Di conseguenza, le piante spesso sviluppano sintomi di carenza di Fe, che includono, ad esempio, la clorosi interveicolare delle foglie giovani, una diminuzione del tasso di fotosintesi e una crescita ridotta 5. Per superare la carenza di Fe, le piante inducono adattamenti sia morfologici che molecolari, ad esempio modificando l'architettura del loro apparato radicale e innescando l'espressione di geni coinvolti nella solubilizzazione e nell'acquisizione del Fe dal compartimento rizosferico 6,7. Inoltre, diverse prove hanno dimostrato che anche il contributo dei microrganismi della rizosfera può essere fondamentale per aiutare le piante a far fronte a concentrazioni di Fe non ottimali nel mezzo di crescita 8-10. Inoltre, diverse prove hanno dimostrato che anche il contributo dei microrganismi della rizosfera può essere fondamentale per aiutare le piante a far fronte a concentrazioni subottimali di Fe nel terreno di crescita 8-10.
Tra le diverse strategie per rimediare alla carenza di Fe nelle piante coltivate, l'uso di fertilizzanti a base di Fe rappresenta ancora l'approccio più frequente ed economicamente sostenibile adottato in agricoltura, applicato sia alla chioma, come spray fogliare, sia al suolo . Il ferro viene generalmente fornito in forma chelata con ligandi sintetici aminocarbossilati, come HEDTA, EDTA, DTPA e EDDHA, che hanno lo scopo di aumentare la disponibilità di Fe per l'assorbimento da parte delle piante. Grazie a questa caratteristica, i chelati sintetici consentono anche di ridurre la quantità di fertilizzante applicata alle colture, con un conseguente vantaggio economico . Tuttavia, se si considera la fertilizzazione a livello del suolo, la stabilità dei complessi del Fe è fortemente influenzata dal pH del suolo; solo il chelato più stabile(cioè o,o-EDDHA/Fe3+), e tuttavia il più costoso, è in grado di garantire la biodisponibilità del Fe in suoli altamente calcarei 11. Tuttavia, l'uso di ligandi sintetici aminocarbossilati per la fertilizzazione del Fe presenta anche diversi inconvenienti, come ad esempio i) la persistenza nel sistema vegetale (i ligandi possono essere accumulati nei tessuti delle piante), ii) la speciazione dei complessi può essere influenzata da altri cationi presenti nel suolo (ad esempio, reazioni di scambio dei ligandi con Zn e Cu), iii) la mobilitazione indesiderata di metalli pesanti (ad esempio, Pb) che possono entrare nella catena alimentare, influenzando così sia la qualità che la sicurezza dei prodotti agricoli 12.
I biostimolanti vegetali (PB) sono definiti come una classe di sostanze in grado di migliorare la produttività e la qualità delle colture, aumentando la disponibilità di nutrienti nel suolo, migliorando l'efficienza d'uso dei nutrienti da parte delle piante e promuovendo la degradazione e l'umificazione delle sostanze organiche nel terreno 13. Nel complesso, i PB hanno una natura variegata e comprendono un ampio spettro di sostanze, tutte in grado di esercitare i suddetti effetti benefici sulle piante, anche se la loro precisa modalità d'azione è ancora da definire 14. Tra le PB, negli ultimi anni, i microrganismi benefici, le sostanze umiche e gli idrolizzati proteici (PH) hanno attirato grande attenzione come possibile alternativa più ecologica rispetto ai fertilizzanti tradizionali per la gestione della nutrizione del Fe nelle piante coltivate 8,15,16. In particolare, i PH sono una miscela di composti bioattivi come aminoacidi e peptidi ottenuti da fonti proteiche animali o vegetali attraverso un processo di idrolisi enzimatica e/o termochimica 17. I PH possono contenere anche carboidrati e proteine. I PH possono contenere anche carboidrati, fenoli, elementi minerali, fitormoni e altri composti organici che contribuiscono alla loro attività biostimolante. Uno degli effetti bioattivi più significativi dei PH è l'aumento dell'acquisizione dei nutrienti da parte delle piante, ottenuta migliorando la biodisponibilità dei nutrienti nella soluzione del suolo e promuovendo una maggiore crescita delle radici e un processo di assorbimento attivo 17. Il miglioramento della biodisponibilità dei nutrienti nella soluzione del suolo mediato dai PH è stato associato alla conversione dei nutrienti minerali come ioni inorganici in complessi che hanno una maggiore solubilità. La formazione di complessi minerale-organici tra nutrienti minerali e vari ligandi derivati dal PH, come peptidi e aminoacidi, è stata riportata per i cationi minerali, tra cui il ferro.
In questo contesto, la nutrizione delle piante può essere migliorata combinando gli effetti biostimolanti e l'apporto di nutrienti in fertilizzanti avanzati come i biochelati. Il biochelato può essere definito come un composto organico costituito da un atomo metallico centrale collegato a una o più molecole organiche presenti in natura, chiamate ligandi (ad esempio, peptidi). I biochelati metallici possono essere ottenuti con nutrienti vegetali esistenti in forma cationica (ad esempio calcio, ferro, manganese, zinco, rame). I biochelati metallici con micronutrienti sono più biodisponibili nella soluzione del suolo rispetto ai corrispondenti sali o ossidi inorganici per l'assorbimento da parte delle piante, soprattutto in condizioni alcaline. Inoltre, i biochelati contengono agenti chelanti rispettosi dell'ambiente, completamente biodegradabili e non tossici per l'uomo e gli animali, e quindi possono essere utilizzati in agricoltura senza le preoccupazioni sanitarie e ambientali sollevate dai chelati sintetici, come discusso in precedenza. Nonostante il grande potenziale dei biochelati come fertilizzanti, questa tecnologia è ancora poco utilizzata in agricoltura. I biochelati, come i peptidi, sono attualmente largamente adottati nell'industria alimentare e dei mangimi per migliorare la biodisponibilità dei minerali per l'alimentazione umana o animale 18,19. Una varietà di peptidi metallo-chelanti è stata generata e identificata da diverse fonti alimentari, come latte, uova, soia e cetriolo di mare 20. Le proprietà mineral-chelanti dei peptidi sono state studiate per migliorare la biodisponibilità dei minerali nell'alimentazione umana e animale. Le proprietà mineralchelanti dei peptidi sono attribuite alla diversità strutturale della loro spina dorsale, che contiene sia i gruppi carbossilici e amminici terminali, sia le catene laterali dei residui di aminoacidi 18.
Recentemente sono stati introdotti sui mercati dell'UE e degli Stati Uniti fertilizzanti innovativi contenenti biochelati metallici. Sono stati sviluppati questi fertilizzanti contenenti una serie di micronutrienti (ad esempio, Fe, Zn, Mn) e calcio chelati con peptidi derivanti da PH di origine vegetale utilizzati come biostimolanti delle piante 21,22. Gli studi preliminari hanno dimostrato che questi metallo-biochelati hanno una buona stabilità nell'intervallo di pH 6-8. Queste osservazioni sono state ulteriormente confermate da tre prove agronomiche, condotte su tre colture rilevanti per l'agricoltura, ovvero cetriolo, pomodoro e fragola. L'obiettivo era quello di confrontare le prestazioni agronomiche di un Fe-biochelato contenente peptidi di origine vegetale e del Fe chelato sintetico ampiamente utilizzato, adottando un pH del substrato ottimale e alcalino, rispettivamente 6,0 e 8,012. Sono stati valutati diversi parametri generalmente influenzati da un'inadeguata nutrizione delle piante con Fe (ad esempio, il contenuto di clorofilla fogliare, l'efficienza fotosintetica, il meccanismo di assorbimento del Fe, l'accumulo di biomassa e la resa del raccolto) e, indipendentemente dalla coltura considerata, il Fe-biochelato ha mostrato la stessa efficienza del chelato di Fe sintetico nel fornire alle piante quantità adeguate del micronutriente12. Considerando il potenziale impatto negativo dei chelati sintetici sull'ambiente e la lunga persistenza di questi composti nei tessuti vegetali, i risultati delle ricerche sopra citate sono di grande interesse per migliorare la sostenibilità della produzione vegetale. Nel contesto della transizione verso la sostenibilità promossa dall'UE, lo sviluppo e la successiva applicazione di fertilizzanti di nuova generazione a base di biochelati rappresenta un esempio virtuoso di nuova pratica agricola, che garantisce redditività, salute ambientale ed equità sociale ed economica.
