Rizobatteri (PGPR): biofertilizzanti del futuro

La Rivoluzione Verde della seconda metΓ  del XX secolo, ha favorito un forte sviluppo del settore agricolo tramite l’introduzione di nuove varietΓ  di piante ultra-produttive, e tramite un massiccio utilizzo di fertilizzanti e pesticidi chimici.
Per questo, ad oggi, osserviamo un progressivo impoverimento dei suoli coltivabili, e un netto e preoccupante calo della biodiversitΓ .
La sfida attuale Γ¨ quella di adottare un’agricoltura di tipo sostenibile (Figura 1), in cui si cerca di rendere le piante piΓΉ produttive tramite miglioramento genico, colture consociate e biofertilizzanti (es. PGPR).

Aspetti chiave dell'agricoltura sostenibile
Figura 1 – Aspetti chiave dell’agricoltura sostenibile.
[Fonte: www.eunews.it]

Biofertilizzanti

Un biofertilizzante Γ¨ una sostanza che contiene microrganismi vivi o dormienti, che aiutano la pianta nello svolgimento di attivitΓ  fondamentali (Tabella 1).
Tra queste vi sono la fissazione dell’azoto, la solubilizzazione dei nutrienti e la difesa dai patogeni.

I rizobatteri che promuovono la crescita delle piante (PGPR) sono degli ottimi biofertilizzanti che ne favoriscono la produttivitΓ , senza danneggiare il nostro pianeta.

PGPRMeccanismo d’azioneColtura
AzoarcusFissazione azotoRiso
BacillusProduzione di ormoniPeperone
BurkholderiaFissazione azotoRiso
PhyllobacteriumProduzione sideroforiFragole
PseudomonasProduzione di antibioticiGrano
Tabella 1 – Elenco dei principali PGPR con il loro meccanismo d’azione e la coltura associata [Fonte: Vejan et al., 2016]

Rizosfera

Per rizosfera, quindi, si intende una nicchia ecologica ben definita (Figura 2) in cui le radici delle piante rilasciano sostanze nutrizionali (zuccheri, acidi organici, flavonoidi) che, come conseguenza, attirano numerosi microrganismi (circa cento in piΓΉ di quelli in suolo non coltivato).

Tra questi si possono citare, in ordine decrescente di presenza: batteri, funghi, attinomiceti, protozoi e alghe.

Il riquadro in rosso indica la "rizosfera", ovvero quella porzione di suolo interessata dallo sviluppo dell'apparato radicale della pianta, i cui essudati attirano numerosi microrganismi.
Figura 2 – ll riquadro in rosso indica la “rizosfera”, ovvero quella porzione di suolo interessata dallo sviluppo dell’apparato radicale della pianta, i cui essudati attirano numerosi microrganismi. [Fonte: www.pulitisenzachimica.com]

Caratteristiche dei PGPR

I PGPR sono stati descritti da Klopper e Schroth nel 1981, come un gruppo di microrganismi capaci di favorire la crescita e il benessere delle piante tramite una pletora di meccanismi diretti e indiretti. Tra i piΓΉ comuni si possono citare diverse specie di: Pseudomonas, Bacillus, Klebsiella, Azotobacter, e Rhizobium.

Meccanismi d’azione dei PGPR

Tra i meccanismi diretti si possono quindi citare l’azoto-fissazione, la fosfato-solubilizzazione, l’attivitΓ  ACC-deaminasica, la produzione di siderofori (carbossilati, idrossiamati, catecoli e pioverdine), di acidi organici, fitormoni (auxine, citochinine, gibberelline, acido abscissico) ed enzimi.

Mentre, tra quelli indiretti vi sono le attivitΓ  di biocontrollo e l’induzione della resistenza sistemica.
Quest’ultima Γ¨ definibile come uno stato di preallerta delle difese della pianta che potrΓ , perciΓ², rispondere meglio e piΓΉ velocemente all’attacco di un potenziale patogeno.
Le difese, allertate da elementi batterici come flagelli, peptidoglicano, lipopolisaccaride, sono pertanto stimolate anche dai rizobatteri che li possiedono.

Sfide per il futuro

In conclusione, Γ¨ possibile dire che nell’ambito dell’agricoltura sostenibile i biofertilizzanti siano sempre di piΓΉ centrale importanza.
Tuttavia, non mancano diversi ostacoli (Figura 3) che rappresentano ancora una sfida per i nostri ricercatori.

Non tutti i rizobatteri, infatti, sono realmente classificabili come PGPR, e perchΓ© lo siano devono:

  • Colonizzare l’apparato radicale;
  • Avere almeno tre caratteristiche funzionali (ad esempio, solubilizzare i nutrienti, fissare l’azoto e produrre antibiotici);
  • Essere compatibili con il tipo di pianta, il tipo di suolo e con il microbioma locale;
  • Resistere in campo alle fluttuazioni abiotiche.

Inoltre, questi prodotti devono avere una buona durata commerciale (shelf life), ovvero, devono restare vivi e funzionali fino al momento della vendita ed effettivo utilizzo.
Infine, altro aspetto da non sottovalutare, riguarda la scarsa conoscenza che gli agricoltori hanno di questi prodotti che spesso vengono accantonati per i soliti agrofarmaci dalla resa nota ed assicurata.

Fasi del processo di commercializzazione di un biofertilizzante a base di PGPR
Figura 3 – Fasi del processo di commercializzazione di un biofertilizzante a base di PGPR.
[Fonte: Basu et al., 2021]

Fonti

  • Basu A., Prasad P., Das S.N., Kalam S., Sayyed R.Z., Reddy M.S., El Enshasy H., (2021). Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) as Green Bioinoculants: Recent Developments, Constraints, and Prospects. Sustainability 13 (1140), 1-20.
  • Goswami D., Thakker J. N., Dhandhukia P. C., (2016). Portraying mechanics of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR): A review. Cogens Food and Agriculture 2 (1127500), 1-19.
  • Jeyanthi V., Kanimozhi S., 2018. Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) – Prospective and Mechanisms: A review. Journal of pure and applied microbiology 12(2), 733-749.
  • Kumari B., Mallick M.A., Solanski M. K., Solanski A. C., Hora A., Guo W., (2019). Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR): Modern Prospects for Sustainable Agriculture. Springer Nature Singapore Pte Ltd – Chapter 6.
  • Olanrewaju O. S., Glick B. R., Babalola O. O. (2017). Mechanisms of action of plant growth promoting bacteria. World Journal of Microbiology and Biotechnology 33,197.
  • VejanP., Abdullah R., Khadiran T., Ismail S., Boyce A. N., (2016). Role of Plant Growth Promoting Rhizobacteria in Agricultural Sustainabilityβ€”A Review. Molecules 21 (573), 1-17.
Crediti immagini
  • www.eunews.it
  • www.pulitisenzachimica.com
  • Basu A., Prasad P., Das S.N., Kalam S., Sayyed R.Z., Reddy M.S., El Enshasy H., (2021). Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) as Green Bioinoculants: Recent Developments, Constraints, and Prospects. Sustainability 13 (1140), 1-20.


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