Degradazione degli erbicidi in un ecosistema sotterraneo, qual è il ruolo della comunità microbica autoctona?

Uno studio condotto da ricercatori del CNR – IRSA e dell’ENEA – Centro Ricerche Casaccia ha indagato le capacità omeostatiche della comunità microbica autoctona di un ecosistema sotterraneo nella degradazione dell’erbicida terbutilazina

Pesticidi in agricoltura

L’uso di sostanze antiparassitarie in campo agricolo ha condotto alla contaminazione diffusa degli ecosistemi del suolo e delle acque. Numerose ricerche sulla diffusione, trasformazione, persistenza e accumulo nei tessuti di piante ed animali, infatti, hanno mostrato, e continuano a farlo, che i prodotti fitosanitari sono in grado di produrre conseguenze sulla struttura e funzione degli ecosistemi.

Intere comunità sono soggette ad avvelenamento cronico

Tra i pesticidi più utilizzati per uso agricolo sono presenti gli erbicidi s-triazinici, rinvenuti spesso nelle acque sia superficiali sia sotterranee a concentrazioni superiori a 0.1 μg/l (consentite dalla legge). A causa della struttura dell’anello s-triazinico questi erbicidi risultano poco degradabili. Tale caratteristica, associata alla loro tossicità intrinseca di biocidi e alla loro tendenza ad essere lisciviati dal suolo alle acque sotterranee, ha determinato l’inclusione dell’atrazina e della simazina nella Lista UE degli inquinanti prioritari.

In Italia, attualmente, è consentito l’utilizzo della terbutilazina, ma dati di monitoraggio mostrano che questo composto parentale e il suo metabolita de-etilato si ritrovano frequentemente nei corpi idrici sotterranei al pari degli altri due composti non più utilizzati.

Da cosa nasce l’interesse per le acque del sottosuolo?

Diversi studi di degradazione effettuati sul suolo hanno mostrato che le capacità omeostatiche degli ecosistemi sono legate alla presenza/assenza di comunità di microrganismi in grado di metabolizzare, e quindi di rimuovere, gli erbicidi. Al contrario, esistono poche ricerche riguardanti le capacità delle comunità microbiche delle acque sotterranee di degradare gli erbicidi.

Lo studio

Il gruppo di lavoro ha prelevato i campioni dall’acquifero sottostante un’area agricola in provincia di Perugia (Petrignano d’Assisi) contaminato da erbicidi triazinici, in modo particolare da terbutilazina e dal suo metabolita desetilterbutilazina (figura 1).

Figura 1  Principali caratteristiche dell’acquifero di campionamento (Grenni et al., 2007).

Tecniche molecolari e di colorazione

Il team ha condotto l’analisi in microcosmi di laboratorio valutando la degradazione della terbutilazina (in termini di DT50) in presenza/assenza della comunità microbica. L’applicazione della tecnica di ibridazione fluorescente in situ (FISH) e la colorazione con marcatori fluorescenti (DAPI, SYBR GREEN II/Ioduro di propidio) hanno permesso di determinare la struttura della comunità batterica in termini di abbondanza, vitalità e composizione filogenetica sia nei campioni trattati sia in quelli di controllo. Inoltre, tramite la misura del tasso di incorporazione della 3H-leucina, i ricercatori hanno stimato l’attività batterica .

I risultati

La significativa differenza del tempo di dimezzamento della concentrazione iniziale dell’erbicida (DT50) tra microcosmi microbiologicamente attivi (DT50 = 151 gg) e quelli sterili (DT50 = 224 gg) ha consentito di evidenziare il ruolo chiave della degradazione biotica nella rimozione del contaminante. L’esame dell’erbicida e la valutazione della comunità microbica sono stati eseguiti per 180 giorni, intera durata dell’esperimento.

A cosa è dovuta la biodegradazione osservata nei microcosmi?

Il processo stato associato all’incremento di alcuni gruppi batterici, come i β- e gli α-Proteobacteria (figura 2), in accordo con altri studi che riportano l’isolamento di batteri degradatori di s-triazine appartenenti ai suddetti gruppi filogenetici.

Figura 2  Colonia di β- Proteobacteria (CDC Public Health Image Library, 2002).

Anche se a tassi più bassi rispetto a ecosistemi di suolo, la comunità batterica delle acque sotterranee ha mostrato la capacità di degradare l’erbicida terbutilazina. Quest’ultimo, inoltre, ha avuto un effetto negativo sull’intera comunità microbica, come indicato dai bassi valori di vitalità cellulare fino all’ottantesimo giorno. Tuttavia, in seguito, gli studiosi hanno osservato un recupero della capacità della comunità batterica in termini di degradazione dell’erbicida e di incremento in numero batterico e vitalità.

Obiettivi per il futuro

L’interesse è rivolto alla possibilità che la degradazione possa avvenire anche a concentrazioni più basse di quelle utilizzate nell’esperimento (100μg/L). Questo tipo di analisi potrebbe fornire nuove prospettive. “La completa rimozione delle concentrazioni residuali rappresenta, infatti, un punto nodale nella determinazione della qualità delle acque sotterranee utilizzate a scopo potabile” — concludono gli autori.

                                                                                                                                                            Angela Chimienti

Fonti (contenuti e immagini):

  • http://www.cnr.it/istituti/Allegato_61471.pdf?LO=01000000d9c8b7a6090000000c000000ab6e00001ce39b53000000000100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000&type=application/pdf
  • http://www.ecologia.it/index.php?option=com_content&task=blogcategory&id=18&Itemid=33
  • https://www.cnr.it/it/comunicati-stampa
  • https://phil.cdc.gov/Default.aspx
  • Immagine in evidenza: Burkholderia pseudomallei colonies on a Blood agar plate. Obtained from the CDC Public Health Image Library. Image credit: CDC/Courtesy of Larry Stauffer, Oregon State Public Health Laboratory (PHIL #1926), 2002. https://en.wikipedia.org/wiki/Betaproteobacteria#/media/File:Burkholderia_pseudomallei_01.jpg (Public Domain)

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