Fig. 1. Trame sperimentali posizionate sui banchi in corrispondenza dei codici a barre rilevati dai laser scanner 3D multispettrali PlantEye F500.

In questo studio è stato condotto un esperimento in serra per valutare le risposte morfo-fisiologiche e metaboliche di piante di pomodoro trattate con due PH derivati da Malvaceae (PH1) e Fabaceae (PH2) in cicli ripetuti di stress da siccità. L'obiettivo era indagare i meccanismi attraverso i quali questi biostimolanti aumentano la tolleranza alla siccità nelle piante di pomodoro. La fertirrigazione è stata effettuata una volta dopo il trapianto e una volta a metà ciclo colturale. Le piante sono state coltivate con un sistema di irrigazione a goccia e sottoposte a quattro cicli di stress da siccità, con l'interruzione dell'irrigazione fino a quando non si è verificato un appassimento visibile. PH1 e PH2 sono stati applicati come spray fogliari settimanali e confrontati con piante di controllo irrorate con acqua distillata. È stata utilizzata una piattaforma di fenotipizzazione ad alto rendimento (PlantEye F500, Phenospex) per monitorare la biomassa digitale, l'area fogliare 3D e l'altezza delle piante, oltre agli indici spettrali (NDVI, NPCI, PSRI, GLI, Hue°) per valutare la salute delle piante. Al termine della sperimentazione, sono stati raccolti campioni di foglie per l'analisi metabolomica, al fine di studiare i cambiamenti biochimici legati alla resilienza allo stress da siccità indotto dai trattamenti PH.

Fig. 4. Pendenza del modello di regressione lineare (y = ax +b dove a è la pendenza e b è l'intercetta) che descrive la relazione tra la biomassa digitale (y) e i giorni (x) del periodo di recupero alla ri-irrigazione dopo ogni evento di stress idrico. PH1 = idrolizzato proteico di derivazione malvacea; PH2 = idrolizzato proteico di derivazione leguminosa. Le barre indicano gli errori standard delle medie.

L'analisi della fenotipizzazione ha rivelato che PH1 ha migliorato il recupero delle piante dopo lo stress da siccità, in particolare in termini di biomassa digitale, area fogliare 3D e altezza della pianta. Oltre alla correlazione positiva con l'altezza della pianta, la forte relazione tra la biomassa digitale e l'area fogliare 3D indicava che l'espansione delle foglie era il principale motore dell'accumulo di biomassa in condizioni di stress. Mentre PH2 ha avuto un effetto positivo temporaneo durante il primo evento di siccità, le sue prestazioni si sono indebolite nei cicli di stress successivi, rendendolo più simile al controllo. L'analisi di regressione ha confermato che le piante trattate con PH1 hanno avuto i tassi di recupero più elevati, con pendenze superiori del 48-75% rispetto alle piante non trattate in tutti gli eventi di stress. Ciò suggerisce che PH1 ha migliorato la capacità di recupero delle piante e di crescita.
Gli indici spettrali hanno permesso di comprendere meglio la salute delle piante durante l'intero ciclo colturale. I valori NDVI, associati all'attività fotosintetica e alla salute delle piante, erano più alti nelle piante trattate con PH1, indicando una migliore tolleranza agli stress. NPCI e PSRI, collegati al contenuto di clorofilla e alla senescenza delle foglie, sono aumentati nel tempo, indicando un accumulo naturale di clorofilla che corrisponde ai risultati di NDVI. GLI e Hue°, sempre in linea con NDVI, corrispondevano fortemente alla riflettanza nella banda verde (GLI) e all'intervallo verde (75:135, Hue°).

Fig. 6. Analisi dell'arricchimento chimico (ChemRICH) dei metaboliti annotati statisticamente diversi nelle foglie trattate con idrolizzato proteico di derivazione malvacea (PH1) rispetto al trattamento di controllo alla fine della sperimentazione. Punti rossi = metaboliti up-regolati; punti blu = metaboliti down-regolati; punti viola = metaboliti up-/down-regolati.

L'analisi metabolomica ha identificato diversi metaboliti significativamente influenzati dal trattamento con PH1. Tra questi, i dipeptidi (ad esempio, Leu-Phe, PyroGlu-Val, Arg-Phe) hanno mostrato il maggior accumulo nelle piante trattate con PH1. Questi composti sono associati alla riallocazione dell'azoto, all'osmoprotezione e alla regolazione metabolica in condizioni di stress. I dipeptidi contenenti aminoacidi glucogenici (ad esempio, Arg-Leu, Val-Pro) hanno probabilmente agito come fonte di carbonio, mitigando la fame di carboidrati causata dalla riduzione della fotosintesi durante lo stress da siccità. Le piante trattate con PH1 hanno anche mostrato livelli più bassi di marcatori di stress ossidativo, come (R)-S-lactoilglutatione e scopolina, suggerendo che i dipeptidi hanno svolto un ruolo nel ridurre i danni da ROS. L'accumulo di composti fenolici e di acidi grassi ha ulteriormente indicato che PH1 ha promosso l'adattamento allo stress attraverso vie antiossidanti.
Questo esperimento dimostra che PH1 è un biostimolante efficace per migliorare il recupero da stress da siccità nelle piante di pomodoro, soprattutto promuovendo un recupero più rapido e modulando metaboliti chiave coinvolti nella tolleranza allo stress. I risultati suggeriscono che i dipeptidi svolgono un ruolo cruciale nel mitigare gli effetti dello stress idrico e nel mantenere l'equilibrio metabolico. La ricerca futura dovrebbe indagare se i peptidi derivati da PH1 sono assorbiti direttamente dalle piante o se promuovono la sintesi di peptidi endogeni. Lo studio evidenzia inoltre il potenziale dei biostimolanti nel migliorare la resilienza delle colture in condizioni di stress e offre importanti spunti per lo sviluppo e lo screening di biostimolanti in futuro.