BIOSTIMOLANTI COME SALVAGUARDIA PER LE PIANTE CONTRO LO SCARSO APPORTO DI AZOTO

In particolare, l'accumulo di nitrati nelle porzioni commestibili delle colture è una delle principali preoccupazioni per la salute umana. Secondo le raccomandazioni del Comitato di esperti FAO/OMS sugli additivi alimentari (JECFA, 2002), l'assunzione giornaliera di nitrati da parte di un individuo non dovrebbe superare i 3,7 mg/kg di peso corporeo. Un'assunzione eccessiva di nitrati e dei loro derivati, come nitriti, ossido nitrico e composti N-nitroso, è associata a un grave tipo di anemia chiamata metemoglobinemia nei neonati e a un rischio più elevato di problemi di salute umana, come i tumori gastrici e della vescica (Colla et al., 2018). Una strategia nota per ridurre al minimo l'accumulo di nitrati nelle colture consiste nel trattenere o ridurre l'apporto di azoto prima del raccolto. Questa pratica è efficace soprattutto negli ortaggi a foglia perché il fabbisogno di azoto delle colture diminuisce con la maturazione delle piante e costringe i nitrati immagazzinati a essere utilizzati per sostenere la crescita, consentendo alle piante di accumulare composti organici al posto dell'osmotico in calo. Una strategia alternativa e promettente consiste nell'applicare biostimolanti vegetali in combinazione con la concimazione azotata per evitare che le colture accumulino azoto in eccesso, evitando al contempo il rischio di compromettere la resa e la qualità dei raccolti.

I biostimolanti vegetali hanno ricevuto una notevole attenzione negli ultimi anni come innovazione tecnologica per la sostenibilità dei sistemi agricoli. I biostimolanti vegetali sono un ampio gruppo di sostanze naturali e inoculanti microbici, tra cui idrolizzati proteici (PH), estratti di alghe (SE), sostanze umiche (HS), funghi micorrizici arbuscoli (AMF) e batteri promotori della crescita delle piante (PGPB). È dimostrato che questi biostimolanti migliorano la crescita e la resa delle colture, la qualità nutrizionale e la tolleranza agli stress abiotici e biotici con un'applicazione minima (Colla e Rouphael, 2015). I biostimolanti vegetali migliorano anche la struttura del suolo simulando le attività microbiche e migliorano l'assorbimento dell'azoto da parte delle piante alterandone le caratteristiche morfologiche e fisiologiche (Halpern et al., 2015) (Fig. 2). Uno degli effetti ben noti dei biostimolanti vegetali è il netto aumento della crescita delle radici. I cambiamenti nell'architettura radicale consentono alle piante di esplorare un volume maggiore di suolo e di catturare efficacemente i nutrienti. Si ritiene che queste funzioni siano dovute alla presenza di peptidi bioattivi che inducono attività ormonali (auxina, gibberelline e brassinosteroidi), che comportano complesse interazioni tra i fitormoni (Colla et al., 2015; Kim et al., 2019). Diversi studi suggeriscono inoltre che i biostimolanti vegetali promuovono la riduzione e l'assimilazione dell'azoto attraverso la regolazione coordinata delle vie metaboliche dell'azoto (Schiavon et al, 2008; Sestili et al., 2018).

Fig. 2. Gli effetti positivi dei biostimolanti sulla resa e sulla qualità delle colture in condizioni di azoto elevato (a sinistra) e basso (a destra).

Un altro effetto ben noto dei biostimolanti è il miglioramento della resa e della qualità delle colture. I meccanismi coinvolti nelle risposte delle piante ai biostimolanti sono diversi a seconda delle condizioni di fertilizzazione azotata(Fig. 2). I biostimolanti possono salvaguardare le piante da un basso livello di azoto, migliorando la resa e la qualità delle colture, e da un elevato livello di azoto, riducendo l'accumulo di nitrati. Questi ultimi effetti non sono univoci e dipendono in larga misura dalla coltura, dalle condizioni ambientali e dal tipo di biostimolanti applicati, ma il peso dell'evidenza supporta questa tesi. Ad esempio, il PH ha ridotto i nitrati negli ortaggi a foglia, tra cui rucola, bietola, spinaci, lattuga e prezzemolo, nonché sedano e ravanello, in presenza di azoto elevato (Colla et al., 2015). Allo stesso modo, l'applicazione di una soluzione PH ha ridotto l'accumulo di nitrati nella lattuga coltivata in condizioni di azoto elevato (Tsouvaltzis et al., 2014). Il PH non ha influenzato il contenuto di nitrati nella rucola da parete perenne (Giordano et al., 2020), ma lo ha aumentato nelle foglie di spinaci (Carillo et al., 2019). È stato osservato un aumento dell'accumulo di nitrati nella rucola applicata con PH, ma è stato mantenuto al di sotto dei limiti di legge stabiliti dalla Commissione Europea (Di Mola et al., 2019a).

Gli effetti dei biostimolanti vegetali sull'accumulo di nitrati nelle colture variavano in base ai tipi di fertilizzanti azotati sintetici utilizzati o alle condizioni climatiche, indicando l'interazione tra biostimolanti vegetali e fattori ambientali. In uno studio in cui sono stati valutati diversi fertilizzanti azotati in combinazione con AMF(Glomus intraradices), l'accumulo di nitrati nella lattuga è stato ridotto o non influenzato quando inoculata con AMF, ma è aumentato quando è stata utilizzata l'urea come fonte di azoto (Mitova et al., 2017). L'effetto benefico dell'inoculo di PGPB(Enterobacter sp. e Bacillus sp.) sui trapianti è scomparso durante la produzione in campo a causa della bassa intensità luminosa e delle temperature della tarda stagione, e il contenuto di nitrati nelle foglie di lattuga è aumentato indipendentemente dall'inoculo di PGPB (Szczech et al., 2016). Questi risultati suggeriscono che i fattori ambientali hanno un impatto significativo sull'accumulo di nitrati nelle colture e possono mascherare gli effetti benefici dei biostimolanti vegetali. Le interazioni tra biostimolanti e fattori ambientali richiedono ulteriori indagini per chiarire questo aspetto.

Nel frattempo, i biostimolanti fungono da fonte di azoto organico (cioè amminoacidi e peptidi) in condizioni di azoto limitato e migliorano la crescita, la resa e la qualità nutrizionale delle colture aumentando l'azoto totale delle colture(Fig. 2). Uno studio recente ha dimostrato che tali effetti indotti dal PH sono associati all'aumento dell'espressione dei geni che codificano il trasporto degli aminoacidi e dei trascritti degli enzimi coinvolti nell'assimilazione dell'azoto (Sestili et al., 2018). L'applicazione fogliare di PH ha aumentato la resa e il contenuto totale di aminoacidi in spinaci da serra in condizioni di scarso azoto (Carillo et al., 2019). Allo stesso modo, l'irrorazione fogliare di SE ha migliorato la resa della lattuga baby in condizioni di scarso azoto; tuttavia, anche il contenuto di nitrati fogliari è aumentato, ma a un livello inferiore ai limiti di legge (Di Mola et al., 2019b). L'inoculazione con AMF o PGPB ha aumentato l'azoto totale nei germogli di piante di fragola in condizioni di concimazione ridotta, con alcune variazioni nell'effetto dei ceppi (Lingua et al., 2013). L'inoculazione combinata di piante con PGPB e AMF ha migliorato la resa e la nutrizione dei frutti di pomodoro (β-carotene) in condizioni di fertilizzazione ridotta (Bona et al., 2018). Un'osservazione simile è stata fatta in piante di lattuga esposte a stress idrico, dove l'inoculo con PGPB, da solo o in combinazione con AMF, ha stimolato l'attività della nitrato reduttasi nelle foglie, aumentando il contenuto di azoto totale (Kohler et al., 2008). Una miscela di biostimolanti contenente PH e HS ha mantenuto la resa dei frutti e i parametri qualitativi in condizioni di concimazione ridotta, aumentando al contempo le proteine solubili totali nei frutti di pomodoro (Koleška et al., 2017). Le informazioni collettive di questi studi forniscono approfondimenti sulla funzione dei biostimolanti vegetali nel migliorare la resa e la qualità nutrizionale delle colture quando l'azoto è limitato.

Le conoscenze attuali forniscono istantanee promettenti sull'uso dei biostimolanti per la produzione agricola. Nel complesso, l'applicazione di biostimolanti protegge le colture dai potenziali rischi di perdita di resa e di qualità e aiuta a produrre in modo sicuro e sostenibile. Dato che i biostimolanti vegetali vengono utilizzati in combinazione con fertilizzanti a ridotto contenuto di azoto, questo approccio ha il potenziale per migliorare l'efficienza d'uso dell'azoto nei sistemi di produzione. Alla luce dei numerosi vantaggi che possono apportare ai sistemi di produzione delle colture, i biostimolanti vegetali rappresentano una valida opzione per gli agricoltori, in grado di garantire sicurezza alimentare, nutrizione e sostenibilità ambientale.