I progetti di ricerca coordinati dal Prof. Nardini vanno dalla comprensione di base dei processi fisiologici delle piante legati all’assorbimento e trasporto dell'acqua, alla ricerca applicata in ecologia forestale. I tratti funzionali che assicurano efficienza e sicurezza per i sistemi di trasporto dell'acqua delle piante sono studiati con una combinazione di strumenti biofisici, molecolari ed ecologici. Esperimenti controllati e indagini sul campo sono utilizzati per studiare come il bilancio idrico delle piante sia influenzato da diversi parametri ambientali e come le piante affrontino la riduzione della disponibilità di acqua.

Meccanismi della mortalità degli alberi indotta da siccità: dalle basi fisiologiche alle conseguenze ecologiche

Il riscaldamento globale sta contribuendo ad un aumento della frequenza e dell'intensità delle ondate di calore e degli eventi di aridità in diverse aree del pianeta. Una delle conseguenze di questi eventi climatici estremi è la morte degli alberi nelle foreste. La mortalità degli alberi implica una riduzione della produttività primaria netta e una conversione degli ecosistemi forestali da pozzi di carbonio a fonti di carbonio, con impatti sul clima su scala regionale e modifiche dei processi competitivi e conseguenze sulla biodiversità e la stabilità degli ecosistemi. Il nostro lavoro indaga i meccanismi fisiologici che collegano la siccità alla mortalità degli alberi. La siccità prolungata o intensa causa una progressiva diminuzione del potenziale idrico della pianta che porta all'embolia xilematica e al blocco del trasporto di acqua da radice a foglia, fino al completo disseccamento della pianta. D'altra parte, la chiusura stomatica per prevenire l'embolia xilematica causa una riduzione della fotosintesi che porta a un calo progressivo delle riserve di carboidrati non strutturali. Vengono studiate le connessioni tra danni idraulici e metabolismo del carbonio, e in particolare il ruolo della carenza di carboidrati nel deterioramento della capacità delle piante di recuperare dallo stress causato dalla. Al momento stiamo indagando il ruolo dei danni idraulici e metabolici nel declino degli alberi e nella loro capacità di recupero, in funzione dell'intensità e della durata dello stress.

Architettura idraulica della foglia

La rete intricata delle venature fogliari è un meraviglioso esempio di ingegneria evolutiva, e la vascolarizzazione delle foglie ha sempre affascinato gli scienziati, così come gli artisti. Dal punto di vista funzionale, questo complesso sistema idraulico è ottimizzato per rifornire efficientemente di acqua le cellule fotosintetiche, bilanciando così l'enorme quantità di acqua che le piante perdono nell'atmosfera durante il processo di traspirazione. Infatti, grandi perdite d'acqua sono inevitabilmente accoppiate all'apertura stomatica e alla diffusione di CO₂ dall'atmosfera all'interno delle foglie, un processo fondamentale per alimentare i processi fotosintetici.

Nel nostro laboratorio analizziamo le relazioni strutturali e funzionali tra l'architettura del sistema di venature e l'efficienza idraulica delle foglie. Siamo particolarmente interessati alle risposte della conduttanza idraulica fogliare a diversi fattori ambientali, e in particolare allo stress idrico. Analizziamo le relazioni tra efficienza idraulica delle foglie e sicurezza, studiando i meccanismi alla base della perdita di conduttanza idraulica in condizioni di stress e i processi che ne consentono il recupero post-stress. Siamo inoltre interessati ai compromessi tra costi di costruzione delle foglie, sicurezza ed efficienza idraulica e le conseguenze ecologiche in termini di competitività e distribuzione delle specie in habitat diversi, su scale spaziali locali, regionali e globali.

Utilizziamo strumenti anatomici, biofisici e molecolari per studiare l'architettura idraulica delle foglie e applichiamo le conoscenze di base allo sviluppo di criteri di screening per identificare genotipi di piante resistenti alla siccità.

Caratteristiche funzionali che promuovono l'invasione da parte di piante aliene

L'invasione di habitat naturali da parte di piante esotiche è una delle più importanti minacce alla conservazione della biodiversità e alla stabilità degli ecosistemi su scala regionale e globale, ed è particolarmente preoccupante in quanto può alterare diversi processi biogeochimici e idrologici di fondamentale importanza. La nostra comprensione dei meccanismi ecofisiologici che promuovono l'invasività di alcune specie è ancora limitata. Nonostante i grandi sforzi dedicati a identificare i tratti funzionali relativi all'invasività delle specie aliene, la maggior parte degli studi su questo argomento si sono concentrati su tratti relativamente facili da misurare ma spesso senza chiari collegamenti meccanicistici con le prestazioni fisiologiche delle piante. Tuttavia, i tratti "meccanicistici" chiaramente associati ai processi fisiologici possono fornire informazioni più importanti sulle prestazioni delle piante invasive rispetto a quelle native. Tra questi, i tratti relativi alle relazioni idriche e al trasporto dell’acqua sono molto interessanti, perché l'efficienza del trasporto dell'acqua da radice a foglia è uno dei fattori più strettamente correlati alla capacità fotosintetica, alla competizione per l'acqua e alla velocità di accrescimento.

Attualmente stiamo misurando diversi tratti meccanicistici in piante aliene, confrontando questi valori con quelli registrati in piante autoctone, con l’obiettivo di identificare l'insieme di tratti che promuovono l'invasione di piante aliene in diversi ecosistemi.