Improving root growth in cereals for sustainable cultivation

Le ricerche condotte durante il mio dottorato hanno riguardato lo studio degli effetti che alcune nuove pratiche sostenibili di gestione colturale hanno nel promuovere la crescita radicale di due colture di importanza globale, frumento e mais. La struttura della tesi consta di cinque capitoli, corrispondenti ad altrettanti articoli già pubblicati (2 di 5) o che stanno per essere pubblicati in riviste scientifiche internazionali. Nel dettaglio, il primo e secondo capitolo riportano lo studio degli effetti dell’applicazione di alcuni microrganismi promotori della crescita (PGPM - plant growth promoting microorganisms) in frumento tenero. Gli aspetti considerati sono stati l’abilità dei batteri endofiti e dei funghi micorrizici selezionati di colonizzare i diversi tessuti vegetali, gli effetti sulla crescita radicale, la promozione dello sviluppo epigeo, l’incremento nutrizionale delle piante dato dalla fissazione azotata e dall’aumento della disponibilità di nutrienti nella rizosfera, gli effetti sulla resa e sugli altri parametri agronomici, la possibilità di ridurre gli apporti azotati da fertilizzanti di sintesi. Le indagini al microscopio hanno evidenziato un’eccellente abilità da parte dei batteri inoculati di aderire alla superficie sia radicale che fogliare delle piante trattate e di colonizzare anche il mesofillo fogliare e i tessuti vascolari delle radici in condizioni di sterilità. I batteri hanno incrementato il numero di apici e ramificazioni radicali delle piante di frumento coltivate in rhizobox con suolo sterilizzato, indipendentemente dal metodo di applicazione (concia del seme o irrorazione fogliare), mentre in pieno campo hanno migliorato la densità di lunghezza radicale con livelli medio-alti di concimazione azotata, determinando anche un incremento dell’accumulo di azoto nei tessuti epigei in confronto alle piante non inoculate. Nessuna variazione significativa della resa o di altri parametri si è invece potuta attribuire all’inoculazione batterica. Anche l’inoculo con i funghi micorrizici ha consentito di incrementare marcatamente la lunghezza e l’area radicale del frumento allo stadio di fioritura con livelli di concimazione azotata medio-elevata, in entrambi gli anni di sperimentazione, mentre nessun effetto è stato osservato impiegando la dose più bassa. Mentre la loro inoculazione ha determinato un effetto del tutto trascurabile sulla resa, che ha seguito il tipico modello di risposta alla dose azotata, un aumento dell’assorbimento di N ed altri nutrienti (P e Zn in particolare) è stato osservato a qualsiasi dose di concimazione adottata, sebbene gli incrementi siano risultati solo in qualche caso significativi. Gli altri tre capitoli riguardano lo studio della potenziale attività biostimolante di sviluppo radicale di un fungicida conciante recentemente introdotto nel mercato contenente Sedaxane® (Syngenta Crop Protection), una nuova sostanza attiva della classe SDHI efficace contro la lotta ad alcuni funghi patogeni terricoli dei cereali. Le analisi condotte in laboratorio hanno dimostrato che il Sedaxane possiede dei significativi effetti auxino- e giberellino-simili, che inducono evidenti modifiche morfologiche e fisiologiche dell’apparato radicale in accordo ad un modello approssimativo di saturazione dose-risposta. Il sedaxane migliora l’attività dell’enzima glutammina sintetasi (GS) sia nelle radici che nelle foglie, risultando in un maggiore accumulo di proteine soprattutto a livello epigeo, mentre l’attività della glutammato sintetasi (GOGAT) è rimasta sostanzialmente invariata. L’applicazione al seme di Sedaxane ha anche incrementato l’attività fogliare della fenilalanina ammonio liasi (PAL), causa del possibile aumento dell’attività antiossidante delle foglie (acidi fenolici), rappresentata principalmente dalla sintesi di acido p-Cumarico e Caffeico. In condizioni controllate in serra è stato valutato l’effetto secondario di accrescimento radicale promosso dal Sedaxane, al di la dell’azione strettamente protettiva nei confronti dei funghi patogeni, in piante di mais coltivate in vaso soggette a stress di tipo biotico e abiotico nei primi stadi fenologici di crescita. L’effetto biostimolante di accrescimento radicale del Sedaxane è stato osservato sia in assenza che in presenza di un’elevata pressione di Rhizoctonia solani, risultando molto più evidente in questa ultima situazione. La biomassa, lunghezza, area e quantità di apici delle radici, ma anche il contenuto di clorofilla nelle foglie e la biomassa epigea, sono aumentati significativamente grazie al trattamento. Le piante sviluppate dai semi trattati con Sedaxane hanno evidenziato risposte positive ad entrambi le condizioni avverse di crescita imposte negli esperimenti descritti nell’ultimo capitolo della tesi, ovvero la mancanza di nutrienti o di acqua disponibile nel terreno durante le prime fasi di crescita. I risultati ottenuti mostrano un incremento della crescita epigea delle piante trattate, con valori di SPAD, assorbimento di nutrienti e attività antiossidante (sintesi di acidi fenolici) maggiori, cosi come un accrescimento radicale superiore rispetto a quello dei controlli in condizioni di stress. In particolare, in una condizione di forte stress idrico, questi parametri non hanno evidenziato differenze sostanziali dai controlli ma le piante sviluppate dai semi trattati sono state in grado di mantenere un tasso di traspirazione maggiore più a lungo, ovvero a livelli elevati nonostante una bassa quantità di acqua disponibile nel terreno.