CONSERVAZIONE DELLA BIODIVERSITÀ VEGETALE IN EMILIA-ROMAGNA ATTRAVERSO UN APPROCCIO MULTIDISCIPLINARE: Orchidaceae COME CASO DI STUDIO

Biodiversity loss, driven by factors such as habitat degradation and climate change, poses a significant threat to global ecosystems, particularly among ecologically specialized plant groups, including the Orchidaceae. The research undertaken in this PhD project constitutes the development of an integrated, multidisciplinary framework for plant conservation in the Emilia-Romagna region (Northern Italy), with the use of orchids as a model system. The project integrates ex-situ strategies and in-situ investigations with an objective to ensure the preservation of regional flora and enhance long-term resilience. The ex-situ conservation action established the UNIMORE Orchid Seed Bank, which now conserves 50 accessions representing 38 taxa, conditioned and prepared in accordance with FAO and ENSCONET protocols and encoded with a specific database within UNIMORE Seedbank. The findings confirmed the effectiveness of optimized storage at −20 °C, with seed viability (59%) and germination rates (63%) demonstrating the efficacy of this method. In contrast, comparative data demonstrated the deterioration of samples stored at +5 °C; therefore, this method could be used for short term storage, to uncover future conservation processes, for example to maintain an active collection. The protocol's successful adaptation to Allium angulosum species further reinforces the relevance of this project. Complementary in-situ investigations were conducted to assess orchid distribution, habitat diversity, and ecological interactions. Field surveys conducted between 2023 and 2025 revealed the presence of viable populations of Ophrys apifera, Orchis purpurea, Himantoglossum adriaticum, and Anacamptis pyramidalis, even within urban landscapes. This finding serves to underscore the resilience of these species. Fungal isolations from roots with visible mycorrhizae and ongoing molecular identification of potential symbionts, highlight the crucial role of fungal partnerships in seed germination and orchid plants establishment. A phylogenetic framework encompassing 61 native Italian orchids was developed using the GBOTB megatree (via V.PhyloMaker), revealing an evolutionary clustering of extinction risk. Endangered taxa such as Orchis spitzelii have been shown to share close evolutionary ancestry (Smith et al., 2022), while rare lineages like Malaxis monophyllos and Liparis loeselii have been found to embody unique evolutionary heritage (Jones et al., 2021). The present thesis establishes a comprehensive conservation model integrating ecological, molecular (as in the fungal identification), and phylogenetic data. The integration of ex-situ and investigation of in-situ approaches has resulted in the establishment of a replicable methodology for the preservation of regional plant biodiversity. This contributes to the strengthening of the scientific foundation for conservation policy in Emilia-Romagna region as a start for future studies.

La perdita di biodiversità, determinata da fattori quali il degrado degli habitat e i cambiamenti climatici, rappresenta una minaccia significativa per gli ecosistemi globali, in particolare per i gruppi vegetali ecologicamente specializzati, tra cui le Orchidaceae. La ricerca sviluppata in questo progetto di dottorato ha portato alla definizione di un quadro integrato e multidisciplinare per la conservazione della flora regionale dell’Emilia-Romagna (Italia settentrionale), utilizzando le orchidee come sistema modello. Il progetto integra strategie di conservazione ex situ e indagini in situ con l’obiettivo di garantire la tutela della flora regionale e di rafforzarne la resilienza a lungo termine. L’azioni di conservazione ex situ ha portato alla realizzazione della Banca dei Semi delle Orchidee UNIMORE, che attualmente conserva 50 accessioni rappresentative di 38 taxa, condizionate e preparate secondo i protocolli FAO ed ENSCONET e con una banca dati dedicata. I risultati hanno confermato l’efficacia della conservazione ottimizzata a −20 °C, con una vitalità media dei semi pari al 59% e tassi di germinazione del 63%, dimostrando la validità del metodo. Al contrario, i dati comparativi hanno evidenziato il deterioramento dei campioni conservati a +5 °C per lunghi periodi, suggerendo che tali condizioni possano essere utilizzate solo per una conservazione a breve termine e per sperimentazioni future (collezioni attive). L’adattamento con successo del protocollo alla specie Allium angulosum ne conferma ulteriormente la rilevanza, fungendo da introduzione alla conservazione di altre specie della flora locale. Le indagini in situ hanno riguardato la distribuzione delle orchidee, la diversità degli habitat e le interazioni ecologiche. I rilievi di campo condotti tra il 2023 e il 2025 hanno identificato popolazioni vitali di Ophrys apifera, Orchis purpurea, Himantoglossum adriaticum e Anacamptis pyramidalis, anche in contesti urbani, evidenziando la notevole resilienza di queste specie. L’isolamento dei funghi dalle radici micorrizate e l’identificazione molecolare (tuttora in corso) dei potenziali simbionti, sottolineano il ruolo cruciale delle associazioni fungine nella germinazione dei semi e nello sviluppo delle orchidee. È stato inoltre sviluppato un quadro filogenetico comprendente 61 orchidee native italiane, utilizzando il megatree GBOTB (tramite il pacchetto R V.PhyloMaker), che ha rivelato un raggruppamento evolutivo del rischio di estinzione. Le specie minacciate, come Orchis spitzelii, mostrano una stretta parentela evolutiva (Smith et al., 2022), mentre lignaggi rari come Malaxis monophyllos e Liparis loeselii rappresentano un rapporto evolutivo unico (Jones et al., 2021). La presente tesi propone un modello di conservazione completo che integra dati ecologici, molecolari (come l’identificazione dei simbionti fungini) e filogenetici. L’integrazione tra strategie ex situ e indagini in situ ha portato alla definizione di una metodologia replicabile per la tutela della biodiversità regionale, contribuendo al rafforzamento delle basi scientifiche delle politiche di conservazione nella regione Emilia-Romagna e ponendo le basi per studi futuri.