Fisiologia delle piantine di orzo esposte allo stress da cadmio

I metalli pesanti sono importanti inquinanti ambientali e la loro tossicità  à¨ un problema di crescente importanza per motivi ecologici, evolutivi, nutrizionali e ambientali. Il cadmio (Cd) à¨, tra i metalli pesanti non essenziali, quello che ha attirato maggiormente l'attenzione nel campo della nutrizione delle piante, a causa della sua potenziale tossicità  per l'uomo, e anche la sua relativa mobilità  nel sistema suolo-pianta. Il progetto di dottorato si ਠproposto lo studio dei meccanismi di risposta - su base micro e macroscopica, fisiologica, ecologica e biochimica - allo stress da cadmio, su una pianta di elevato interesse agricolo ed economico: l'orzo (Hordeum vulgare). In particolare, sono stati osservati gli effetti causati dal cadmio su piantine d'orzo esposte alle concentrazioni di 10-6 M, 10-5 M e 10-4 M. Sono stati determinati la presenza di danni ultrastrutturali indotti dalla presenza del cadmio mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM), e relazionati alla presenza e alle variazioni delle varie isoforme (citosolica, cloroplastica e mitocondriale) di Heat Shock Protein 70 (HSP70), nelle radici e nelle foglie, dei campioni stressati. Inoltre, ਠstata determinata la presenza di alterazioni fenotipiche delle piantine d'orzo, sia a livello della componente epigea (numero di foglie, lunghezza e larghezza delle foglie) che della parte ipogea (lunghezza delle radici primarie e numero di radici secondarie). Dall'analisi macroscopica si osserva una modificazione dell'apparato radicale in funzione della concentrazione di cadmio, con la riduzione della lunghezza delle radici primarie e un maggior numero di radici secondarie, risultati confermati anche dalla microscopia elettronica a scansione. Sono stati misurati importanti parametri eco-fisiologici come la percentuale di inibizione della crescita, il contenuto di acqua (WC), il contenuto di pigmenti fotosintetici (clorofilla a, clorofilla b e carotenoidi) e il contenuto d'amido. Tali parametri solo stati relazionati con i principali indici fotochimici: massima resa quantica del PSII (Fv/Fm), resa quantica del trasporto elettronico del PSII (QY), attività  di trasporto elettronico (ETR) e quenching non-fotochimico (NPQ),allo scopo di valutare l'effetto dei metalli sull'efficienza di conversione della luce ai centri di reazione. Il cadmio causa, inoltre, una inibizione della crescita con conseguente minore produzione di biomassa, di un minor contenuto d'acqua, di pigmenti fotosintesi e di amido e questi risultati sono collegati alle alterazioni macroscopiche come la minore lunghezza e la maggiore larghezza delle foglie. La riorganizzazione dell'apparato radicale induce la presenza di una maggior superficie di assorbimento dell'azoto con conseguente incremento dell'attività  della nitrato reduttasi. Lo stress non ha effetti verso le proteine Rubisco e D1, confermando che il cadmio influisce nella biosintesi della clorofilla, sui centri di reazione e nella catena di trasporto degli elettroni del PSII. Tali risultati sono correlati alla presenza di danni ultrastrutturali a livello dei cloroplasti che presentano una disorganizzazione tilacoidale e l'inclusione di briglie citopaslamtiche. L'attività  della glucosio-6-fostato deidrogenasi (G6PDH), sia in foglie che i radici, risulta essere lievemente ridotta dalla presenza degli ioni cadmio anche se i livelli, nelle foglie, della isoforma Cyt della G6PDH rimangono invariati, i livelli dell'isoforma P2 aumentano alla concentrazione Cd++ 10-4 M, mentre i livelli dell'isoforma P1 presentano un andamento contrario rispetto l'isoforma P2; inoltre, non si osservano variazioni significative delle isoforme Cyt e P2 a livello radicale. Il cadmio induce un severo stress abiotico confermato dall'incremento in funzione dell'aumento di concentrazione del metallo dei livelli delle varie isoforme HSP70 e da una loro diminuzione in funzione del tempo e dell'entità  del danno osservato. Infine, il cadmio induce una evidente variazione del profilo amminoacidico delle piantine stressate. In conclusione, il cadmio ਠtra i metalli pi๠tossici per le specie vegetali e sebbene l'orzo rappresenti un organismo coltivato tra i pi๠resistenti agli stress abiotici, sono stati riscontrati danni evidenti sulla sfera micro e macroscopica, fisiologica, ecologica e biochimica.