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Il chitosano come biostimolante vegetale nell'orticoltura moderna

A cura di: Mohamad Hesam Shahrajabian, Spyridon A. Petropoulos
Dipartimento di Agricoltura, Produzione vegetale e Ambiente rurale, Università della Tessaglia, Via Fytokou, 38446, Volos, Grecia.
*Corrispondenza: spetropoulos@uth.gr, hesamshahrajabian@gmail.com

 

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I biopolimeri come il chitosano sono un gruppo di biostimolanti che, secondo quanto riportato, possiedono proprietà benefiche con diverse applicazioni sulle colture orticole.
Il chitosano, in particolare, è prodotto dopo la deacetilazione della chitina ed è al centro dell'attenzione della ricerca negli ultimi decenni per gli interessanti effetti sulle colture. Viene prodotto commercialmente dai gusci dei frutti di mare e la sua principale applicazione è legata alla difesa delle piante dai patogeni, poiché può indurre la produzione di molecole protettive contro gli agenti patogeni. È considerato un materiale promettente per la rimozione degli inquinanti, un polimero ecologico e multiuso con ampie applicazioni in vari settori come l'agricoltura, la cosmetologia, l'alimentazione, la carta, la farmacia e l'industria tessile, e può essere combinato con molti altri polimeri ed elementi e utilizzato nei sistemi di produzione vegetale. Sono state riportate anche attività biostimolanti, associate principalmente a un aumento dell'attività fotosintetica, alla tolleranza alla siccità, alla salinità e alle temperature estreme e a una maggiore attività degli enzimi antiossidanti. D'altra parte, l'oligochitosano, che ha più di 3 ma meno di 10 residui di saccaridi (N-acetilglucosammina o glucosammina), si ottiene per idrolisi chimica o enzimatica del chitosano.

Il chitosano può avere diverse applicazioni che possono essere riassunte come segue:  

  • proteggere e stimolare la germinazione dei semi attraverso il loro rivestimento;
  • inducono la crescita e lo sviluppo della pianta;
  • agisce come elicitore di resistenza attraverso l'induzione di meccanismi di difesa delle piante;
  • mitigare gli effetti negativi dello stress abiotico;
  • migliorare le proprietà del suolo e prevenire la lisciviazione dei nutrienti;
  • chelare i metalli pesanti;
  • aumentare la resa e la qualità dei raccolti;
  • migliorare la durata di conservazione dei prodotti alimentari attraverso trattamenti post-raccolta.

Modalità di applicazione:

  • irrorazione fogliare,
  • incorporazione diretta nel suolo o
  • rivestimento di semi e prodotti vegetali.
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Fig. 1. Chitina e chitosano

Tuttavia, considerando che il chitosano è un biopolimero che comprende composti di diverso grado di deacetilazione e polimerizzazione, esiste una grande variabilità nella composizione dei prodotti disponibili in commercio, che può anche tradursi in effetti variabili sulle colture.

Di seguito sono riportati alcuni esempi di applicazione del chitosano nelle colture orticole.

I rapporti della letteratura suggeriscono risultati incoerenti per l'applicazione fogliare di zinco combinato con acido umico e chitosano su piante di fagiolo comune. Inoltre, l'applicazione di chitosano è risultata benefica per la crescita delle piante di lattuga e di pomodoro e ha aumentato il contenuto di metaboliti fitochimici difensivi nelle foglie di spinaci. Tuttavia, è dimostrato che il chitosano sfuso è associato all'inibizione della crescita delle radici quando viene applicato in concentrazioni non ottimali, pertanto sono state proposte forme alternative, tra cui micro e nanoparticelle di chitosano, più sicure per l'uso agricolo.

Inoltre, il chitosano è stato utilizzato per alleviare gli effetti negativi dello stress idrico e aumentare la conservabilità di colture orticole come basilico, lattuga, spinaci, pomodori e peperoni. Nel caso del basilico, può anche migliorare i fenoli totali e l'attività antiossidante nelle piante sottoposte a stress da siccità, mentre l'applicazione fogliare di chitosano lattato può promuovere l'accumulo di sostanze bioattive o aumentare l'attività degli enzimi antiossidanti e incrementare la fotosintesi e la crescita delle piante. In un altro studio è stato riportato che l'applicazione di chitosano può promuovere la crescita dei semi di carciofo e indurre una significativa diminuzione della contaminazione fungina. Il chitosano potrebbe essere coinvolto nella sintesi di enzimi di difesa o stimolare i fitormoni nelle piante di cetriolo. Nel fagiolo comune, ha aumentato la resa in caso di semina normale o ritardata, mentre l'uso di nanocarriers composti da alginato/chitosano è stato efficace nel promuovere l'area fogliare e i livelli di clorofille e carotenoidi. Le nanoparticelle di chitosano sono risultate efficaci anche contro i patogeni di origine alimentare e hanno migliorato la durata di conservazione dei peperoni freschi tagliati. I nanocompositi possono migliorare sia l'attività nematocida sia la risposta immunitaria sistematica della pianta nel caso delle melanzane, mentre il carico di nanoparticelle con acido indolo-3-acetico aumenta la crescita delle piante di lattuga coltivate per via idroponica. Il nanocitosano può migliorare l'efficienza dei fertilizzanti tradizionali e promuovere il rendimento netto per alimento nella cipolla, mentre le nanoparticelle idrogel di chitosano/acido poliacrilico hanno stimolato la resa, la crescita delle piante e il contenuto di nutrienti dei bulbi di cipolla. L'applicazione fogliare di chitosano a 100 o 125 mg/L può essere applicata nelle prime fasi di crescita per ottenere una maggiore resa nell'okra, mentre la combinazione di estratti di Ascophyllum nodosum e chitosano ha soppresso l'oidio del pisello in gran parte modulando l'acido jasmonico e l'acido salicilico attraverso l'up-regolazione delle vie di segnalazione. L'applicazione di chitosano può aumentare significativamente il peso fresco e secco delle radici nelle piante di patata, mentre l'irrorazione fogliare di chitosano con acido umico può portare ai valori più alti di resa dei tuberi e dei componenti della resa. Il chitosano (75 mg/L) e l'oligo-chitosano (50 mg/L) possono aumentare la crescita delle piante e indurre meccanismi di difesa per la tolleranza allo stress da siccità nella patata, oltre a stimolare la resistenza contro i patogeni. Allo stesso modo, il trattamento con chitosano sulle piante di pomodoro ha avuto effetti positivi nel controllo dei patogeni, mentre l'applicazione combinata con l'acido salicilico ha aumentato la resa dei frutti. Il chitosano combinato con il rame chelato ha avuto una maggiore efficienza nell'attivazione degli enzimi associati alla patogenicità rispetto al chitosano o al rame da soli nella coltura del pomodoro, mentre l'applicazione di chitosano + compost + funghi micorrizici arbuscoli ha migliorato la crescita del pomodoro.

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In conclusione, i risultati della ricerca hanno dimostrato che il chitosano agisce come biostimolante vegetale nelle colture orticole. Tuttavia, considerando la grande variazione nella composizione dei prodotti commerciali, sono stati osservati risultati contrastanti riguardo ai suoi effetti sulle colture orticole. Pertanto, sono necessari ulteriori sforzi per standardizzare il processo di produzione industriale e fornire informazioni dettagliate sulla composizione dei prodotti a base di chitosano. Ciò creerà una base comune per la valutazione degli effetti del chitosano nel settore agricolo e contribuirà a svelare i meccanismi d'azione e i processi fisiologici coinvolti. Inoltre, si stanno compiendo sforzi significativi per ottenere il chitosano da altre fonti, come il chitosano di derivazione fungina che fornisce strumenti alternativi ed ecologici per migliorare la resa e la qualità delle colture vegetali in condizioni di stress. 

Ringraziamenti: Questo articolo è stato cofinanziato dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale dell'Unione Europea e dai fondi nazionali greci attraverso il Programma Operativo Competitività, Imprenditorialità e Innovazione, nell'ambito del bando RESEARCH - CREATE - INNOVATE (codice progetto: T2EDK-05281).

RIFERIMENTI (clicca)
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(1) Petropoulos, S.A. 2020. Applicazioni pratiche dei biostimolanti vegetali nella produzione di ortaggi in serra. Agronomia 10(10): 1569. https://doi.org/10.3390/agronomy10101569

(2)Pichyangkuraa R., Chadchawan S. 2015. Attività biostimolante del chitosano in orticoltura. Scientia Horticulturae 196: 49-65. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.031