As yet, there is not in-depth knowledge of the biological role and concentration levels in plants for most mineral and trace elements in the soil-vine system. Analysis of the mineral element profile is considered a promising fingerprinting technique for determination of the geographical or geological origin of agricultural and food products. This research aims to quantify more than 50 mineral elements in soil, soil-water, xylem exudates, leaf and berry samples, to describe the mineral element increase in the berry during development and maturation using a mathematical model, and to define mineral element distribution in the different parts of the berry. A further aim is to statistically link soil and berry mineral composition in order to make it possible to trace the origin of grapes. The first step in the research was to optimise preparatory and analytical ICP-MS methods for subsequent analysis. In 2006, 2 vineyards were chosen, with different pedoclimatic characteristics but similar in terms of management and trellising systems and the cultivar studied. Leaf and berry samples - these last being subdivided into seed and skin parts in the final phase of maturation - were collected here during the vegetative season. During harvesting, leaf and berry samples were also collected in a further 9 vineyards in Trentino (Italy) and this sampling was partially repeated over 2 years. Soil samples were collected in each vineyard and analysed in order to determine the mineral content extractable with aqua regia and the bioavailable content. For evaluation of this second fraction, 4 extraction methods were compared: using ammonium acetate 1M pH 7, ammonium nitrate 1M, with DTPA 0.005M+CaCl2 0.01M (for alkaline soils), EDTA 0.02M+ammonium acetate 0.5M (for acid soils) and citric acid 0.1 mM. On the basis of the different accumulation and distribution patterns in the berry studied in the 2 vineyards with alkaline soil, it was possible to classify trace mineral elements into 3 different groups: elements mainly present in the seeds accumulating before veraison, those localised in the flesh accumulating continuously during the development and maturation of the berry and other elements, localised mainly in the skin or equally distributed between the skin and the flesh, which accumulate above all before veraison but also during maturation. Of the different soil extraction methods compared, on average ammonium acetate solution gave the best results, the mineral composition of this soil extract being statistically correlated with that of the berries growing on it. Using a regression model linking the concentration of 10 elements in grapes and ammonium acetate extracted soil and knowing the mineral composition of grapes, it is possible to predict the mineral composition of the soil of origin. The effectiveness of the model was verified using 7 grape samples not previously included within the model, which were correctly associated with the soil of origin.

Per la maggior parte degli elementi minerali presenti anche in traccia nel sistema suolo-vite, risultano ancora poco noti il ruolo biologico e i livelli di concentrazione nelle piante. L’analisi del profilo degli elementi minerali è considerata una tecnica promettente per la determinazione dell’origine geografica/geologica dei prodotti agro-alimentari. Questa ricerca si propone di quantificare il contenuto di più di 50 elementi minerali anche in traccia in campioni di suolo, acqua del suolo, essudato xilematico, foglie e bacche, di descrivere con un modello matematico la cinetica di accumulo nella bacca per ogni elemento durante lo sviluppo e la maturazione e di definire come essi si ripartiscano all’interno dell’acino. Si propone inoltre di verificare l’esistenza di una correlazione tra la composizione minerale del suolo e dell’uva per arrivare alla tracciabilità dell’origine di questo prodotto. Il primo step della ricerca ha riguardato l’ottimizzazione dei metodi di preparazione e di analisi mediante ICP-MS. Nel 2006 in 2 vigneti pedo-climaticamente diversi ma omogenei per cultivar, sistema di allevamento e gestione, sono stati prelevati durante tutta la stagione vegetativa campioni di foglie e bacche, suddivise, nell’ultima fase della maturazione, nelle porzioni della buccia e dei semi. Campioni di foglie e bacche sono stati raccolti, alla vendemmia, anche in altri 9 vigneti trentini e tale campionamento è stato parzialmente ripetuto su 2 anni. In ogni vigneto sono stati prelevati dei campioni di suolo per la determinazione del contenuto minerale estraibile in acqua regia e quello biodisponibile per la valutazione del quale sono stati confrontati 4 diversi metodi estrattivi utilizzanti acetato di ammonio 1M a pH 7, ammonio nitrato 1M, DTPA 0.005M+CaCl2 0.01M (per suoli basici) o EDTA 0.02M+ammonio acetato 0.5M (per suoli acidi) e acido citrico 0.1 mM. In base ai diversi comportamenti di accumulo e di ripartizione nella bacca indagati in 2 vigneti con pH basico, è possibile suddividere gli elementi minerali in traccia studiati in 3 gruppi. Gli elementi presenti principalmente nei semi che si accumulano nell’acino prima dell’invaiatura, gli elementi localizzati soprattutto nella polpa che si accumulano durante tutto lo sviluppo e la maturazione della bacca e gli altri elementi, con caratteristiche intermedie, che risultano localizzati in maggiore quantità nella buccia o equamente distribuiti in buccia e polpa e mostrano un accumulo soprattutto prima dell’invaiatura con una più lenta traslocazione durante la maturazione. Tra i diversi metodi di estrazione del suolo testati, quello con acetato di ammonio permette di ottenere un estratto con composizione mediamente meglio correlata a quella delle bacche. Mediante un modello di regressione che lega i contenuti di 10 elementi nel suolo estratto con acetato di ammonio e nella bacca è possibile stimare, a partire dalla concentrazione di tali elementi nell’acino, quella del suolo di origine. La robustezza del modello è stata verificata utilizzando 7 ulteriori campioni di uve che sono risultati correttamente associabili ai suoli d’origine.

Elementi minerali anche in traccia nel sistema suolo-vite: accumulo e distribuzione nelle bacche e tracciabilità geografica delle uve(2009).

Elementi minerali anche in traccia nel sistema suolo-vite: accumulo e distribuzione nelle bacche e tracciabilità geografica delle uve

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2009

Abstract

As yet, there is not in-depth knowledge of the biological role and concentration levels in plants for most mineral and trace elements in the soil-vine system. Analysis of the mineral element profile is considered a promising fingerprinting technique for determination of the geographical or geological origin of agricultural and food products. This research aims to quantify more than 50 mineral elements in soil, soil-water, xylem exudates, leaf and berry samples, to describe the mineral element increase in the berry during development and maturation using a mathematical model, and to define mineral element distribution in the different parts of the berry. A further aim is to statistically link soil and berry mineral composition in order to make it possible to trace the origin of grapes. The first step in the research was to optimise preparatory and analytical ICP-MS methods for subsequent analysis. In 2006, 2 vineyards were chosen, with different pedoclimatic characteristics but similar in terms of management and trellising systems and the cultivar studied. Leaf and berry samples - these last being subdivided into seed and skin parts in the final phase of maturation - were collected here during the vegetative season. During harvesting, leaf and berry samples were also collected in a further 9 vineyards in Trentino (Italy) and this sampling was partially repeated over 2 years. Soil samples were collected in each vineyard and analysed in order to determine the mineral content extractable with aqua regia and the bioavailable content. For evaluation of this second fraction, 4 extraction methods were compared: using ammonium acetate 1M pH 7, ammonium nitrate 1M, with DTPA 0.005M+CaCl2 0.01M (for alkaline soils), EDTA 0.02M+ammonium acetate 0.5M (for acid soils) and citric acid 0.1 mM. On the basis of the different accumulation and distribution patterns in the berry studied in the 2 vineyards with alkaline soil, it was possible to classify trace mineral elements into 3 different groups: elements mainly present in the seeds accumulating before veraison, those localised in the flesh accumulating continuously during the development and maturation of the berry and other elements, localised mainly in the skin or equally distributed between the skin and the flesh, which accumulate above all before veraison but also during maturation. Of the different soil extraction methods compared, on average ammonium acetate solution gave the best results, the mineral composition of this soil extract being statistically correlated with that of the berries growing on it. Using a regression model linking the concentration of 10 elements in grapes and ammonium acetate extracted soil and knowing the mineral composition of grapes, it is possible to predict the mineral composition of the soil of origin. The effectiveness of the model was verified using 7 grape samples not previously included within the model, which were correctly associated with the soil of origin.
Per la maggior parte degli elementi minerali presenti anche in traccia nel sistema suolo-vite, risultano ancora poco noti il ruolo biologico e i livelli di concentrazione nelle piante. L’analisi del profilo degli elementi minerali è considerata una tecnica promettente per la determinazione dell’origine geografica/geologica dei prodotti agro-alimentari. Questa ricerca si propone di quantificare il contenuto di più di 50 elementi minerali anche in traccia in campioni di suolo, acqua del suolo, essudato xilematico, foglie e bacche, di descrivere con un modello matematico la cinetica di accumulo nella bacca per ogni elemento durante lo sviluppo e la maturazione e di definire come essi si ripartiscano all’interno dell’acino. Si propone inoltre di verificare l’esistenza di una correlazione tra la composizione minerale del suolo e dell’uva per arrivare alla tracciabilità dell’origine di questo prodotto. Il primo step della ricerca ha riguardato l’ottimizzazione dei metodi di preparazione e di analisi mediante ICP-MS. Nel 2006 in 2 vigneti pedo-climaticamente diversi ma omogenei per cultivar, sistema di allevamento e gestione, sono stati prelevati durante tutta la stagione vegetativa campioni di foglie e bacche, suddivise, nell’ultima fase della maturazione, nelle porzioni della buccia e dei semi. Campioni di foglie e bacche sono stati raccolti, alla vendemmia, anche in altri 9 vigneti trentini e tale campionamento è stato parzialmente ripetuto su 2 anni. In ogni vigneto sono stati prelevati dei campioni di suolo per la determinazione del contenuto minerale estraibile in acqua regia e quello biodisponibile per la valutazione del quale sono stati confrontati 4 diversi metodi estrattivi utilizzanti acetato di ammonio 1M a pH 7, ammonio nitrato 1M, DTPA 0.005M+CaCl2 0.01M (per suoli basici) o EDTA 0.02M+ammonio acetato 0.5M (per suoli acidi) e acido citrico 0.1 mM. In base ai diversi comportamenti di accumulo e di ripartizione nella bacca indagati in 2 vigneti con pH basico, è possibile suddividere gli elementi minerali in traccia studiati in 3 gruppi. Gli elementi presenti principalmente nei semi che si accumulano nell’acino prima dell’invaiatura, gli elementi localizzati soprattutto nella polpa che si accumulano durante tutto lo sviluppo e la maturazione della bacca e gli altri elementi, con caratteristiche intermedie, che risultano localizzati in maggiore quantità nella buccia o equamente distribuiti in buccia e polpa e mostrano un accumulo soprattutto prima dell’invaiatura con una più lenta traslocazione durante la maturazione. Tra i diversi metodi di estrazione del suolo testati, quello con acetato di ammonio permette di ottenere un estratto con composizione mediamente meglio correlata a quella delle bacche. Mediante un modello di regressione che lega i contenuti di 10 elementi nel suolo estratto con acetato di ammonio e nella bacca è possibile stimare, a partire dalla concentrazione di tali elementi nell’acino, quella del suolo di origine. La robustezza del modello è stata verificata utilizzando 7 ulteriori campioni di uve che sono risultati correttamente associabili ai suoli d’origine.
elementi in traccia, Chardonnay, tracciabilità geografica, suolo, foglia, essudato xilematico, bacca
Elementi minerali anche in traccia nel sistema suolo-vite: accumulo e distribuzione nelle bacche e tracciabilità geografica delle uve(2009).
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