Biostimolanti per Migliorare la Tolleranza allo Stress Salino in Orticoltura Youssef Rouphael

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Biostimolanti per Migliorare la Tolleranza allo Stress Salino in Orticoltura

Youssef Rouphael

2^a BIOSTIMOLANTI CONFERENCE - 25 febbraio 2021, ore 15.00

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Indice

 Salinità e ripercussioni sulla resa agricola, meccanismi di

resistenza allo stress salino.

 Applicazione di biostimolanti microbici e non microbici per incrementare la tolleranza alla salinità in orticoltura.

 Considerazioni conclusive.

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Gli agricoltori raccolgono in media solo il 50% della produzione potenziale ottenibile in condizioni ottimali.

(FAO, 2019)

65-75% 25-35%

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Stress abiotici

Specie reattive dell'ossigeno

Sistema antiossidante Stress

ambientali

Stress ossidativi

Alterazione dei processi fisiologici, biochimici e metabolici:

•Inibizione della crescita

•Perdita di produzione

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Il problema della salinità in agricoltura

Considerata uno dei fattori più importante in grado di limitare la produzione agricola

AREA MONDIALE INTERESSATA

• Più di 800 milioni di ettari (7% della superficie terrestre) sono colpiti dalla salinità.

• 45 millioni di ettari (30%) di terre irrigate sono interessati dal problema

• Ogni anno 10 milioni di ettari di suolo agricolo viene abbandonato.

• La salinità danneggia il 6% dell’area totale destinata all’agricoltura SALINITÀ

FAO, 2006

Ca^2+,Mg²⁺, Cl^-, SO₄^2-, Na⁺, HCO₃^-

Terreno con potenziale idrico molto negativo

Concentrazioni tossiche di ioni

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Effetti del Cloruro sodico (NaCl)

Effetto tossico specifico dello ione Na⁺ nei confronti di alcuni enzimi che utilizzano altri cofattori come il K⁺

Na⁺ e Cl^- alterano le interazioni responsabili della struttura delle proteine e delle membrane

Carenza nutrizionale per l’inibizione dell’assorbimento di ioni nutrienti a causa della competizione che si può instaurare con Na⁺ e Cl^-

Chiusura degli stomi con riduzione della fotosintesi a causa della carenza di acqua disponibile

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R esi sten za a ll o str ess sa li no

^ELUSIONE(meccanismi per evitare lo stress)

ESCLUSIONE

bassa permeabilità ai sali

ESTRUSIONE Pompe ioniche

attive SALT AVOIDANCE

crescita differenziata delle radici

TOLLERANZA

(adattamento alle condizioni sfavorevoli)

OSMOREGOLAZIONE variazione della

concentrazione dei soluti ACCUMULO DI IONI

assorbimento di sali e loro accumulo nelle

cellule (vacuolo)

BIOSINTESI DI OSMOLITI:

Zuccheri, amminoacidi, sali ammonici quaternari

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• Aumento radici e rapporto radici/parte aerea.

• Sovra-regolazione della sintesi di osmoliti (Pro, betaine).

• Attivazione di geni sensibili allo stress.

• Induzione di enzimi di difesa da stress ossidativi.

• Aumento della stabilità delle membrane cellulari.

Biostimolanti funzionali per migliorare la tolleranza allo stress salino

• Stress tossico

• Stress osmotico

• Stress nutrizionale

Target del biostimolante Stress Salino

Pianta sana

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Funghi micorrizici

: instaurano simbiosi tra funghi e piante

Le micorrize sono associazioni simbiotiche mutualistiche prodotte dalla associazione tra funghi che vivono nel terreno e la maggior parte delle piante terrestri, circa il 90%: queste simbiosi coinvolgono circa 6000 specie di funghi e 240.000 specie vegetali .

Le micorrize consentono un notevole incremento dell'apparato radicale delle piante ospiti:

Lunghezza micelio:

3-10 metri/grammo di suolo

FINO A 40 METRI PER METRO DI RADICE

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Combinazione fattoriale

2 soluzione nutritivi (1 or 35 mM NaCl)

X

2 combinazioni di micorrizazione (-AM or +AM: Rhizophagus intraradices)

X

2 concentrazioni di P (0.3 or 1 mM)

Applicazione di biostimolanti microbici per incrementare la tolleranza alla salinità

L'inoculo con funghi micorrizici al trapianto aumenta la tolleranza alla salinità

nello zucchino in serra.

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Produzione commerciale

Fosforo (mM)

0,3 1,0

Produzione commerciale (kg/pianta)

0 1 2 3 4

5 Controllo + 1 mM NaCl

Controllo + 35 mM NaCl Micorrizato + 1 mM NaCl Micorrizato + 35 mM NaCl

-43% -27%

-26% -8%

Fosforo (mM)

0,3 1,0

Colonizzazione radicale (%)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

18 Controllo + 1 mM NaCl

Controllo + 35 mM NaCl Micorrizato + 1 mM NaCl Micorrizato + 35 mM NaCl

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Contenuto in clorofilla

Fosforo (mM)

0,3 1,0

Clorofilla (mg/g pf)

0 1 2

3 Controllo + 1 mM NaCl Controllo + 35 mM NaCl Micorrizato + 1 mM NaCl Micorrizato + 35 mM NaCl

-21% -6% -40% -30%

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Fosforo (mM)

0,3 1,0

Na (mg/g ps)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Fosforo (mM)

0,3 1,0

K (mg/g ps)

0 10 20 30 40

Fosforo (mM)

0,3 1,0

Zn (฀g/g ps)

0 20 40 60 80 100 120

-22% -11% -31% -15%

-14% -1% -40% -25%

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Sostanze Biostimolanti & tolleranza alla salinità

Idrolizzato proteico aumenta tolleranza a salinità in lattuga

4 applicazione su base settimanale alla dose di 2,5 ml/L.

-20%

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Sostanze Biostimolanti & tolleranza alla salinità

Idrolizzato proteico aumenta tolleranza a salinità in lattuga

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Estratti di alghe brune aumenta tolleranza a salinità nello zucchino in serra

NaCl (mM)

1 20 40 60

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Biostimulant Control SWE

a

b

c

a

d

Produzione commerciale (kg/pianta)

Biostimolante

5 trattamenti fogliari ogni 2 settimane con biostimolante a base di E. maxima (3 ml/L) +12%

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NaCl (mM)

1 60

Frequenza stomatica (n. mm-2 ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Controllo SWE

b a b a

NaCl (mM)

1 60

Lunghezza cellule di guardia (µm)

0 5 10 15 20 25

Controllo SWE

a a a

b

NaCl (mM)

1 60

Larghezza cellule di guardia (µm)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Controllo SWE

a a a

b

Analisi anatomica

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Microalghe come nuova fonte di biostimolanti

la comunità scientifica e l'industria stanno dando più enfasi ai processi di produzione più controllati come quelli delle microalghe‘in-house algae’.

Chlorella vulgaris; Acutodesmus dimorphus; S. platensis; Scenedesmus; Quadricauda; Dunaliella salina;

Chlorella ellipsoida; Spirulina maxima; Calothrix elenkinii.

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EsoPoliSaccaridi Dunaliella salina aumenta tolleranza a salinità in pomodoro

 Fitotrone

 Ciclo: 40

giorni

 Ctrl o NaCl

 2 applicazione fogliare con EPS a 0,1g/L

↑ K⁺/Na⁺

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Effetti sinergici: Biostimolanti 2.0

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Biostimolanti sinergici per aumentare la tolleranza alla salinità in lattuga

Combinazione fattoriale 2 soluzione nutritive

(Standard, Salina = 25 mM NaCl)

X

3 trattamenti biostimolanti

(Senza applicazione, pastiglia or pastiglia + IP)

Pastiglia contente R. intraradices + T. atroviride; IP applicato per via fogliare 4 volte su base settimanale alla dose di 2,5 ml/L.

Quattro ripetizioni per trattamento

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Resa

+50%

Standard Salina Standard Salina

Controllo Pastiglia + IP

Soluzione nutritiva Standard

Salina

Resa (g/pianta)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Biostimolanti Controllo

Tablet Tablet + I P a

b c

a b

+28%

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Soluzi one St

andard s enza B

iostimolan ti Soluzi

one St andard +

Tablet Soluzione S

tandard + T ablet + I

P Soluzi

one Sal ina s

enza B

iostimolan ti Soluzi

one Sal ina +

Tablet Soluzione S

alina + T ablet + I

P

P (g/kg ps)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

b

a

b

c b

a

Soluzi one St

andard s enza B

iostimolanti Soluzi

one St andard +

Tablet Soluzione S

P Soluzi

one Sal ina s

enza B

iostimolanti Soluzi

one Sal ina +

Tablet Soluzione S

alina + T ablet + I

P

K (g/kg ps)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

a a

b c

a ab

Soluzi one St

andard senza B

iostimolanti Soluzi

one St

andard + Tab let Soluzione S

P Soluzi

one Sal ina s

enza B

iostimolanti Soluzi

one Sal ina +

Tablet Soluzione S

alina + T ablet + I

P

Na (g/kg ps)

0 3 6 9 12 15 18

c c

b a

b

c

Soluzi one St

andard senza B

iostimolanti Soluzi

one St

andard + Tab let Soluzione S

P Soluzi

one Sal ina s

enza B

iostimolanti Soluzi

one Sal ina +

Tablet Soluzione S

alina + T ablet + I

P

Fe (mg/kg ps)

0 10 20 30 40

50 a a

b c

a ab

P

Fe Na

K

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Analisi di varianza

Catalasi

(mmol mg^-1 proteine min^-1)

Guaiacolo perossidasi (mmol mg^-1proteine

min^-1)

Prolina (µg g⁻¹ fw)

Soluzione nutritiva (S) ns ns **

Biostimolante (B) ** * *

S × B ns ns ns

Soluzione nutritiva

Standard 94.0 87.0 22.4 b

Salina 99.3 90.9 69.5 a

Biostimolante

Controllo 56.1 b 60.0 b 22.5 c

Pastiglia 118.1 a 90.9 a 44.5 b

Pastiglia + IP 124.5 a 100.0 a 49.6 a

Enzimi antiossidanti e prolina

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Considerazioni conclusive

1. I biostimolanti microbici e non microbici presentano delle grandi potenzialità per migliorare la tolleranza agli stress abiotici delle piante.

2. I biostimolanti mitigano gli effetti negativi della salinità riducendo l’assorbimento degli ioni potenzialmente fitotossici come nel caso dei funghi micorrizzici o attraverso una modulazione del metabolismo cellulare che interessa il bilancio ormonale, l’accumulo di osmoliti, e di antiossidanti ed una modificazione delle caratteristiche anatomo- morfologiche della pianta quali ad esempio il numero e la dimensioni degli stomi ed il rapporto parte aerea e radicale.

3. La combinazione di biostimolanti microbici e non microbici ad effetto sinergico come ad esempio i funghi micorrizici e gli idrolizzati proteici permette di raggiungere i livelli più elevati in termini di protezione dallo stress salino in quanto garantisce l’integrazione di molteplice meccanismi di azione.

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