I Rizobatteri promotori della crescita delle piante: nuovi passi verso un’agricoltura sostenibile

I PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) rappresentano un gruppo di batteri della rizosfera in grado di stimolare lo sviluppo della pianta, sia migliorandone la nutrizione minerale che producendo fattori di biocontrollo. Tra essi si annoverano batteri appartenenti a differenti generi: Acinetobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Azospirillum, Azotobacter, Bacillus, Burkholderia, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterium, Proteus, Pseudomonas, Rhizobium, Serratia, Xanthomonas. La stimolazione della crescita vegetale avviene attraverso meccanismi diretti e indiretti.

Figura 1. Meccanismi di azione dei PGPR

Meccanismi diretti (attività biofertilizzante):

I PGPR sono in grado di agire direttamente sui nutrienti presenti nel suolo rendendoli disponibili per le piante, svolgendo così un’azione biofertilizzante. Azoto, fosforo, potassio e ferro sono elementi indispensabili per la sopravvivenza e la crescita vegetale. Nonostante siano particolarmente abbondanti nel suolo, molto spesso non sono adoperabili direttamente dalla pianta, in quanto presenti in forma non assimilabile. L’attività metabolica di numerosi batteri della rizosfera converte queste molecole nelle forme solubili. I meccanismi diretti comprendono la fissazione dell’azoto, la solubilizzazione del fosforo, la produzione di fitormoni (auxine, citochine e gibberelline) e la produzione di siderofori.

Meccanismi indiretti (attività di biocontrollo):

I rizobatteri esercitano un’azione di biocontrollo per le malattie attraverso la produzione di antibiotici, enzimi litici e il potenziamento della capacità difensiva della pianta in risposta all’attacco di organismi patogeni (ISR: Induzione della resistenza sistemica).

I PGPR possono utilizzare più di uno di questi meccanismi, suggerendo che la stimolazione della crescita delle piante sia il risultato sinergico di più azioni simultanee.

Per rispondere alle esigenze di mercato, negli ultimi anni si è reso necessario migliorare la sostenibilità delle produzioni agrarie in termini di qualità di prodotto e di riduzione dell’impatto ambientale dovuto all’uso di fertilizzanti chimici. Particolare attenzione è stata per questo rivolta ai batteri del suolo e al loro utilizzo come potenziali biostimolanti.

In una recente ricerca condotta ad Avezzano dal CRAB (Centro di Ricerche Applicate alla Biotecnologia), sono stati isolati dal suolo dell’altopiano del Fucino alcuni microrganismi autoctoni, potenzialmente utilizzabili come biostimolanti. In seguito alla selezione ed identificazione dei ceppi con caratteristiche fisiologiche di interesse (produzione di acido 3-indolacetico, solubilizzazione dei fosfati, azotofissazione), la sperimentazione ha condotto allo sviluppo dei processi di produzione, prima in beuta e poi in bioreattore su scala pilota.

Figura 2. Isolamento dal terreno del microrganismo, identificazione e studio in beuta, produzione in bioreattore per l’applicazione in campo.

 

Ma in che modo i PGPR possono essere impiegati in una sperimentazione in campo? Principalmente attraverso tre strategie:

  • Confettatura del seme con la brodocoltura del batterio al momento della semina
  • Distribuzione della brodocoltura direttamente nei solchi all’atto della semina
  • Formulazioni inoculanti

Nei primi due casi potrebbe accadere che, dopo l’inoculazione, la popolazione batterica diminuisca rapidamente oppure che i microrganismi introdotti non riescano a trovare una nicchia ecologica libera nel suolo.

Per questo motivo, negli ultimi anni, si è focalizzata l’attenzione sulle formulazioni inoculanti, costituite da ceppi batterici incapsulati in substrati solidi, liquidi e/o gelatinosi, chiamati carrier, in grado di mantenere vitali le cellule microbiche.

Esempi di formulazioni inoculanti sono le microbeads (microperline) di alginato, un polimero naturale di acido D-mannuronico e acido L-glucuronico, utilizzate per immobilizzare i microrganismi nella matrice e rilasciarli gradualmente attraverso un processo di degradazione. Inoltre, a questi inoculi possono essere aggiunte o miscelate sostanze nutritive per migliorare la sopravvivenza dei batteri. Un brevetto depositato dal CRAB di Avezzano ha suggerito la possibilità di incapsulare nelle microbeads anche la brodocoltura, al fine di sfruttare l’efficacia dei metaboliti esocellulari prodotti dai microrganismi.

Uno degli obiettivi principali è attualmente il miglioramento della vitalità degli inoculi, allo scopo di ottimizzarne l’efficacia.

Un recente studio, pubblicato nel mese di maggio e condotto in Argentina dall’INSIBIO (Instituto Superior de Investigaciones Biológicas), ha analizzato la possibilità di immobilizzare i rizobatteri su nanofibre tramite la tecnica dell’elettrospinning. Questo approccio innovativo è stato testato su due ceppi batterici, Pantoea agglomerans e Burkolderia caribensis, e applicato in campo sui semi di soia.

Tale strategia preserva perfettamente la vitalità dei ceppi e garantisce inoltre un’ottima germinazione dei semi.

In conclusione, l’utilizzo di rizobatteri promotori della crescita vegetale come biostimolanti potrebbe sostituire nel tempo l’uso dei fertilizzanti chimici, eliminando il potere inquinante e distruttivo di questi ultimi nei confronti dell’ambiente.

 

Laura Oriunno

 

Fonti:

Brevetto: Biofertilizzante, metodo per la sua preparazione e i suoi usi derivati (MI2014A001317, 2014).

De Gregorio PR, Michavila G, Ricciardi Muller L, de Souza Borges C, Pomares MF, Saccol de Sá EL, Pereira C, Vincent PA. Beneficial rhizobacteria immobilized in nanofibers for potential application as soybean seed bioinoculants. PLoS One. 2017 May 4;12(5): e0176930.

Glick BR. Plant Growth-Promoting Bacteria: Mechanisms and Applications. Crit. Rev. Plant. Sci. 2012 21, 212–230.

Spera D, Del Gallo M, Terreri M, Servo E, Fantozzi D, Oriunno L, Aloisi A. Biostimolanti in agricoltura: impiego dei microrganismi autoctoni. Abstract book 41° Congresso Nazionale SISS, Ancona, 5-7 dicembre 2016.

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