Escherichia coli, processo di internalizzazione in piante di GF677

Marco Gobbetti è tra i vincitori dell'AgroInnovation Award 2018 con la tesi "Wastewater as an alternative source for irrigating horticultural crops: investigating Escherichia coli root internalization on GF 677 (Prunus persica x Prunus amigdalus)"

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Il vincitore della categoria 'agrometeorologia e gestione delle risorse idriche', tesi magistrali

Secondo la Fao, l'agricoltura utilizza circa il 70% dell'acqua disponibile a livello globale, ma negli ultimi anni deve far fronte alla domanda crescente da parte degli altri organi della società e agli effetti del cambiamento climatico. Nelle ultime stagioni oltre ad aver riscontrato anomalie termiche, si sono registrate anomalie pluviometriche, determinate da periodi siccitosi intervallati da forti eventi temporaleschi dove tutta l'acqua in questo caso viene persa e non è utilizzabile per l'irrigazione. Il comparto agricolo è alla ricerca di nuove risorse e una di queste è rappresentata dal riutilizzo delle acque reflue in agricoltura.

Tra i vantaggi rientrano benefici economici per la riduzione dei costi dei trattamenti, ambientali per la salvaguardia delle fonti d'acqua dolce e benefici agronomici determinati dall'utilizzo dei nutrienti contenuti in queste acque.

Dobbiamo però elencare anche dei rischi: rischi ambientali provocati dalla dispersione di metalli pesanti, nitrati e sostanza organica nell'ambiente e rischi per la salute umana determinati dalla possibile diffusione di patogeni pericolosi per l'uomo.
In Italia il riutilizzo delle acque reflue è regolato dal Decreto ministeriale 185 del 12 giugno 2003 a livello nazionale. Nella tabella in particolare vediamo le differenze tra i parametri microbiologici del D.M. 185/03 e il D. Lgs. 152/06 che invece regola lo scarico al suolo e nelle acque superficiali.

Tabella riuso acque

Salmonella spp. ed E. coli sono batteri Gram-negativi e possono causare malattie che colpiscono il sistema nervoso, gastrointestinale e urinario. Il consumo di prodotti freschi contaminati come frutta e verdura crude può essere la causa di queste malattie e l'irrigazione con acque reflue può essere causa di contaminazione di Salmonella spp. ed E. coli. La contaminazione in questo caso può avvenire per contatto diretto (es. sistema di irrigazione a microaspersione su orticole) oppure per contatto indiretto tra l'acqua contaminata e la pianta (impianto a goccia in frutteto) e contaminazione a livello radicale.

In questo ultimo caso abbiamo il processo di internalizzazione.
Possiamo dividerlo in meccanismo attivo, quando si verifica un'azione diretta da parte di questi batteri, o meccanismo passivo, quando la pianta assorbe la soluzione circolante nel terreno con all'interno i microrganismi.

Lo scopo del nostro studio è stato valutare l'effetto delle acque reflue secondarie, perciò non sottoposte ai trattamenti di rimozione dei nutrienti.

Nella sperimentazione abbiamo analizzato il processo di internalizzazione di E. coli in piante di GF677, portinnesto ibrido ottenuto per incrocio tra il pesco e il mandorlo, attualmente il più utilizzato per la peschicoltura.
 
Pianta di gf677

L'uso di acque reflue non ha causato effetti fitotossici sulla pianta e la crescita dei germogli è aumentata durante la stagione per i nutrienti all'interno delle acque. Questi risultati evidenziano benefici in termini di risparmio di fertilizzanti e riduzione dei problemi legati all'eutrofizzazione dovuto allo scarico nelle acque superficiali.

Nelle nostre misurazioni, il potenziale idrico del fusto non ha mostrato alcuna differenza tra i diversi trattamenti, indicando quindi come non ci sia un effetto negativo provocato dalla possibile salinità dell'acqua reflua.

L'internalizzazione di E. coli in condizioni controllate ha dimostrato che il microrganismo è in grado di colonizzare la superficie radicale delle piante e di entrare nelle radici, ma non è stato trovato nella parte aerea della pianta. Questo risultato potrebbe essere dovuto ad un ostacolo fisiologico, la banda del Caspary, perché l'acqua in questo caso è costretta ad attraversare le membrane del simplasto.

Simplasto
Inoltre, nel lungo periodo, l'attività di E. coli cala sia all'interno che all'esterno della radice. Tale calo è provocato dalla competizione con la microflora epifita ed endofita della pianta e dai sistemi di difesa da essa innescati.
A livello europeo, il tema del riutilizzo delle acque reflue in agricoltura non è regolato. Solo nel maggio 2018 la Commissione europea ha avanzato una proposta di legge che intende stimolare e facilitare il riutilizzo nell'Ue delle acque per l'irrigazione agricola.

Una non regolamentazione porta numerosi Stati membri ad avere problemi, come riportato nel "Documento di riferimento per la consultazione pubblica sulle opzioni strategiche per ottimizzare il riutilizzo delle acque reflue''. Inoltre le diverse legislazioni nazionali in materia prevedono parametri molto diversi tra loro per il riutilizzo delle acque reflue e lo scarico in acque superficiali (indirettamente poi utilizzate per l'irrigazione).

I risultati della tesi dimostrano che l'uso di acque reflue secondarie potrebbe rappresentare, dal punto di vista microbiologico, una fonte alternativa per l'irrigazione di colture arboreee, di conseguenza, un'ottima soluzione ai problemi di crisi idrica determinati negli ultimi anni dal cambiamento climatico nelle aree del mediterraneo.

Ulteriori studi devono essere effettuati per valutare l'effetto delle acque reflue secondarie sulle prestazioni fisiologiche delle piante nel lungo periodo. È inoltre necessario approfondire la conoscenza delle interazioni tra pianta e batteri enteropatogeni per l'uomo, in condizioni di campo aperto.

Per eventuali contatti: marcogobbetti94@gmail.com

AgroInnovation Award è il premio di laurea istituito da Image Line in collaborazione con l'Accademia dei Georgofili al fine di promuovere la diffusione di approcci innovativi, strumenti digitali e l'utilizzo di internet in agricoltura.

AgroInnovation Award

Leggi le tesi vincitrici della seconda edizione.

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