Biostimolanti in agricoltura

Transcript

1 Biostimolanti in agricoltura Giuseppe Colla Dipt. DAFNE, Università dellatuscia, Italy

2 Un po di storia Zhang e Schmidt della Virginia Polytechnic Istitute and State University proposero per la prima volta nel 1997 il termine biostimolante per indicare materiali che applicati in piccole quantità promuovevano la crescita delle piante I biostimolanti a cui si faceva riferimento erano acidi umici ed estratti di alghe di cui si proponeva un azione ormonale

3 Kauffman et al. (2007) riprese la definizione di biostimolante con alcune modifiche definendo i biostimolanti materiali diversi dai fertilizzanti che promuovono la crescita applicati a basse dosi Inoltre introdussero una prima classificazione dei biostimolanti in tre gruppi: -acidi umici -estratti di alghe Un po di storia -prodotti contenenti amminoacidi

4 Legislazione italiana D.Lgs. 75/2010 e successiva modifica del 10 luglio 2013 sezione Prodotti ad azione specifica su pianta Biostimolanti prodotti che apportano ad un altro fertilizzante o al suolo o alla pianta, sostanze che favoriscono o regolano l assorbimento degli elementi nutritivi o correggono determinate anomalie di tipo fisiologico

5 Legislazione italiana D.Lgs. 75/2010 e successiva modifica del 10 luglio 2013 Prodotti ad azione su suolo - Inoculi di funghi micorrizici - Estratto umico derivante da acque di vegetazione delle olive Prodotti ad azione su pianta -biostimolanti - Idrolizzato proteico di erba medica - Idrolizzato enzimatico di Fabaceae - Epitelio idrolizzato animale - Estratto di erba medica, alghe e melasso - Estratto acido di alghe famiglia Fucales

6 Nel Giugno 2011 è stato fondato l EBIC con l obiettivo di proporre Definizione biostimolante Classificazione Metodi analitici Istituzione a livello legislativo di questa nuova categoria di prodotti a livello europeo

7 Tavolo tecnico

8

9 Classificazione (Du Jardin, 2012) Sostanze umiche Materiali organici complessi Elementi chimici benefici Sali inorganici incluso fosfito Estratti di alghe Chitina e derivati del chitosano Antitraspiranti Amminoacidi ed altri composti azotati

10 Biostimolanti sono sostanze e/o microrganismi che applicati alla pianta o rizosfera stimolano processi naturali che migliorano l efficienza d assorbimento e d assimilazione dei nutrienti, la tolleranza a stress abiotici e la qualità del prodotto. I biostimolanti non hanno effetti nutrizionali significativi ed effetti diretti su parassiti e patogeni e quindi non rientrano nelle categorie dei fertilizzanti e pesticidi

11 Biostimolanti Acidi umici Estratti di alghe Idrolizzati proteici

12 Le sostanze umiche sono sostanze che provengono alla decomposizione della sostanza organica e dall attività metabolica dei microrganismi Sono sostanze molto eterogenee classificate sulla base del peso molecolare e della solubilità: Umine (non solubili in acqua) Sostanze umiche Acidi umici (solubili in acqua a ph alcalino e precipitano a ph 1-2) Acidi fulvici (solubili in acqua a tutti i ph)

13 Sostanze umiche Estratte da depositi di leonardite, lignite, torba, compost, vermi-compost

14 Effetti degli acidi umici nel substrato - Azione complessante sui cationi (elevata CSC) - Maggiore biodisponibilità nutrienti per effetto tampone su ph - Riduzione attività ioni potenzialmente fitotossici (Na +, Cl - )

15 Effetti sulla radice -HS +HS -HS +HS -HS +HS -HS +HS Canna da zucchero Mais Pomodoro Arabidopsis

16 Acidi umici in pomodoro (Atiyeh et al., 2002)

17 Acidi umici e assorbimento nutrienti - aumentano superficie radicale - stimolano attività trasportatori radicali dei nutrienti (es. nitrato) e degli enzimi coinvolti nel processo di assimilazione Acidi umici Radici Trasporto e metabolismo Proliferazione radicale Attivazione trasportatori nutrienti presenti sulla superficie delle cellule radicali - attivano metabolismo secondario e accumulo antiossidanti

18 Acidi umici e resistenza a stress Aumento tolleranza a stress abiotici (es. siccità) Incremento resistenza verso patogeni (es. peronospora)

19 Acidi umici come vettori di microrganismi utili Acidi umici essendo recalcitranti a degradazione microbica si prestano a veicolare inoculanti microbici nella rizosfera (biofertilizzanti) 20 mg HAC L cellule ml -1 Herbaspirillum seropedicae 400 L ha -1 at V6 stage

20 Estratti di alghe Prodotti ottenuti per estrazione da alghe verdi, rosse o brune Ulva sp. Chondrus sp. Ascophyllum nodosum Palmarla sp. Laminaria digitata Ecklonia maxima Fucus sp.

21 Raccolta

22 Estrazione Lavaggio, centrifugazione e filtrazione Estrazione in acqua ad alta pressione Estrazione in alcool (es. citochinine in etanolo o gibberelline in metanolo) Estrazione in ambiente alcalino (es. auxine) Estrazione assistita con microonde (es. fucoidano) Estrazione con CO 2 nello stato supercritico Fermentazione

23 Caratteristiche degli estratti di alghe - Polisaccaridi - Fitormoni (auxine, citochinine, poliammine) - Fenoli - Sali minerali

24 Effetto auxinico Controllo Trattato con estratto alga

25 Produzione (g/m 2 ) Biomassa secca radici (g/m 2 ) Area fogliare (cm 2 ) Estratto di alghe e rucola in floating Controllo Estratto alga Controllo Estratto alga Vernieri et al., 2006

26 Effetti su resistenza a stress biotici Polisaccaridi presenti negli estratti fungono da elicitori promuovendo l attivazione di risposte di difesa a stress nella pianta Patogeno Enzimi pectici Patogeno Cellula vegetale

27 Effetti su resistenza a stress biotici Applicazioni fogliari di estratto a base di A. nodosum riducevano danni da peronospora e sclerotinia Applicazioni radicali di estratto a base di A. nodosum stimolava microflora antagonista nel suolo riducendo danni da Pythium ultimum

28 Effetti su resistenza a stress biotici Applicazioni fogliari di estratto a base di A. nodosum riduceva la popolazione di acari rossi in melo e fragola Applicazioni fogliari di estratto a base di A. nodosum rendevano le piante meno attrattive verso gli afidi Applicazioni radicali di estratto a base di Ecklonia maxima riducevano danni da nematodi Controllo Estratto

29 Temperatura Salinità Siccità Tolleranza a stress abiotici Meccanismi coinvolti Aumento radici e rapporto radici/parte aerea Migliore stato nutrizionale Efficiente ormoregolazione (accumulo betaine) Riduzione formazione ROS (azione citochinine) Aumento attività enzimi di difesa da stress ossidativo

30 Idrolizzati proteici Prodotti contenenti una miscela di aminoacidi e peptide ottenuti per idrolisi chimica, enzimatica o mista di proteine di origine animale o vegetale

31 Idrolisi enzimatica (proteasi; t fino a 60 C) Idrolisi chimica/termica (acidi o basi; t fino a 138 C) Test PH Idrolizzato proteico

32 Caratteristiche degli idrolizzati proteici - Contenuto di azoto organico - Composizione amminoacidica - Amminoacidi liberi - Peptidi - Altre molecole (triacontanolo, poliammine) - Grado di racemizzazione degli amminoacidi (% forme destrogire su totale amminoacidi)

33 Parametro Caratteristiche idrolizzati proteici Idrolizzato proteico da collagene per idrolisi chimica Idrolizzato proteico da leguminose per idrolisi enzimatica Contenuto di azoto ++ + Rapporto C:N + ++ Amminoacidi liberi ++ + Grado di racemizzazione Peptidi + ++ Cloro e sodio ++ +

34 AMINOACIDI Idrolizzato proteico vegetale per via enzimatica Idrolizzato proteico da collagene per via chimica Alanine Arginine Aspartic Acid Cysteine 1.4 ND Glutamic Acid Glycine Histidine Hydroxyproline ND 12.3 Hydroxylisine ND 1.0 Isoleucine Leucine Lysine Methionine Phenylalanine Proline Serine Threonine Tryptophan 1.4 ND Tyrosine

35 Effetti degli idrolizzati proteici - Nutrizione delle piante - Stimolazione della crescita - Tolleranza a stress abiotici - Qualità del prodotto - Attività microbica

36 Nutrizione delle piante Idrolizzati proteici possono migliorare lo stato nutrizionale piante in quanto: - gli amminoacidi rappresentano una fonte diretta di azoto - gli aminoacidi e peptidi complessano i nutrienti prevenendone l insolubilizzazione - gli aminoacidi e peptidi stimolano specifici enzimi coinvolti nell assorbimento e assimilazione nutrienti

37 Azione ormonale - Fitormoni - Aminoacidi Peptidi - Peptidi Fitormoni in idrolizzato proteico di origine vegetale Composto Unità Auxina nmol mg -1 carbon Citochinina nmol mg -1 carbon (Ertani et al., 2014)

38 Attività auxino-simile Peptide promotore della radicazione (RHPP) identificato in un idrolizzato proteico di origine vegetale Gly-Gly-Ile-Arg-Ala-Ala-Pro-Thy-Gly-Asn-Glu-Arg Prova su pomodoro A: Talee non trattate B: Talee trattate con RHPP Brassica rapa A: controllo B: trattate con RHPP A B (Matsumiya, 2011)

39 Tolleranza a stress abiotici - Temperature estreme - Siccità - Salinità - Bassa luminosità Meccanismi resonsabili della maggior tolleranza a stress - Aumento sviluppo radicale e rapporto radice/parte aerea - Miglioramento della nutrizione delle piante - Aumento della stabilità delle membrane cellulari - Accumulo di osmoliti (es. prolina) - Aumento degli antiossidanti - Cambiamento del bilancio ormonale

40 Soluti organici compatibili Osmoliti organici responsabili del bilancio osmotico ed allo stesso tempo compatibili con il metabolismo cellulare Osmoprotettori in quanto stabilizzano le macromolecole in condizioni di stress da disidratazione e termico Prolina Glicina-betaina

41 Effetti fisiologici della prolina e glicina-betaina Osmoregolazione Protezione della funzionalità delle membrane dalla disidratazione Riserva di C e N Formazione di vacuoli a livello radicale in cui si accumula il Na che quindi viene trasportato in minor misura nella parte epigea Detossificazione della cellula dai radicali liberi Maggior accumulo di K nella parte epigea Abbassamento del punto di congelamento dei tessuti vegetali Protezione degli enzimi dalla denaturazione Attivazione di geni responsabili della sintesi di enzimi coinvolti nella tolleranza a stress

42 Tolleranza alla salinità in lattuga Idrolizzato proteico

43 Qualità dei frutti Gli idrolizzati proteici promuovono l accumulo di proteine, zuccheri e antiossidanti nei frutti Meccanismi coinvolti (Ertani et al., 2014; Gurav and Jadhav, 2012; Parrado et al., 2007) - Aumento fotosintesi - Riduzione scheletri carboniosi per sintesi amminoacidi - Attivazione del metabolismo secondario - Apporto precursori responsabili aromi (es. l alanina, l isoleucina, la leucina e la valina), colore (es. fenilanina è il precursore della biosintesi delle antocianine) e sapore (es. l arginina, l alanina, la glicina e la prolina).

44 Nitrati Gli idrolizzati proteici possono ridurre l accumulo di nitrati negli ortaggi Idrolizzato proteico (g/m 2 ) Produzion e foglie (kg/m 2 ) Nitrati (mg/kg) 0 4,03 b a 0,75 5,06 a b (Liu et al., 2008) I nitrati possono generare nitriti e nitrosamine che sono considerate tossiche per salute umana.

45 X 10 2 mg/kg g/pianta Peso fresco Nitrati Effetto della forma azota su produzione e accumulo di nitrati in cavolo cinese Nitrati

46 Conclusioni I biostimolanti presentano grosse potenzialità per migliorare la sostenibilità delle colture I biostimolanti sono più efficaci se applicati frequentemente a basse dosi, soprattutto per via radicale L azione biostimolante varia in relazione alla coltura, allo stadio fenologico ed alle condizioni ambientali I biostimolanti possono presentare una certa variabilità nella composizione in funzione della materia prima e del processo produttivo Una normativa europea sui biostimolanti è necessaria per promuovere la crescita del settore e prevenire frodi

47 Grazie per l attenzione

48 Corso sui biostimolanti Verona - 23 ottobre