Guida ai principali meccanismi d'azione degli agrofarmaci: conoscerli per scegliere meglio

Gestire le avversità in campo non significa solo scegliere il prodotto giusto, ma anche comprenderne il funzionamento. E da dove si parte? Dai meccanismi d'azione (MoA, Mode of Action) degli agrofarmaci, cioè il modo in cui una sostanza attiva interagisce con il bersaglio biologico, compromettendone le funzioni vitali.

Questo vuol dire capire come un fungicida blocca la crescita di un patogeno, in che modo un insetticida colpisce il sistema nervoso di un insetto dannoso o quale processo biochimico viene interrotto da un diserbante.

Più avanti nell'articolo entreremo nei dettagli dei principali Moa degli agrofarmaci, ma prima è importante fare una distinzione: la traduzione di mode of action dall'inglese all'italiano è meccanismo d'azione e non va confuso con il termine modalità d'azione.

 

Il meccanismo d'azione (Moa) spiega come l'agrofarmaco agisce a livello molecolare e qual è il suo bersaglio biochimico. Ad esempio, i piretroidi sono degli insetticidi che modulano i canali del sodio nei nervi degli insetti, mantenendoli aperti causano ipereccitazione e morte del fitofago. La modalità d'azione, invece, rappresenta l'interazione pratica che c'è tra l'agrofarmaco e l'organismo bersaglio o la pianta ospite. Si tratta infatti della mobilità, persistenza e distribuzione di un agrofarmaco. Un fungicida, per esempio, potrà agire per contatto oppure essere sistemico e agire entrando nei tessuti del patogeno.

 

Conoscere i meccanismi d'azione aiuta a prevenire le resistenze

Si parla di resistenza quando un organismo bersaglio (un patogeno, un fitofago o una pianta infestante), in seguito ad un cambiamento ereditario del proprio patrimonio genetico, perde sensibilità ad un prodotto fitosanitario che fino a quel momento è stato utilizzato per il suo controllo seguendo le raccomandazioni presenti in etichetta. La resistenza compare in seguito ad un impiego scorretto o eccessivo di un prodotto ed è favorita dalle monocolture.

 

Ma cosa c'entrano i Moa con la resistenza? Molto spesso la resistenza rende inefficace non solo il fitofarmaco di partenza ma si estende anche a prodotti simili a livello strutturale, che agiscono cioè sullo stesso sito bersaglio e quindi hanno lo stesso meccanismo d'azione.

 

Quindi, la conoscenza dei Moa permette di gestire meglio la resistenza in campo. L'obiettivo deve essere quello di prevenire e/o ritardare l'evoluzione della resistenza o favorire il ripristino di una certa sensibilità nelle popolazioni resistenti di una specie. Per fare questo si deve partire dall'alternare o ruotare prodotti con meccanismi d'azione differenti e prediligere interventi di tipo preventivo. Ma in generale è l'approccio alla difesa che deve essere diverso: bisogna mettere in pratica una gestione integrata della resistenza utilizzando quindi anche metodi di controllo e difesa delle malattie delle piante di tipo meccanico, fisico, agronomico o biologico.

Leggi anche: La resistenza agli agrofarmaci va gestita in maniera integrata

Per aiutare agricoltori e tecnici ad orientarsi tra i diversi Moa e quindi ad impostare strategie antiresistenza efficaci, gli agrofarmaci vengono periodicamente classificati in base ai vari meccanismi d'azione da tre comitati internazionali:

• Frac, Fungicide Resistance Action Committeee;
• Irac, Insecticide Resistance Action Committeee;
• Hrac, Herbicide Resistance Action Committeee.

È importante ricordare che la presenza di un principio attivo nelle classificazioni Moa non implica necessariamente la sua approvazione a livello normativo.

 

Modalità e meccanismi d'azione dei fungicidi

Cominciamo a descrivere i fungicidi dalla loro epoca di intervento e della modalità d'azione:

• preventivi quando bloccano il fungo prima che l'infezione inizi e agiscono direttamente sulla superficie della vegetazione;
• curativi se fermano il fungo quando si trova già all'interno dei tessuti della pianta ospite;
• eradicanti quando sono già presenti i sintomi della malattia;
• stimolanti le difese naturali della pianta, e anche questi possono agire sia in maniera sistemica che per contatto.

 

Per quanto riguarda i Moa, i fungicidi agiscono principalmente su enzimi o processi vitali del fungo, bloccandone la respirazione, la sintesi delle membrane o la divisione cellulare.

A seguire, una panoramica dei Moa dei fungicidi più importanti; per l'elenco completo scarica il report 2024 del Frac.

 

Metabolismo degli acidi nucleici

Il gruppo A comprende tutti quei fungicidi che interferiscono con il metabolismo degli acidi nucleici quindi con i processi di replicazione del Dna e dell'Rna. Viene compromessa la crescita del patogeno, la riproduzione e la sua capacità di controllare alcune funzioni biologiche.

A questo gruppo appartiene, per esempio, il principio attivo bupirimate; utilizzato per il controllo dei funghi dei generi Pythium e Phytophthora, agenti di marciumi radicali e del colletto su diverse colture. Il fungicida penetra nelle radici delle piante trattate e viene trasportato e distribuito con la linfa nelle diverse parti della pianta; è proprio dall'interno dei tessuti che garantisce il contenimento degli attacchi dei funghi inibendone la crescita e la riproduzione.

 

Metabolismo secondario

Agiscono sul metabolismo secondario i fungicidi a partire dal gruppo B fino al gruppo I. 

Nel gruppo B rientrano i fungicidi che impediscono il corretto funzionamento della divisione cellulare e interferiscono con i motori proteici che trasportano sostanze vitali nella cellula fungina. In sostanza, bloccano la crescita del fungo e ne compromettono la riproduzione. Un esempio è il principio attivo zoxamide che ha un'azione preventiva contro i funghi patogeni appartenenti alla famiglia delle peronosporacee come la Plasmopara viticola e il genere Phytophtora.

 

I fungicidi del gruppo C attaccano la respirazione cellulare e quindi compromettono il processo di produzione di energia della cellula fungina impedendo la crescita e lo sviluppo del patogeno. Un esempio di principio attivo che appartiene a questo gruppo è fluopyram che inibisce la respirazione mitocondriale interferendo con l'attività dell'enzima succinato deidrogenasi. In questo modo si blocca il trasporto degli elettroni a livello del complesso II della catena respiratoria e la cellula fungina muore. Questo principio attivo può agire su diversi stadi del ciclo vitale del fungo (germinazione delle spore, accrescimento dl tubulo germinativo e sviluppo del micelio).

 

Al gruppo C appartiene anche la molecola trifloxystrobin che, come le altre strobilurine, è una sostanza chimica di sintesi che deriva da un metabolita prodotto dal fungo Strobilurus tenacellus e blocca la produzione di Atp.

 

Fungo Strobilurus tenacellus

(Fonte: © weinkoetz - Adobe Stock)

 

Il gruppo D è composto dai fungicidi che limitano la capacità del patogeno nel produrre enzimi e proteine, interrompendo così importanti processi fisiologici. Tra questi citiamo ad esempio il principio attivo cyprodinil: è specifico per ticchiolatura e moniliosi e agisce inibendo la sintesi della metionina e quindi la penetrazione del fungo e la crescita sia sulla superficie, sia all'interno della foglia.

 

I fungicidi del gruppo G hanno un'azione sui componenti sterolici delle membrana cellulare. Tra questi troviamo i triazoli, come penconazolo che inibisce la formazione degli austori e mefentrifluconazole che agisce inibendo l'enzima C14-Demethylase, bloccando la produzione di ergosterolo e rompendo la membrana cellulare.

 

Al gruppo H appartengono le molecole che interferiscono con la sintesi della parete cellulare. Per esempio, benthiavalicarb che appartiene al sottogruppo Caa (carboxilic acid amides) che è efficace nei confronti della peronospora.

 

Induttori delle difese della pianta ospite

Al gruppo P appartengono tutti quei prodotti che invece di agire sul patogeno, stimolano i meccanismi di difesa della pianta: non solo molecole chimiche ma anche estratti di piante e microrganismi, prodotti per cui il rischio di resistenza è basso o sconosciuto. Un esempio in questo caso è laminarina, un oligosaccaride naturale estratto dall'alga bruna Laminaria digitata che stimola le difese delle colture senza esercitare azione battericida o fungicida.

 

Molecole con meccanismo di azione sconosciuto

Si tratta del gruppo U e comprende tutti quei principi attivi che hanno un meccanismo d'azione sconosciuto. Per esempio, cymoxanil è un fungicida ad azione preventiva e curativa che agisce contro le peronospore sia per contatto sugli elementi di propagazione, sia all'interno della pianta.

 

Inibitori chimici multisito

A rigor di logica se un prodotto chimico agisce contemporaneamente su più siti target si ha un basso rischio di insorgenza di fenomeni di resistenza. È il caso dei fungicidi di origine chimica che fanno parte del gruppo M. Tra questi rientra, per esempio, il rame che agisce penetrando nella membrana semipermeabile e nella parete chitinosa dei funghi, in special modo delle spore e dei conidi (azione preventiva), sostituendo alcuni cationi della parete chitinosa stessa e denaturando le proteine strutturali ed enzimatiche della membrana cellulare.

 

Biologici con meccanismi d'azione multipla

Il gruppo Bm contiene sempre fungicidi ad azione multipla ma, in questo caso, sono di origine biologica come gli estratti vegetali e i microrganismi. Questi ultimi, per esempio, possono contrastare lo sviluppo del fungo patogeno agendo attraverso il parassitismo, la competizione per spazio e nutrienti, l'induzione di resistenza, ecc. Il Trichoderma è il genere fungino più famoso in questo gruppo. Il Trichoderma atroviride, per esempio, agisce occupando rapidamente tutti gli spazi disponibili nel terreno, sottraendo risorse nutrizionali ai patogeni e costituendo una vera e propria barriera biologica in grado di prevenire l'infezione. È inoltre in grado di inibire lo sviluppo dei patogeni producendo composti ad attività antimicrobica riducendo, quindi, la possibilità di contatto tra il patogeno e le radici della pianta. A contatto con le ife dei patogeni, rilascia enzimi chitinolitici che degradano la parete cellulare e favoriscono la successiva penetrazione diretta mediante sviluppo di appressori. Questa fase di parassitismo determina una progressiva devitalizzazione del patogeno.

 

Per quanto riguarda gli estratti c'è quello di Swinglea glutinosa che agisce essiccando le strutture cellulari e rompendo la membrana fungina, riducendo lo sviluppo del tubulo germinativo e attivando i meccanismi naturali di difesa delle piante grazie all'accumulo di perossido di idrogeno e al deposito di callosio.

 

Le modalità e i meccanismi degli insetticidi e acaricidi

Contatto, ingestione o asfissia: queste sono le tre modalità di assorbimento e diffusione degli insetticidi. Nel primo e nel terzo caso si tratta di prodotti non molto selettivi nei confronti della fauna utile mentre per ingestione è la forma più selettiva. Inoltre, a seconda dell'epoca di intervento si parlerà di insetticidi con azione ovicida, quando il prodotto fitosanitario agisce sulle uova, azione larvicida se agisce sulle larve e adulticida quando attacca gli insetti adulti. Per definire il momento adatto al trattamento a seconda del prodotto fitosanitario, è molto importante il monitoraggio in campo e la conoscenza del ciclo biologico e degli stadi di sviluppo dell'insetto a cui siamo interessati.

 

Per quanto riguarda i meccanismi d'azione, gli insetticidi possono colpire il sistema nervoso (agendo sui canali ionici, neurotrasmettitori o enzimi) oppure possono interferire con la crescita e lo sviluppo degli insetti. La classificazione completa dell'Irac 2025 è scaricabile a questo link.

 

Sistema nervoso e muscolare

Sono moltissimi gli insetticidi che hanno come bersaglio il sistema nervoso. Innanzitutto ci sono quelli del gruppo 1 capaci di inibire l'acetilcolinesterasi, un enzima essenziale per la corretta trasmissione degli impulsi nervosi. Bloccando l'azione dell'enzima si ha un accumulo di acetilcolina nelle sinapsi, che causa eccessiva stimolazione nervosa quindi ipereccitazione fino alla paralisi e alla morte dell'insetto. Un esempio di insetticidi che appartengono a questo gruppo sono i carbammati e gli organofosfati.

 

Gli insetticidi del gruppo 3 agiscono su quell'insieme di canali, detti canali del sodio, che permettono ai nervi degli insetti di ritornare allo stadio di quiete dopo uno stimolo. Questi insetticidi lasciano aperti i canali causando anche in questo caso ipereccitazione e in alcuni casi un cortocircuito nervoso. Esempi sono le piretrine e i piretroidi come deltametrina, etofenprox o tau-fluvalinate che, a differenza degli altri, possiede un'elevata selettività nei confronti dei pronubi.

 

Nel gruppo 4 ci sono gli insetticidi che creano competizione al recettore nicotinico dell'acetilcolina. Si legano cioè all'acetilcolina causando una serie di sintomi che vanno dall'ipereccitazione, alla letargia e alla paralisi. Acetamiprid, per esempio, è un neonicotinoide e agisce su afidi, aleurodidi, tripidi, lepidotteri e piralide.

 

Causano ipereccitazione del sistema nervoso anche gli insetticidi del gruppo 5 come le spinosine. Spinetoram è una sostanza attiva ottenuta mediante modificazione chimica del batterio Saccharopolyspora spinosa, mentre spinosad è una sostanza derivate dalle tossine prodotte dallo stesso batterio.

 

Un altro gruppo caratteristico che agisce sul sistema nervoso è il 28, composto da insetticidi che agiscono a carico dei canali del calcio presenti sulle fibre muscolari, che formano i cosiddetti recettori rianodinici situati sul reticolo sarcoplasmatico a cui si legano. Attivano così il rilascio incontrollato degli ioni calcio all'interno del liquido cellulare e ne esauriscono le riserve. In questo modo portano a contrazioni e paralisi dell'insetto. Per esempio, fa parte di questo gruppo il principio attivo chlorantraniliprole che porta alla morte dell'insetto nell'arco di 24-72 ore dopo l'assunzione.

 

Crescita e sviluppo

Ormone giovanile e ecdisone sono i due ormoni che controllano lo sviluppo degli insetti e alcuni insetticidi possono imitarne il funzionamento causando squilibri fisiologici. Quelli appartenenti al gruppo 7 imitano l'ormone giovanile e possono interrompere o prevenire le metamorfosi dell'insetto. A questo gruppo appartiene pyriproxyfen, un regolatore della crescita efficace contro la mosca bianca e le cocciniglie e che agisce negativamente sulla metamorfosi, l'embriogenesi, la riproduzione e lo sviluppo larvale.

 

Quelli del gruppo 18 imitano l'ecdisone e inducono ad una muta precoce. Per esempio, methoxyfenozide che è specifico per la lotta contro le larve dei lepidotteri, è capace di indurre il processo di muta prematura, provocandone la morte.

 

Respirazione

Diversi insetticidi possono interferire con la respirazione mitocondriale, inibendo il trasporto di elettroni e/o il processo di fosforilazione ossidativa. In questo insieme rientrano gli insetticidi del gruppo 20, inibitori del trasporto di elettroni del complesso III mitocondriale. Per esempio, bifenazate è un acaricida che agisce alterando il trasferimento degli stimoli dal sistema nervoso al sistema muscolare: gli acari diventano iperattivi e perdono immediatamente la capacità di alimentarsi, i loro movimenti diminuiscono progressivamente e muoiono dopo 3-4 giorni.

 

Target sconosciuti o non specifici

In questo gruppo rientra il principio attivo azadiractina, estratto dai semi di Neem, che può agire come regolatore della crescita, può inibire la formazione dell'ecdisone o avere azione antialimentante e repellente.

 

C'è anche Beauveria bassiana, un bioinsetticida a base di spore vitali del fungo che agisce per contatto: i conidi aderiscono alla cuticola degli insetti e degli acari, germinano e penetrano diffondendo il micelio all'interno dell'ospite, causandone la morte.

 

Beauveria bassiana che infetta un coleottero

(Fonte: © Tomasz - Adobe Stock)

 

Le modalità e i meccanismi d'azione degli erbicidi

Anche gli erbicidi possono differire per il modo in cui vengono assorbiti o entrano a contatto con parti e/o organi della pianta bersaglio. Sono di contatto quando disseccano le parti verdi delle piante trattate, oppure possono essere assorbimenti a livello fogliare o radicale. Possono essere, anche, più o meno selettivi a seconda che rispettino o meno la coltura e si possono distinguere per l'epoca di intervento: di pre semina e pre trapianto quando si usano su terreno libero; di pre emergenza se applicati subito dopo la semina; di post emergenza o post trapianto quando applicati in presenza della coltura.

 

Per quanto riguarda i Moa, gli erbicidi possono inibire la fotosintesi, la sintesi proteica o la divisione cellulare, impedendo alle malerbe di crescere e svilupparsi. Sono stati classificati nel 2024 dall'Hrac e a questo link è possibile trovare i documenti redatti.

 

Inibizione della sintesi dei pigmenti

A questo sottogruppo appartengono gli insetticidi del gruppo 12 come beflubutamid. Si tratta di una molecola erbicida che blocca la sintesi dei pigmenti carotenoidi e della clorofilla e che causa in primis ingiallimento clorotico dei tessuti e in seguito il blocco della fotosintesi.

 

Stessa azione ha diflufenican, un erbicida che manifesta imbiancamento e successiva colorazione rosa violacea delle giovani piante delle infestanti.

 

Metabolismo cellulare

A questo sottogruppo appartengono gli erbicidi Als (gruppo 2) che inibiscono l'enzima acetolattato sintasi, come bensulfuron-methyl che agisce arrestando l'accrescimento delle piante che poi marciscono. Anche imazamox fa parte di questi e dopo la penetrazione nelle piante e la traslocazione nei punti di accrescimento, causa subito un rapido arresto della crescita seguito da un progressivo ingiallimento delle erbe.

 

C'è anche il gruppo 1 che comprende quelli erbicidi che hanno come meccanismo d'azione l'inibizione dell'enzima Acetil-coa carbossilasi (Accasi) che normalmente ha il compito di promuovere la sintesi di un enzima centrale nel metabolismo lipidico della pianta. L'erbicida che inibisce l'Accasi causa, quindi, la modifica della composizione e della struttura della cuticola e della membrana cellulare alterando di conseguenza tutti i processi coinvolti. Fanno parte le famiglie chimiche dei Fop, Dim e Den.

 

A questo insieme appartiene anche il gruppo 9 che comprende gli insetticidi che inibiscono l'enolpiruvil shikimato fosfato sintasi (Epsps), enzima necessario alla sopravvivenza della pianta. Glifosate è uno di questi, l'erbicida per eccellenza che viene assorbito dalle foglie delle piante infestanti e traslocato nei vari organi della pianta devitalizzandoli, senza lasciare scampo nemmeno agli organi di riserva come i rizomi e i fittoni.

 

Classificazione Hrac 2024

Clicca sull'immagine per scaricare il poster della classificazione Hrac 2024

(Fonte: Hrac)