INNOVAZIONI PRESENTATE AL II CONGRESSO MONDIALE

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1 INNOVAZIONI PRESENTATE AL II CONGRESSO MONDIALE Biostimolanti: le tendenze della ricerca mondiale Il Congresso mondiale dedicato ai biostimolanti è stato l occasione per fare il punto sul mercato di questi prodotti e sulle innovazioni che verranno lanciate nei prossimi anni. Nuove sostanze e i microrganismi ad azione biostimolante, sviluppo di processi di produzione e comprensione dei meccanismi d azione sono stati al centro dell attenzione I biostimolanti, ossia le sostanze e/o i microrganismi in grado di aumentare l efficienza d uso dei nutrienti, la tolleranza a stress abiotici e la qualità dei prodotti, sono stati oggetto del II Congresso mondiale sull uso dei biostimolanti in agricoltura organizzato da New Ag International dal 16 al 19 novembre 2015 presso il Centro Congressi di Firenze. Il Congresso ha visto la partecipazione di oltre persone provenienti da 723 organizzazioni e 69 Paesi. Numerosa la presenza di rappresentati del mondo industriale che hanno raggiunto il 91% del totale, mentre l 8% era costituito da universitari e l 1% da referenti di altre istituzioni pubbliche. Quattordici aziende produttrici di biostimolanti-fertilizzanti hanno anche sponsorizzato il Congresso e allestito stand dimostrativi di prodotti e tecnologie a indicare il notevole interesse del settore privato nei confronti dei biostimolanti. Erano presenti 6 aziende italiane (Biolchim, Grabi, Ilsa, Italpollina, Sicit, Valagro) su 14 sponsor totali. La ripartizione dei partecipanti per Paese ha visto una prevalenza di italiani con il 12,9% del totale, seguiti da francesi (10,6%), americani (10,3%), spagnoli (7,6%), tedeschi (4,1%), olande- GRAFICO 1 - Ripartizione percentuale dei lavori presentati al Congresso per tipologia di sostanza o microrganismo ad azione biostimolante 3% 28% 7% 19% 12% 10% 17% 1% 2% 1% Sostanze umiche Estratti di alghe Idrolizzati proteici e aminoacidi Silicio Chitina e derivati del chitosano Fosfito PGPR ( 1 ) Micorrize Trichoderma Altri (ormoni, microelementi, ecc.) ( 1 ) Batteri promotori della crescita. si (3,9%), brasiliani (3,9%), belgi (3,7%), canadesi (3,3%), inglesi (2,6%), indiani (2,5%), sudafricani (2,3%), cinesi (2,3%), polacchi (1,9%), australiani (1,8%), israeliani (1,5%), altro (25%). L elevata partecipazione al Congresso e la provenien- za dei partecipanti rispecchiano il forte sviluppo che sta avendo il mercato dei biostimolanti nel mondo e soprattutto in Italia, Francia e Spagna, con un tasso annuo di crescita del 15%. I numerosi lavori presentati al Congresso (37 presentazioni orali e 178 poster), da parte delle aziende produttrici di biostimolanti e dal mondo della ricerca pubblica, hanno riguardato prevalentemente i batteri promotori della crescita (PGPR), gli estratti di alghe, gli idrolizzati proteici e aminoacidi, le sostanze umiche e le micorrize (grafico 1). Consistente anche la presenza di lavori relativi all impiego di biostimolanti come mezzo per aumentare l efficacia di sostanze ormonali o l efficienza di assorbimento e assimilazione dei nutrienti. I lavori sono stati incentrati soprattutto su colture cerealicole (frumento, mais), soia, arboree da frutto (vite, kiwi, melo, pesco, albicocco, olivo), orticole (pomodoro, peperone, lattuga, brassicacee), colture frutticole tropicali (banano), officinali (basilico, menta, rosmarino, timo), ornamentali e da fiore (tagete, Euphorbia x lomi) e sulla pianta modello per studi di biologia molecolare Arabidopsis thaliana. Gli obiettivi principali dei lavori presentati hanno riguardato l individuazio- 47/2015 supplemento a L Informatore Agrario 11

2 ne di nuove sostanze-microrganismi ad azione biostimolante, lo sviluppo di processi di produzione avanzati, la comprensione dei meccanismi d azione e delle componenti più attive dei biostimolanti, la preparazione di nuovi formulati in grado di aumentare l efficacia dei prodotti e agevolarne l applicazione in campo, l effetto dei prodotti su produzione, caratteristiche qualitative del prodotto (dimensione, colore, caratteristiche nutrizionali), anticipo dell entrata in produzione e aumento della tolleranza a stress abiotici. Aggiornamenti sull iter legislativo Durante il Congresso è stato fatto anche il punto sullo stato della legislazione in Europa sui biostimolanti grazie all intervento di Benoit Genot, responsabile per le pubbliche relazioni del Consorzio europeo dell industria dei biostimolanti (Ebic). L intervento ha evidenziato l importanza dell istituzione della categoria dei biostimolanti a livello europeo al fine di promuovere lo sviluppo del settore e garantire l utilizzatore finale. A fine ottobre 2015 la Commissione Europea ha pubblicato una roadmap per un nuovo regolamento sui biostimolanti che sarà subito applicabile in tutti gli Stati membri una volta approvato. Il nuovo regolamento andrà ad affiancare le attuali normative nazionali sui biostimolanti. Secondo la norma, un prodotto biostimolante che soddisfa i requisiti del nuovo regolamento europeo potrà essere liberamente commercializzato in tutti gli Stati membri mentre, se registrato secondo la normativa nazionale, potrà essere commercializzato solo negli Stati membri in cui è stato registrato come biostimolante. La proposta legislativa dovrebbe essere sottomessa a febbraio 2016 al Parlamento Europeo e al Consiglio dei ministri e il termine dell iter legislativo dovrebbe concludersi entro il Biostimolanti: i meccanismi d azione La sala affollata di pubblico durante il II congresso mondiale sui biostimolanti Molte aziende sono interessate all identificazione delle componenti attive delle sostanze biostimolanti in relazione al loro effetto sulle colture, quindi a comprendere i meccanismi d azione dei biostimolanti. La possibilità di individuare quelle molecole o frazioni del prodotto aventi attività biologiche, come pure di chiarire i meccanismi d azione delle stesse apre importanti possibilità di difesa commerciale del prodotto, di ottimizzazione della sua produzione e di miglioramento delle strategie d uso in campo. Tale sfida risulta particolarmente complessa, considerando che i biostimolanti agiscono attraverso meccanismi differenti ma complementari sia rispetto ai fertilizzanti sia ai prodotti fitosanitari, e che differenti processi concorrono, in modo sinergico, a determinare la risposta della coltura. FIGURA 1 - Le diverse scienze «omiche» (genomica, trascrittomica, proteomica e metabolomica) DNA RNA proteine metaboliti Genomica Trascrittomica Proteomica Metabolomica Effetto fisiologico Lo studio di queste scienze sta fornendo strumenti importanti per comprendere i meccanismi d azione dei biostimolanti nella pianta. Dal Congresso è emerso che negli ultimi anni le cosiddette scienze di tipo «omico» (trascrittomica, proteomica e metabolomica), supportate dal progresso strumentale in ambito bioanalitico, hanno mostrato un grande potenziale per comprendere i meccanismi d azione dei biostimolanti sulla fisiologia vegetale (figura 1). Tali approcci, rivolgendosi alla valutazione dell intero trascritto di RNA a partire dal genoma (trascrittomica), piuttosto che all intero profilo proteico codificato dall RNA (proteomica) o ai metaboliti prodotti dalle proteine (metabolomica), si sono dimostrati largamente informativi per quanto comunque molto complessi. Fra i lavori selezionati come presentazioni orali al Congresso, la trascrittomica è stata la tecnologia più frequentemente utilizzata per la comprensione del meccanismo d azione dei biostimolanti. A riguardo, interessanti sono stati i lavori presentati sull impiego della tecnica di nuova generazione (Next Generation Sequencing) per studiare i meccanismi molecolari della dormienza in kiwi e come questi siano influenzati da applicazioni di biostimolante e sull analisi dei trascrittomi in pomodoro per l individuazione di sostanze ad azione biostimolante. Anche la proteomica, e soprattutto la metabolomica, sono frequentemente utilizzate perché più vicine alla condizione metabolica della pianta e, quindi, all effettivo stato fisiologico della stessa. Un esempio applicativo sulle potenzialità della metabolomica nel comprendere gli effetti di biostimolanti a base di estratti di alghe sul metaboloma della soia è stato presentato da Luigi Lucini, docente presso l Università Cat- Luigi Lucini 12 supplemento a L Informatore Agrario 47/2015

3 PUBBLICAZIONE INTERNAZIONALE LETTERATURA SCIENTIFICA E BIOSTIMOLANTI Giuseppe Colla e Youssef Rouphael hanno curato l edizione di un numero speciale (n. 196) della rivista scientifica internazionale Scientia Horticulturae dell Elsevier dal titolo «Biostimulants in Horticulturae». Il numero speciale include 10 articoli scientifici a invito redatti da docenti universitari, ricercatori e tecnici del settore. Il primo articolo, a cura di Patrick Du Jardin dell Università belga di Liège, affronta gli aspetti relativi alla definizione, classificazione e normativa dei biostimolanti. Gli altri articoli vogliono fare il punto sulle conoscenze tecnico-scientifiche delle sostanze-microrganismi ad azione biostimolante (sostanze umiche, idrolizzati proteici, estratti di alghe, chitina e chitosano, fosfito, silicio, micorrize arbuscolari, Trichoderma spp. e batteri promotori della crescita delle piante). La presentazione del numero speciale di Scientia Horticulturae durante il II Congresso mondiale sull uso dei biostimolanti in agricoltura tolica del Sacro Cuore di Piacenza. Il lavoro ha dimostrato che l applicazione dei biostimolanti riduce l accumulo nelle foglie di metaboliti da stress, varia il bilancio ormonale e favorisce alcune vie metaboliche relative all assimilazione dei nutrienti. L impiego della proteomica e metabolomica appare però ancora limitato dalla scarsa disponibilità di database sul profilo proteico e metabolico delle specie agrarie, da utilizzare nell interpretazione dei risultati finalizzati alla completa comprensione dell effetto dei biostimolanti sulla fisiologia vegetale. Non è un caso, d altronde, che la maggior parte dei lavori presentati sulla comprensione del meccanismo d azione dei biostimolanti riguardasse studi su Arabidopsis thaliana, organismo modello per la genetica e la biologia molecolare e cellulare delle piante. In questi ultimi anni il potenziale di questi approcci sta crescendo esponenzialmente per il progresso delle tecnologie hardware di analisi (microarray, RNA-seq, spettrometria di massa) e per la capacità di elaborare i cosiddetti «big data» e gestire la mole di informazioni che le scienze omiche generano. Per quanto la discussione scientifica abbia evidenziato la fondamentale importanza di un disegno sperimentale corretto, La prefazione e gli articoli (in lingua inglese) sono scaricabili gratuitamente al seguente indirizzo web journal/ /196 in condizioni reali di campo e su colture rappresentative le aspettative nei confronti delle scienze omiche e della loro integrazione (system biology) rimangono comunque ampie. Maurizio Ruzzi Interazioni tra biostimolanti e microbioma Maurizio Ruzzi, docente presso l Università degli studi della Tuscia, ha evidenziato le principali innovazioni nel settore dei biostimolanti microbici e dell interazione delle sostanze biostimolanti con la microflora epifita e della rizosfera delle piante. È stato dimostrato infatti che applicazioni fogliari di biostimolanti e fertilizzanti di origine vegetale determinano variazioni della composizione del microbioma epifita delle piante di lattuga stimolando la crescita di microrganismi capaci di produrre composti ad azione biostimolante e bioprotettiva che potenziano e ampliano le proprietà degli idrolizzati vegetali. Queste ricerche evidenziano che lo sviluppo ecocompatibile di nuove sostanze biostimolanti per l agricoltura non può prescindere da un analisi attenta dell effetto che le sostanze stesse possono avere sulla pianta e sull interazione pianta-microrganismi tenendo sempre presente che la qualità delle coltivazioni è strettamente collegata alla qualità del suolo e alla biodiversità microbica. Un aspetto importante affrontato durante il Congresso e ripreso nelle conclusioni affidate a Patrick Brown, docente di fisiologia e biochimica vegetale presso l Università della California di Davis, ha riguardato l importanza del microbioma (ossia dell insieme dei microrganismi associati alla pianta) nell amplificazione, modulazione, attenuazione e modificazione del segnale chimico che le piante ricevono quando vengono esposte a biostimolanti. È noto che le piante riescono a comunicare tra loro attraverso diversi meccanismi, per esempio producendo composti chimici volatili; meno noto è il fatto che i microrganismi producono sostanze volatili che stimolano la crescita delle piante. Javier Pozueta Romero, dell Istituto di agrobiotecnologie del Consiglio superiore spagnolo per la ricerca scientifica (Csic), ha mostrato con esperimenti in campo che anche i microrganismi patogeni possono produrre sostanze volatili che stimolano la crescita delle piante. Ulteriori studi hanno riportato che composti volatili emessi da diversi microrganismi stimolano l attività fotosintetica e la biosintesi di citochinine in Arabidopsis. Queste ricerche evidenziano quanto siano limitate le nostre conoscenze sui composti naturali utili in agricoltura e quanto può essere ancora fatto nello sviluppo di nuovi prodotti e di nuove tecnologie a basso impatto ambientale. Un altro contributo molto interessante sull importanza del microbioma sulla salute della pianta è stato fornito da Alan B. Bennett, docente di biolo- 47/2015 supplemento a L Informatore Agrario 13

4 gia vegetale presso l Università della California di Davis. Studiando i meccanismi di adattamento allo stress in varietà di mais tipiche del Messico, il gruppo di ricerca dell Università di Davis ha dimostrato che la formazione di mucillagine attorno alle radici aeree che producono queste piante è collegata allo sviluppo di microrganismi specifici che promuovono la difesa della pianta e la sua capacità di acquisire nutrienti in condizioni di avversità. Infine, diversi lavori hanno dimostrato un crescente interesse delle aziende verso biostimolanti microbici da utilizzare come inoculanti delle colture agrarie. Per garantire un elevata efficacia dei biostimolanti microbici è stata evidenziata la necessità di considerare il genotipo e l ambiente di coltivazione nel processo di selezione dei ceppi microbici. Tra i microrganismi, quelli maggiormente considerati per la produzione di inoculi sono i funghi micorrizici arbuscolari (Glomus intraradices, Glomus mosseae), il fungo saprofita Trichoderma spp., e diversi batteri promotori della crescita delle piante (PGPR). I lavori hanno anche evidenziato che i consorzi microbici garantiscono generalmente performance migliori rispetto all applicazione di inoculi contenenti un solo ceppo microbico. Durante il congresso sono stati presentati anche nuovi formulati per ottimizzare l applicazione sulle diverse colture agrarie quali ad esempio un biostimolante in pastiglia contenente Glomus intraradices, Trichoderma atroviride, batteri della rizosfera e sostanza organica biologicamente attiva e un inoculo micorrizico formulato per la concia industriale liquida dei semi di cereali autunno-vernini. Biostimolanti e resistenza a stress Giuseppe Colla Giuseppe Colla, docente presso l Università degli studi della Tuscia, ha riportato le principali innovazioni relative all effetto dei biostimolanti sulla tolleranza a stress abiotici delle colture. I lavori presentati hanno riguardato principalmente la possibilità di mitigare gli stress da siccità, salinità e temperature non ottimali attraverso applicazioni di biostimolanti. La maggior parte dei lavori sono stati svolti in camera di crescita sulla specie modello Arabidopsis thaliana, mentre limitati sono stati gli studi realizzati su colture di interesse agrario e in condizioni reali di coltivazione. La maggior parte degli studi presentati ha riguardato l impiego di estratti di alghe a base di Ascophyllum nodosum per mitigare gli stress abiotici. Grazie alla trascrittomica è stato possibile identificare un ruolo importante delle citochinine nei meccanismi di resistenza agli stress. Similmente, Giuseppe Colla ha riportato diversi studi che hanno evidenziato un miglioramento della tolleranza delle colture a stress abiotici a seguito di applicazioni di un idrolizzato proteico di origine vegetale. Grazie ad analisi morfofisiologiche e metabolomiche è stato possibile identificare, tra i meccanismi d azione del biostimolante, un aumento del rapporto tra parte radicale/epigea, un miglioramento dell assorbimento e dell assimilazione dell azoto, della stabilità delle membrane cellulari, un accumulo di osmoprotettanti, un attivazione del sistema di difesa da stress ossidativi e una modifica del bilancio ormonale. Altre sostanze ad azione biostimolante sembrano promettenti nel mitigare gli stress abiotici; ricercatori dell Università tedesca di Münster hanno infatti evidenziato come i trattamenti con chitosano (polisaccaride cationico derivato dalla deacetilazione della chitina ottenuta dall esoscheletro di crostacei, ad esempio granchi, gamberi) su Arabidopsis thaliana inducono la chiusura degli stomi riducendo quindi la traspirazione e lo stress idrico. Un altro studio condotto su brassicaceae ha evidenziato che applicazioni fogliari di biostimolante a base di selenio e betaine aumentano la tolleranza a stress idrico e l accumulo di selenio nei tessuti fogliari. Un gruppo di ricercatori dell Università polacca di Wrocław ha invece riportato che trattamenti al seme con acido ascorbico aumentano la tolleranza alla salinità, mentre secondo i ricercatori dell Università belga di Namur le applicazioni fogliari di un biostimolante a base di oligosaccaridi incrementa la tolleranza alla siccità in pomodoro. Infine, diversi studi hanno confermato l effetto positivo di inoculi a base di funghi micorrizici sulla tolleranza a stress salino e idrico in diverse colture. Tra le innovazioni relative alle nuove sostanze ad azione biostimolante, interessanti sono stati i risultati presentati sull azione biostimolante di un estratto di polisaccaridi da microalga verde azzurra Spirulina platensis in pomodoro e peperone. Un altra interessante innovazione ha riguardato la formulazione di biostimolanti a base di acidi umici in soluzione acquosa a ph acido al fine di aumentarne la compatibilità con micronutrienti, con acido fosforico e composti chimici sensibili al ph alcalino. Un azienda polacca ha proposto un biostimolante a base di titanio in grado di migliorare la produttività di diverse colture agrarie attraverso un incremento della germinabilità del polline, con conseguente maggiore allegagione, mentre un altro lavoro ha riportato effetti biostimolanti in un prodotto contenente cobalto. Dai lavori emerge come la ricerca sia rivolta all individuazione di nuove sostanze ad azione biostimolante, anche attraverso il recupero di biomasse di scarto da altri processi industriali (es. pannelli di semi da estrazione olio) e l adozione di processi produttivi sempre più innovativi (es. estrazione con andride carbonica supercritica). Biostimolanti e qualità del prodotto Youssef Rouphael, docente presso l Università di Napoli «Federico II», ha riferito delle principali innovazioni relative all effetto dei biostimolanti sulla qualità del prodotto. L applicazione di biostimolanti come acidi umici, acidi fulvici, estratti di alghe, idrolizzati proteici e inoculanti microbici come micorrize arbuscolari, Trichoderma spp. e batteri promotori della crescita dei vegetali (PGPR) 14 supplemento a L Informatore Agrario 47/2015

5 Youssef Rouphael sono in grado di modificare il metabolismo primario e secondario delle piante, stimolando la produzione e l accumulo di zuccheri, proteine e di composti antiossidanti (carotenoidi, polifenoli, flavonoidi, ecc.). A questo riguardo, Giovan Battista Mattii dell Università di Firenze ha mostrato che l applicazione fogliare di biostimolanti su vigneti di Sangiovese è stata in grado di incrementare sia il contenuto in polifenoli sia quello di antocianine estraibili, entrambi parametri chiave per ottenere vini di qualità, anche se i risultati erano variabili rispetto all annata. Analogamente, un gruppo di ricercatori spagnoli ha evidenziato come l applicazione fogliare di estratti da tralci di vite sia in grado di incrementare la qualità del vino bianco contribuendo al miglioramento del colore, a una diminuzione dell aroma erbaceo e all incremento di aromi speziati rispetto ai vini scelti come controllo. Sempre su vite, l applicazione dell estratto di alga Sargassum spp. ha fatto incrementare il tenore zuccherino riducendo contemporaneamente la presenza di nitrati su alcuni vigneti coltivati in Cina. Un altro gruppo, in Spagna, ha utilizzato un biostimolante contenente aminoacidi durante la fioritura del grano per incrementare il contenuto proteico della granella. Presso l Università della Tuscia e quella di Napoli è stata valutata la possibilità di integrare e/o sostituire gli ormoni di sintesi con estratto vegetale «Auxym» nelle applicazioni fogliari a inizio fioritura, allegagione e maturazione dei frutti di specie ortofrutticola con lo scopo di incrementare il numero e peso medio dei frutti. Analogamente, un gruppo di ricercatori turchi ha studiato gli effetti sulla qualità del mandarino trattato con l estratto di alghe marine Ascophyllum nodosum ed Ecklonia maxima riportando un incremento del contenuto in solidi solubili del succo e del rapporto zuccheri/acidità titolabile. Durante il Congresso è stato anche presentato uno studio sui chitosani finalizzato a migliorare il contenuto e la composizione dell olio essenziale di menta per usi industriali. A fronte di questi studi che evidenziano un effetto positivo di numerosi biostimolanti sulla qualità dei prodotti mancano informazioni esaustive sui meccanismi di azione dei biostimolanti e delle relative componenti. In questo senso il recente sviluppo delle scienze omiche potrà contribuire a una migliore comprensione dei meccanismi d azione dei biostimolanti sulla qualità nutrizionale del prodotto. A cura di Giuseppe Colla Si ringraziano Youssef Rouphael, del Dipartimento di agraria dell Università di Napoli «Federico II», Luigi Lucini, dell Istituto di chimica agraria e ambientale dell Università Cattolica del Sacro Cuore, e Maurizio Ruzzi, del Dipartimento per l innovazione nei sistemi biologici, agroalimentari e forestali dell Università degli studi della Tuscia per la collaborazione alla stesura dell articolo. Per commenti all articolo, chiarimenti o suggerimenti scrivi a: redazione@informatoreagrario.it

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