 Pogna, N.E., Mellini, F., Beretta, A. and Dal Belin Peruffo, A. 1989. The high- molecular-weight glutenin subunits of common wheat cultivars grown in Italy. J. Genet. & Breed., 43: 17-24 Pogna, N.E., Autran, J.C., Mellini, F., Lafiandra, D. and Feillet, P. (1990). Chromosome 1B-encoded gliadins and glutenin subunits in durum wheat: Genetics and relationship to gluten strenght. J. Cereal Sci., 11: 15-34. Pogna, N.E., Mazza, M., Redaelli, R. and Ng, P.K.W. (1996). Gluten quality and storage protein composition of durum wheat lines containing the Gli-D1/Glu-D3 loci. In: Gluten
96, Wrigley, C.W. (ed.). Cereal Chem. Div. Royal Austr. Chem. Inst., North Melbourne, Sidney, pp. 18-22 Pomeranz Y. 1971. Wheat chemistry and technology, II ed. St. Paul, Minnesota: American Association of Cereal Chemists. Pomeranz Y. 1985. Functional properties of food components. Orlando, Florida: Academic press, INC. Pomeranz Y. 1987. Modern cereal science and technology. New York: VCH. Porceddu E., D. Lafiandra, G.T. Scarascia Mugnozza 1983. Genetica delle proteine di Sementi di grano. In: Genetica e biochimica delle proteine Sementi. M. Nijhoff / Dr.W. Junk Publ. L’Aia. 77-141. Quaglia G. 1984. Scienza e tecnologia della panificazione, II ed. Pinerolo: Chiriotti Editori. Rabinovych SV. 1972. Modern wheat varieties and their pedigrees. Urozhay, Kyiv., 328 Sadd P.A., Hamlet C.G. e Liang L. 2008. Effectiveness of methods for reducing acrylamide in bakery products. Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 56, pp. 6154-6161. Scarascia Mugnozza G.T., 2003. The contribution of Italian wheat geneticists: From Nazareno Strampelli to Francesco D’Amato. Accademia Nazionale delle Scienze, detta dei XL, Via L. Spallanzani 7, 00161 Roma, Italy Sofi F., Ghiselli L., Cesari F., Gori AM., Mannini L., Casini AVazzana., C., Vecchio V., Gensini GF., Abbate R., Benedettelli S., 2010. Effects of short-term consumption of bread obtained by an old Italian grain variety on lipid, inflammatory, and haemorheological variables: an intervention study. Journal of Medicinal Food, vol. 13, p. 1-6 Strampelli, N. 1907. Alla ricerca e creazione di nuove varietà di frumenti a mezzo dell’ibridazione. Edito dalla R. Stazione Sperimentale di Granicoltura in Rieti. Tipografia dell’Unione Cooperativa Editrice - Roma: 1-24 e XVI tavole Tallarico G. 1933. Grano e pane. Roma: Ramo edit. degli agricoltori. Tareke E., Rydberg P., Karlsson P., Eriksson S. e Tornqvist M. 2000. Acrylamide: a cooking carcinogen. Chemical Research in Toxicology, vol. 13, pp. 517-522. Ternes, W., e Freund, W. (1988). Effects of different doughmaking techniques on thiamin content of bread. Getreide Mehl und Brot, 42, 293-297. Van den Broeck H. C., de Jong H. C.Elma M. J. Salentijn E. M. J.,· Dekking L.,·Bosch D.,·Hamer R. J.,· Gilissen L. J. W. J, van der Meer I. M. Smulders M J. M., 2010. Presence of celiac disease epitopes in modern and old hexaploid wheat varieties: wheat breeding may have contributed to increased prevalence of celiac disease. Theor Appl Genet; 121:1527-1539 Ward, JL; Poutanen, K; Gebruers, K, et al. (2008). The HEALTHGRAIN Cereal Diversity Screen: Concept, Results, and Prospects. Journal of agricultural and food chemistry, 56(21): 9699-9709.