Alla ricerca dei meccanismi d'azione

Uso di idrolizzati proteici come biostimolanti in orticoltura: il progetto Phobos presentato alla Biostimolanti conference 2021

di Vittoriana Lasorella

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Comprensione dei meccanismi di azione e ottimizzazione dell'efficacia attraverso un approccio multidisciplinare: primi risultati del progetto Phobos presentati il 4 marzo 2021 in occasione dell'ultima giornata della Biostimolanti conference (Foto di archivio)

Una delle categorie più importanti di biostimolanti vegetali è quella degli idrolizzati proteici: miscele di peptidi e aminoacidi ottenute dall'idrolisi enzimatica e/o chimica di proteine da materie prime di origine animale o vegetale.

Efficienza d'uso dei nutrienti, tolleranza agli stress abiotici, miglioramento delle caratteristiche qualitative, aumento della disponibilità di nutrienti confinati nel suolo, ecco alcuni degli effetti biostimolanti attribuibili a questa categoria.

L'uso degli idrolizzati proteici in orticoltura è l'argomento analizzato nell'ambito del progetto Prin (progetti di rilevante interesse nazionale) dal nome Phobos, che ha come obiettivo non solo quello di sviluppare nuovi prodotti biostimolanti ma anche di approfondire le conoscenze relative ai meccanismi d'azione.

I primi risultati della ricerca sono stati presentati il 4 marzo 2021 in occasione dell'ultima giornata della Biostimolanti conference, moderata da Teresa Manuzzi (Fruit communication). L'edizione 2021 è stata organizzata dall'Arptra, Associazione regionale pugliese dei tecnici e ricercatori in agricoltura, e da Fruit communication, con il patrocinio della Soi, Società orticola italiana. Fertilgest®, la banca dati dei fertilizzanti, dei concimi e dei substrati che insieme ad AgroNotizie fa parte del network di Image Line, è stato content partner dell'evento.
 
Biostimolanti Conference 2021
 

Introduzione al progetto Phobos

Uso di idrolizzati proteici come biostimolanti in orticoltura: comprensione dei meccanismi di azione e ottimizzazione dell'efficacia attraverso un approccio multidisciplinare, Phobos. Questo il titolo del progetto, della durata di 3 anni, finanziato dal Miur e che coinvolge quattro Università:
  • l'Università degli studi della Tuscia con il professor Giuseppe Colla del dipartimento di Scienze agrarie e forestali;
  • la libera Università di Bolzano con il professor Yourly Pii della facoltà di Scienze e tecnologie;
  • l'Università cattolica del Sacro Cuore, con il professor Luigi Lucini del dipartimento di Scienze e tecnologie alimentari per una filiera agro-alimentare sostenibile;
  • l'Università degli studi di Napoli Federico II, con il professor Youssef Rouphael del dipartimento di agraria.
Alla ricerca collabora, inoltre, l'azienda ceca Psi (Photon systems instruments) specializzata nella fenotipizzazione delle piante attraverso sistemi di analisi delle immagini.

L'obiettivo principale è quello di progettare biostimolanti innovativi. Il lavoro sarà così suddiviso:
  • produzione di idrolizzati proteici vegetali;
  • test di laboratorio per valutare la loro attività ormono simile;
  • screening degli idrolizzati in una piattaforma di fenotipizzazione ad alta processività;
  • prove agronomiche in serra su lattuga e pomodoro;
  • utilizzo della metabolomica, ionomica, e trascrittomica per comprendere i meccanismi di azione;
  • studio degli effetti degli idrolizzati proteici sulla comunità microbica.
Gli idrolizzati di partenza sono stati prodotti da biomasse di scarto al fine di incentivare la circular economy. Tutte le fasi successive porteranno allo scarto di quegli idrolizzati significativamente meno produttivi.
 

Che cos’è e perché è utile la fenotipizzazione ad alta processività?

Il fenotipo è l'insieme delle caratteristiche osservabili di un organismo e nel caso della pianta è influenzato sia dal materiale genetico che la caratterizza che dall'ambiente circostante. Per migliaia di anni l'uomo ha selezionato le piante osservando il fenotipo. 

Ad oggi i metodi di osservazione sono sempre più sviluppati: metodi distruttivi (ad esempio il calcolo del peso secco o fresco, l'estrazione della clorofilla, ecc.), metodi non distruttivi (come la misura del diametro della pianta) fino ai metodi per immagini.

Nel contesto del progetto Phobos sono stati utilizzati metodi per immagini ad alta processività che permettono si seguire un elevato numero di piante e misurarle contemporaneamente attraverso l'utilizzo di diversi tipi di sensori. Per riportare solo alcuni esempi, con la thermal imaging si misura la temperatura superficiale delle piante e si ottengono informazioni sulla conducibilità stomatica; con la morphometric imaging si monitorano i tessuti vegetali in dimensioni e morfologia; con la chlorophyll fluorescence imaging è possibile studiare l'efficienza fotosintetica delle piante misurando la fluorescenza della clorofilla.

Mirella Sorrentino dell’Università di Napoli Federico II ha descritto la fase di screening del progetto relativa all'attività biostimolante in lattuga e pomodoro attraverso una piattaforma di fenotipizzazione ad alta processività.

Undici idrolizzati proteici sono stati forniti a piante di Arabidopsis thaliana. Quelli che hanno fornito i risultati migliori per quanto riguarda la crescita delle piante sono stati successivamente utilizzati per una prova su piante adulte di lattuga e pomodoro. Queste sono state soggette a fenotipizzazione automatizzata utilizzando i diversi sensori.

La fenotipizzazione automatizzata ad alta processività è una tecnica utile che permette in tempi ristretti di confrontare gli effetti di molteplici sostanze in specie diverse. Metodo dall'enorme potenziale nel campo dello sviluppo di nuovi biostimolanti.
 

Valutazione dell'attività ormono simile

Come si valuta l'attività biostimolante? Quale iter va seguito? Dal laboratorio al campo partendo dai biosaggi: metodi standard di laboratorio che utilizzando porzioni di pianta consentono di valutare la qualità e l'intensità degli effetti indotti da una sostanza allo scopo di consentire l'inclusione in una classe di composti capaci di stimolare delle risposte. I saggi biologici, quindi, mediante risposte fisiologiche, permettono di confrontare i comportamenti indotti da sostanze di origine e caratteristiche chimiche diverse. Strumenti rapidi e affidabili, altamente reperibili e utili per valutare l'attività ormono simile dei biostimolanti.

Valentina Ceccarelli dell'Università degli studi della Tuscia ha parlato dell'utilizzo dei biosaggi nel contesto del progetto Phobos. Sono stati testati diversi prodotti a diverse dosi per prove di radicazione delle talee di pomodoro. Alcuni idrolizzati proteici somministrati a 6 ml/L hanno sostenuto la radicazione garantendo un aumento della biomassa e un miglior sviluppo dell'apparato radicale (aumento del numero di radici avventizie e aumento della lunghezza dell'apparato radicale).
 

Metabolomica e trascrittomica

I meccanismi di azione degli idrolizzati proteici non sono ancora completamente noti. Come per l'utilizzo di altri input agricoli, è importante conoscerli per individuare i giusti metodi di applicazione e le dosi e per ottimizzarne l'uso adeguandolo al contesto. Inoltre, la ricerca dei meccanismi d'azione ha una valenza non solo in termini scientifici ma anche per quanto riguarda il nuovo regolamento (regolamento Eu 2019/1009 che verrà applicato a partire dal 16 luglio 2022) e quindi per la validazione dei claim.

Le scienze omiche si collocano a sostegno di un approccio integrato e sono indispensabili per la conoscenza dei meccanismi d'azione.

Luigi Lucini dell'Università cattolica del Sacro Cuore ha spiegato perché sono state applicate le tecniche di metabolomica e di trascrittomica nell'ambito del progetto Phobos.

Attraverso la metabolomica è possibile studiare e comparare il profilo dell'intero numero di metaboliti e dei composti chimici presenti in una pianta. L'approccio non richiede un'ipotesi di partenza, il meccanismo alla base resta infatti sconosciuto. Vengono poi identificate le molecole presenti confrontando le piante trattate e quelle non trattate. Attraverso un approccio pathway analysis queste molecole vengono legate a specifiche reazioni metaboliche. In altre parole al meccanismo d'azione.

Per andare nel dettaglio dell'attività ormono simile, sono state effettuate delle analisi di trascrittomica. Questa scienza permette di individuare tutti i trascritti di Rna in uno specifico tipo di cellula o tessuto, in un determinato stadio di sviluppo e condizione fisiologica e di valutare l'espressione genica, le proteine prodotte e infine il meccanismo d'azione che ne deriva.

I risultati di questi studi hanno evidenziato un'attività auxino simile (le auxine sono gli ormoni vegetali più importanti per la crescita della pianta) molto rilevante da parte di alcuni idrolizzati proteici. Il meccanismo d'azione non prevede il coinvolgimento diretto delle auxine ma un effetto di segnalazione nella cellula simile a quello dell'auxina. Inoltre, i differenti idrolizzati proteici testati hanno dimostrato differenti attività anche tra differenti organi della pianta.
 

Le proposte delle aziende

Abomin Sp: oggi si sta rivalutando l'importanza delle sostanze naturali come aminoacidi, vitamine, ecc. per dare al terreno tutto quello di cui ha bisogno. I prodotti Abomin sono al 100% naturali e forniscono al terreno più di 80 elementi nutritivi, sono a base di argilla che aumenta la fertilità del terreno stimolando l'attività di scambio cationico.

AlzChem: propone Kelpak, bioregolatore naturale a base di estratto d'alga (Ecklonia maxima) ricco di poliammine, acidi organici, florotannini e soprattutto fitoregolatori. Gli effetti principali riguardano la migliore germinazione dei semi, la maggior crescita del tubetto pollinico, il miglior sviluppo dei frutti, la migliore formazione del fiore e la riduzione dei sintomi da stress.

Scam: si interessa alla prevenzione della crisi post trapianto che può causare carenza nutrizionale e idrica della pianta. Il prodotto Newferstim 6.12 è un concime organo minerale utilizzabile in fertirrigazione che incentiva l'accrescimento iniziale della pianta prevenendo la crisi di trapianto, anticipando la coltura e uniformando l'impianto.

Compo Expert: l’utilizzo di ormoni di sintesi garantisce risultati ottimali soprattutto in termini di calibro ma può mettere a rischio le produzioni e altri parametri qualitativi, ad esempio può rendere il frutto più suscettibile al cracking o ritardarne la colorazione. Basfoliar Size O Sl è un estratto di Ecklonia maxima che stimola la pianta a produrre citochinine endogene. La pianta così ha il pieno controllo sulla produzione di ormoni e raggiunge il desiderato calibro del frutto in maniera equilibrata.

Euro Tsa: propone Microphyt Plus, un formulato ricco di silicato combinato con microelementi che favoriscono la cicatrizzazione delle ferite e riducono i punti di entrata per i patogeni, e il prodotto Vigor Green, un concime composto da diverse sostanze vegetali ed ormoni di origine vegetale che stimolano la fioritura, l'allegagione e l'ingrossamento dei frutti.

Adama: grazie all'innovativa tecnologia Bioprocess di doppia fermentazione, l'azienda ha brevettato il prodotto Exelgrow, un fermentato d'alga ricco di oligosaccaridi, osmoprotettori, antiossidanti, composti fenolici e minerali. Il biostimolante è in grado di stimolare la ripresa vegetativa, migliorare la resistenza agli stress abiotici ed equilibrare il processo di maturazione.


Per i risultati delle sperimentazioni e per ulteriori approfondimenti scarica le presentazioni a questo link e guarda il video della giornata
 


 
Biostimolanti conference 2021