Nowadays the “Mediterranean diet” is commonly acknowledged by a larger number of consumers internationally as one of the pillars for daily well-being. According to many nutritionists and doctors, the “Mediterranean diet” is one of the most balanced food regimes also rich in “plant-based ingredients ” with a high level in vitamins and minerals as well as in bioactive compounds such as polyphenols.

However, the content in all these compounds in our crops can change dramatically in functions of a list of variables (abiotic and biotic stresses), and more recently, the soil and plant microbiomes have been placed on the top of this list. These microbiomes impact food composition and quality from one side, from the other side they directly and indirectly impact the human microbiome. It is likely to assume that soil microbiome is the link between soil health, plants health and human well-being. Soil and the human gut contain approximately the same number of active microorganisms, while human gut microbiome diversity is only 10% that of soil biodiversity and has decreased dramatically with the modern and urban lifestyle. Moreover the increasing use of agrochemicals, low plant biodiversity and soil management practices had a negative effect on the biodiversity of microbials epiphytes and endophytes. More recentes studies concur with an increase in lifestyle diseases related to human intestinal microbiome disbiose.

This session, with a multidisciplinary view, focuses on the similarity, connection and influences between the soil-plant microbiota and human gut microbiota and thereby human health and nutraceutical food properties, throught the:

Interaction and influence of the soil and plant microbiome on the nutraceutical properties of foods plant origin, • Contribute of Soil and Plant microbiomes on the gut microbiome in case of dysbiosis (e.g. metabolic diseases); • Soil to the Human Gut Microbiome, • Characterization and interactions of soil and plant microbiomes, • The impact of degraded Soil on Human health, • Endophytic, symbiotic interaction between soil and plants microorganisms

KEYWORDS: Soil Microbiome, Human gut Microbiome, Plant Microbiome, Soil – Human Health, Endophytes

• Abstracts submission open
• Deadling: 15 January 2024
• Submit your Abstract now!
• Visit: www.centennialiuss2024.org

https://centennialiuss2024.org/submitted-sessions/#1687944834720-d3bf354e-aca8

Ho il piacere di condividere con voi un mio articolo pubblicato su uvadatavola

Il rapido aumento della popolazione mondiale impone l’utilizzo di pratiche agricole sempre più intensive (per soddisfare il fabbisogno alimentare) che impattano sullo stato di salute del suolo, contribuendo alla perdita della biodiversità attraverso la distruzione del suo microbioma. Quest’ultimo rappresenta l’essenza della vita del suolo stesso; proprio attraverso l’uso e l’applicazione di Biopreparati a Base di Microrganismi (BBM) possiamo alimentarlo e nutrirlo.

Un suolo è tanto più fertile quanto più è biologicamente attivo e nella gestione della sua fertilità va considerata non solo la componente chimico-fisica, ma soprattutto quella microbiologica indicata proprio con il termine di microbioma. L’applicazione dei BBM riattivano le interazioni positive che regolano gli scambi e le relazioni tra microrganismi e pianta, e alimentando il turnover microbico concentrato nella rizosfera. La gamma di biopreparati (BBM) diventa sempre più ampia e la loro diffusione è aumentata notevolmente grazie alla ricerca scientifica che ha evidenziato le interazioni benefiche pianta-suolo-microrganismo, e il loro ruolo nell’ecosistema agrario. Proprio le complesse interazioni tra pianta, suolo, microrganismo (simbiosi, endofitismo, micoparassitismo, multi-trofismo, ecc.) non permettono di identificare in modo univoco questa tipologia di prodotti in una delle categorie attualmente vigenti.

Tale complessità impone quindi l’esigenza di definire in modo corretto il concetto di BBM e individuare una collocazione legislativa chiara ed appropriata.

Alla luce quindi delle attuali osservazioni scientifiche potremmo definire quindi i BBM come prodotti presenti sotto forma di svariate formulazioni e composti da una o più specie di microrganismi in varie forme vitali (cellule singole, micelio, spore, conidi, ecc.) che applicati alle piante o al suolo sono in grado di regolare e/o incrementare i processi fisiologici delle colture, migliorando l’efficienza nel suo insieme, controllando in via preventiva e/o curativa nematodi, insetti, acari, batteri e funghi patogeni. L’elemento che caratterizza questa tipologia di prodotto è il principio attivo, rappresentato da spore vive di microrganismi benefici (funghi, batteri e attinomiceti).

All’interno di questo gruppo, possiamo evidenziare i batteri indicati con l’acronimo PGPR – Plant Growth Promoting Rhizobacteria, dei generi Bacillus, Azospirillum, Pseudomonas e Rhizobium e i funghi indicati con l’acronimo PGPF – Plant Growth Promoting Fungi, dei generi Beauveria, Gliocladium, Pochonia, Metarhizium e Trichoderma, come così anche gli Actinomiceti del genere Streptomyces.

In pratica i BBM sono presenti in molte formulazioni come singole specie o come combinazione di diversi microrganismi benefici e/o molecole bioattive, svolgendo tre importanti azioni spesso simultanee, quale la biostimolazione, biofertilizzazione e controllo/prevenzione dei patogeni. Ogni specie microbica può esplicare nel suolo le tre attività, sebbene in misura differenziata in funzione della specie stessa. Proprio questa caratteristica rafforza l’immenso potenziale che i bioinoculanti hanno in agricoltura e rappresentano il valore aggiunto dei prodotti microbiologici rispetto a quelli non microbiologici.

I funghi micorrizici

Le Micorrize sono un’associazione simbiotica tra alcuni funghi del suolo e le piante, in cui il fungo colonizza le radici della pianta formando, nel caso di endomicorrize, delle strutture ramificate, gli arbuscoli, responsabili degli scambi nutrizionali tra i due simbionti. La natura simbiotica tra le piante ed i funghi micorrizici, è basata sullo scambio dei nutrienti. Le ife del micelio extra-radicale, che crescono nel suolo fuori dalla radice possono estendersi anche per molti metri, assorbendo elementi minerali e acqua, trasferendoli alla pianta in cambio di composti del carbonio rappresentati dagli zuccheri e dai lipidi. Il principale vantaggio per la pianta micorrizzata è il maggiore assorbimento di fosfato assorbito dal micelio extra-radicale il quale viene trasportato e rilasciato nella pianta. Oltre al fosforo il fungo agevola l’assorbimento del calcio, dell’azoto, del potassio, dello zolfo e dello zinco. Le tipologie di funghi micorrizici in natura sono diverse tra cui le più abbondanti sono rappresentate dalle ectomicorrize specifiche per le colture forestali e le endomicorrize invece per le colture di interesse agrario. Tra funghi endomicorrizici più diffusi ritroviamo Rhizophagus irregularis (ex Glomus intraradices), Funneliformis mosseae (ex Glomus mosseae) F. caledonium F. geosporus, C. etunicatum, C. claroideum. L’applicazione di Funghi micorrizici è raccomandata in ogni occasione di trapianto, semine e nuovi impianti.

Trichoderma

Il genere Trichoderma, è uno dei generi fungini ad oggi più studiato e utilizzato in agricoltura. L’attività micoparassitica è la caratteristica che ha permesso l’enorme successo di questi “agenti di biocontrollo”. Molti sono gli studi e le applicazioni possibili contro importanti agenti patogeni tra cui Alternaria alternata, Botrytis cinerea, Sclerotinia sclerotiorum e Rhizoctonia solani, Phitium aphanidermatum, Fusarium oxysporum. Studi recenti hanno dimostrato che i Trichoderma hanno anche l’abilità di interagire con piante sane in qualità di simbionti opportunisti ed avirulenti, vivendo endofiticamente nelle radici. È noto che nell’interazione con la pianta i Trichoderma promuovono la crescita delle radici e del fusto, con conseguenze benefiche sulla tolleranza agli stress biotici ed abiotici. Queste interazioni possono favorire la pianta sia nella sua “fitness” generale sia inducendo resistenza sistemica (ISR), pertanto le piante risultano pronte a rispondere ad un eventuale attacco di un fitopatogeno. Il Trichoderma maggiormente in uso in agricoltura sono il Trichoderma asperellum – T34, T. harzianum, T. atroviride T. gamsii e il T. Polysporum. L’uso è consigliato in tutte le fasi fenologiche delle colture per proteggerle dalle più comuni patologie fungine del suolo e per ridurre gli stress da trapianto o impianto. Inoltre si consigliano applicazioni anche in associazione con altri microrganismi benefici, tra cui i funghi micorrizici ed i PGPR.

Bacilllus

Il genere Bacillus appartiene al gruppo dei PGPR e comprende specie di batteri che hanno notevole interesse in agricoltura in quanto fungono da biofertilizzanti, biostimolanti e da bioprotettori. Questi batteri aiutano le piante a superare gli stress provocati da diversi funghi fitopatogeni, sia dell’apparato aereo (alternaria, Botrytis cinerea, oidio, bremia e gruppo delle peronosporacee, moniliacee) sia dell’apparato radicale (phytium, rhizoctonia, fusarium e sclerotinia). Tale attività viene espletata attraverso produzione di particolari enzimi degradatori; stimolazione delle autodifese della pianta; competizione per spazio e nutrienti con i patogeni. Inoltre le specie del genere Bacillus promuovono la crescita delle piante grazie alla produzione di fitormoni e sostanze ad azione fitormonale. Tra i più studiati e utilizzati in agricoltura ritroviamo il Bacillus subtilis B. Amyloliquefaciens, B. Pumilus e il B. megaterium. Tra i batteri trova sempre maggior uso l’Azospirillum basilense per aumentare l’assimilazione dell’azoto essendo un azotofissatore libero a differenza del Rizobio che è un azotofissatore ma legato alla formazione di noduli radicali.

L’utilizzo dei BBM a base di Bacillus è con sigliato preferenzialmente per via fogliare ma possono essere usati anche per via radicale. Le applicazioni devono avere un intervallo di 10/14 giorni con cicli di due 2/3 applicazioni. Anche il bagnetto radicale in miscela con altri microrganismi benefici è una pratica molto utile.

Le specie del genere Pseudomonas appartengono al gruppo dei PGPR. L’attività della promozione della crescita viene espletata attraverso: il rilascio nella rizosfera di sostanze ormono-simili che stimolano la moltiplicazione delle cellule radicali. Inoltre lo Pseudomonas è in grado di chelare il ferro ed altri microelementi grazie alla produzione di siderofori. Tra i più usati ritroviamo lo Pseudomonas chlororaphis. Invece lo Streptomyces lydicus che appartiene al gruppo degli attinomiceti, microrganismi con caratteristiche intermedie tra funghi e batteri, produce oltre sostanze ad azione antibiotica (streptomicina), attive nel controllo di numerosi funghi fitopatogeni dell’apparato radicale e anche numerose sostanze utili alle piante, quali siderofori microelementi, vitamine, aminoacidi ed acidi organici.

I BBM appartenenti a questa categoria possono essere applicati singolarmente o in miscela con altri microrganismi sia successivamente al trapianto che durante il ciclo della coltura. Molto utili le applicazioni sia dello Pseudomonas che dello Streptomyces in alternanza con il Trichoderma per aumentare l’efficacia di biocontrollo.

Pochonia chlamydosporia è un fungo nematofago, che parassitizza le uova di nematodi galligeni e cisticoli tramite la produzione di strutture infettive specializzate. Oltre ad essere un agente di biocontrollo, P. chlamydosporia è un endofita e possiede ottime capacità di colonizzazione della rizosfera e di promozione della crescita radicale. Fra gli antagonisti biologici, il fungo Arthrobotrys oligospora differenzia delle vere e proprie trappole attive per la cattura dei nematodi mentre l’attività nematocida del fungo Paecilomyces lilacinus si basa principalmente sul parassitismo di uova di nematodi galligeni, ma in alcuni casi può infettare anche femmine adulte. Tra i batteri, invece il più noto è il Bacillus firmus.

Le applicazioni possono avvenire sia in via preventiva che curativa per il biocontrollo dei nematodi fitopatogeni anche poco prima della messa a dimora della coltura o subito dopo. Le applicazioni devono seguire cicli di 2/3 applicazioni a distanza di massimo 2 settimane.

Altri funghi sono entomopatogeni e rivestono un ruolo importante nel controllo integrato di molti insetti. I più comuni sono Beuveria bassiana e il Metarhizium anisopliae parassiti di diverse famiglie di insetti quali Coleotteri, Lepidotteri, Rincoti Omotteri e Rincoti Eterotteri. Le spore germinano sulla cuticola dell’insetto e sottili ife penetrano all’interno del corpo rilasciando tossine che causano il deperimento e la morte dell’individuo infetto. Anche il Verticillium lecanii è un fungo entomopatogeno di importanti parassiti succhiatori (afidi, mosche bianche e cicaline). Le applicazioni in questo caso devono seguire cicli di 2/3 applicazioni a distanza di massimo 2 settimane.

Ho il piacere di condividere con voi un mio articolo pubblicato su terraevita

La concimazione del frutteto è un momento propizio per la somministrazione di microrganismi utili sotto forma di inoculi microbici (microbiomi sintetici), che influiscono positivamente sulla struttura del suolo e di conseguenza sul miglioramento della ritenzione e la biodisponibilità degli elementi nutritivi

Spesso si identifica la fertilità del suolo solo con una buona dotazione di elementi nutritivi e con una buona struttura fisica. Ma in realtà un suolo è tanto più fertile quanto più è biologicamente attivo. Quindi nella gestione della fertilità del suolo va considerata non solo la componete chimico-fisica, ma si deve anche e soprattutto avere cura della componente microbiologica o microbioma. È possibile migliorare la fertilità del suolo nutrendo il suo microbioma, introducendo durante la gestione delle colture, inoculi di microrganismi utili, con l’obiettivo di incrementare e riattivare le interazioni positive che regolano gli scambi e interazioni tra microrganismi e pianta, alimentando proprio quel turnover microbico concentrato nella rizosfera. Proprio nella rizosfera, didatticamente indicata con  2-3 mm adiacenti alla radice, si realizzano le più importanti interazioni e interscambi tra microrganismi e colture. In particolare, la concimazione del frutteto è un momento propizio per la somministrazione di microrganismi utili sotto forma di inoculi microbici (microbiomi sintetici).

Come lavorano i microrganismi utili nel suolo

In questo articolo approfondiamo gli effetti della nutrizione microbica dei suoli sulla componente fisica, analizzando gli effetti benefici sulla struttura del suolo e di conseguenza sul miglioramento della ritenzione e la biodisponibilità degli elementi nutritivi.

Formazione degli aggregati di suolo e interazione con microrganismi

Gli inoculi microbici utili in questa fase del ciclo colturale appartengono sia ai PGPR (batteri) che ai PGPF (funghi) e li ritroviamo in commercio sia puri (solo spore), sia in formulati liquidi, polverulenti e/o granulari o associati a matrici organiche (es. pellet organico inoculato).

È noto che i microrganismi del genere Pseudomonas spp. e Bacillus spp., oltre ad avere un’attività di biocontrollo e biostimolazione e biofertilizzazione nei riguardi delle colture, sono in grado, attraverso applicazioni costanti e programmate, di migliorare in modo sostanziale la struttura e la qualità dei suoli. Questo processo si esplica attraverso una cementificazione delle particelle organiche degli aggregati, agevolando la formazione di micro e macroagregati, svolgendo un ruolo chiave nella promozione della crescita vegetale, aumentando ad esempio la capacita di scambio cationico,  esercitando un potere tampone sul ph migliorando di conseguenza la biodisponiblità  degli elementi nutritivi confinanti nel suolo e nella rizosfera.
Questo fenomeno è agevolato dagli esopolisaccaridi (EPS), una classe eterogenea di polisaccaridi, oligosaccaridi e glicoproteine  prodotti durante  la crescita dei microrganismi. Gli EPS, essendo coinvolti  nei suddetti meccanismi di adesione al substrato, giocano un ruolo importante anche in situazioni di condizioni di stress idrico. Infatti  proprio  gli EPS prodotti dai batteri (e non solo) creano un microambiente, tramite la formazione di un biofilm idrofilo, che aumenta la ritenzione idrica e protegge anche i microrganismi dal disseccamento (es. prevenzione della disidratazione ifale). Inoltre  gli EPS legando ioni Na⁺ ne evitano l’assorbimento da parte della pianta (stoccaggio di nutrienti in eccesso), diminuendo lo stress salino.

Pellet in commercio già inoculato o da inoculare prima dell’applicazione

In questo contesto giocano un ruolo importante anche i funghi micorrizici (FM) contribuendo a migliorare la struttura del suolo, aumentando la ritenzione idrica e diminuendo la lisciviazione dei nutrienti. Questo grazie al potere aggregante della glicoproetina glomalina sulla struttura del suolo. L’azione meccanica  della fitta rete ife extracellualri (wood wide web) dei FM e la presenza della  glomalina determinano un aumento della  la sua porosità attraverso aggregazione degli aggregati e allo stesso tempo contribuisce all’aumento in  contenuto della sostanza organica nel suolo.
Gli effetti positivi sulla struttura del suolo si associano inoltre a quei fenomeni specifici che sono alla base delle relazioni tra microrganismi e pianta, indicati con simbiosi ed endofitismo, che permettono alla pianta di meglio superare le condizioni di stress potendosi meglio approvvigionare di acqua e elementi nutritivi e di poter superare le avversità biotiche. Anche l’uso del Trichoderma spp, (in questa fase applicato come indicato di seguito) oltre alle noti doti di biocontrollo, esplica delle benefiche azioni accelerando la decomposizione della sostanza organica, aumentando la biodisponibilita di elementi nutritivi tra cui il ferro (T. asperellum), stimolando la pianta a produrre nuovo apparato radicale.

Come applicare gli inoculi

L’obiettivo è associare alla concimazione tradizionale l’introduzione dei microrganismi utili al suolo. Praticamente questa somministrazione avviene utilizzando i comuni pellet con base organica di origine vegetale, e/o animale (letami animali umificati),  già inoculati con funghi micorrizici e altri microrganismi, (es. spore del genere Bacillus spp e Trichoderma spp).

Il periodo delle applicazioni, al fine di rigenerare i suoli, è sia durante le fertilizzazioni post raccolta (vigneti e altri frutteti), sia alla ripresa vegetativa.  In assenza di concimi (o ammendanti) organici già inoculati, si consiglia di inoculare il concime/ammendante spruzzando direttamente su di esso una soluzione di 10 ml di inoculo puro liquido con una concentrazione non inferiore a 10⁸ CFU per ogni 10 litri di acqua e ripetere l’operazione fino a quando buona parte della massa è stata interessata dalla soluzione microbica.

Gli inoculi puri di spore possono anche essere polverulenti, in questo caso è più opportuno applicarli direttamente nella tramoggia dello spandiconcime prima della distribuzione in campo. L’unico inconveniente è la possibile distribuzione non omogenea dell’inoculo avendo peso e forma molto diverso rispetto pellet.

Gli inoculi puri utilizzabili in questa fase possono contenere sia spore di Bacillus spp (es. B. megaterium, B. sutilis) sia Trichoderma spp (esempio T. asperellum). Dopo la distribuzione nel suolo, i microrganismi utili inizieranno la crescita avvantaggiandosi proprio della presenza della materia organica introdotta, migliorando oltre alla fertilità stessa del suolo anche l’efficacia del concime applicato.

Per nutrire il microbioma del suolo in modo efficiente, è utile applicare sempre dosi di inoculo, anche piccole, in tutte le fasi in cui si somministra del concime nel frutteto.

Impianto di fertirrigazione in vigneto

Per i frutteti dotati di impianto di fertirrigazione la distribuzione può avvenire anche utilizzando direttamente inoculi puri liquidi o in polvere bagnabile, avendo cura di miscelarli preventivamente in proporzione di 1:2 con della sostanza organica (es. acidi umici, idrolizzato proteici etc.).

Per i nuovi impianti, è buona norma inoculare anche le giovani radici, estremamente recettive e che meglio posso sfruttare l’effetto benefico dei microrganismi utili, prima della messa dimora (es. barbatelle). Questo si può realizzare tramite il bagnetto radicale, con una soluzione di acqua, inoculo e sostanza organica. Ad esempio per ogni 100 litri d’acqua miscelare 100 ml per le formulazioni liquide e 10 g per le formulazioni in polvere di un inoculo puro e 200 ml di sostanza organica.

Bagnetto radicale

La nutrizione del microbioma del suolo dovrà diventare una normale abitudine, in quanto permette nel tempo di mitigare anche il fenomeno della stanchezza dei suoli.

Ho il piacere di condividere con voi un mio articolo pubblicato su terraevita

L’uso dei microrganismi oggi rappresenta una valida e risolutiva soluzione per controllare i nematodi fitopatogeni e preservare lo stato di salute del suolo. Fra gli antagonisti biologici, il più noto e studiato è Pochonia chlamydosporia, che ha anche effetti positivi sulla crescita delle piante

I nematodi sono presenti in natura in tutte le nicchie ecologiche disponibili. Nel suolo, possono svolgere un ruolo utile come decompositori o predatori, e solo una piccola frazione del totale delle specie è nota per parassitare le piante. Le specie maggiormente dannose presenti in Italia includono i nematodi galligeni (Meloidogyne spp.), cisticoli (generi Heterodera e Globodera), quelli delle lesioni (Pratylenchus spp.), le specie fogliari (Ditylenchus dipsaci, Aphelenchoides spp.) e i nematodi vettori di virus (Xiphinema index e altre specie appartenenti alle famiglie Longidoridae e Trichodoridae). Queste specie inducono un impatto economico significativo sulle colture della produzione agraria mondiale, stimato tra 5 il 20%.

Questo spiega l’attenzione dedicata negli ultimi anni  per cercare soluzioni alternative (ai prodotti chimici e fumiganti) e valide per il loro contenimento, affidantosi  ad  una visione più pragmatica e olistica, finalizzata alla gestione integrata e razionale delle fitoparassitosi in  attività agricole di tipo sostenibile, integrato o biologico e convenzionale.

Biocontrollo dei nematodi, il fungo Pochonia

L’uso dei microrganismi oggi rappresenta una valida e risolutiva soluzione per controllare i nematodi fitopatogeni e preservare lo stato di salute del suolo.

Clamidospore

Fra gli antagonisti biologici, il più noto e studiato è Pochonia chlamydosporia, un ifomicete del suolo in grado di colonizzare anche le radici delle piante. Si tratta di un fungo nematofago, che parassitizza le uova di nematodi galligeni e cisticoli. Una serinproteasi (VCP1) è attiva nella penetrazione dell’uovo, conferendo anche, a diversi isolati, una elevata specializzazione parassitaria. Le uova o le cisti vengono parassitate dalle ife vegetative presenti nella rizosfera, attraverso la produzione di strutture infettive (appressori) specializzate. La formazione degli appressori e la conseguente infezione iniziano con un processo di adesione, mediato da glicoproteine ed enzimi (come la serinproteasi) e successiva penetrazione. Queste fasi sono influenzate da segnali ambientali, come la carenza di nutrienti disponibili per il fungo.

Effetti positivi sul suolo e sulle piante

Oltre ad essere un agente di biocontrollo, P. chlamydosporia è un endofita e possiede ottime capacità di colonizzazione del terreno e della rizosfera. Infatti, recenti studi hanno dimostrato che questo ifomicete colonizza le radici di orzo endofiticamente ed entra in competizione con funghi radicali già presenti. Inoltre, la colonizzazione delle radici da parte di P. chlamydosporia ha mostrato effetti positivi sulla crescita delle piante, come indicato dal peso della radice e dal peso e lunghezza dei germogli, che sono risultati maggiori rispetto al controllo. Questo dimostra che il fungo agisce come un endofita radicale a lungo termine e che conferisce effetti benefici alla pianta ospite. Colonizzando endofiticamente le radici di piante P. chlamydosporia ha dimostrato di migliorare le rese di colture infestate da nematodi su diverse specie d’interesse agrario.

Ho il piacere di condividere con voi un mio articolo pubblicato su terraevita

I  microrganismi appartenenti al genere Bacillus sono ampiamente utilizzati in ambito biotecnologico, come nel biocontrollo naturale dei patogeni in agricoltura, nella produzione di insetticidi, di antibiotici, di enzimi e probiotici. I batteri e altri microrganismi saranno al centro del corso webinar che inizierà il 29 settembre

I  batteri appartenenti al genere Bacillus sono considerati tra le migliori specie di microrganismi candidati per la realizzazione di BBM (prodotti a base di microrganismi) .

Infatti, il genere Bacillus racchiude batteri a forma di bastoncello (bacilli) e produttori di spore che mantengono la cellula in uno stato di dormienza finché non vengono ripristinate le condizioni favorevoli alla loro crescita. Le endospore prodotte da tali bacilli, sono particolarmente resistenti all’essiccazione, al calore, alla luce UV, ai solventi organici, alle radiazioni. Proprio dal punto di vista applicativo la formazione di endo- ed esospore rappresenta quindi un prerequisito fondamentale per la formulazione dei BBM stabili nel tempo.

L’azione di biocontrollo

I  microrganismi appartenenti al genere Bacillus sono ampiamente utilizzati in ambito biotecnologico, come nel biocontrollo naturale dei patogeni in agricoltura, nella produzione di insetticidi, di antibiotici, di enzimi e probiotici in quanto considerati vere e proprie fabbriche naturali per la produzione di composti bioattivi. Diverse specie batteriche appartenenti al genere Bacillus, tra cui B. subtilis e B. amyloliquefaciens, incluse nella categoria dei PGPR, (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) considerati quindi batteri della  rizosfera partecipano, con altri microrganismi, alla denitrificazione dei composti azotati, e sono efficaci nel controllo di molte malattie delle piante causate sia da patogeni del suolo sia da patogeni del post-raccolta e della fillosfera. Questi batteri hanno la capacità di colonizzare le radici con estrema rapidità producendo un biofilm (comunità microbiche altamente strutturate che aderiscono alle superfici); e la capacità di secernere proteine e metaboliti secondari e inoltre non sono patogeni per l’uomo. Questi batteri sono importanti agenti di biocontrollo, in grado di promuovere la crescita delle piante e sintetizzare diversi metaboliti con attività antibatterica e anti fungine.

Effetto dell’inoculazione di un ceppo di Bacillus subtilis su piantine di patata, nel biocontrollo di Rhizoctonia solani e nella biostimolazione della produzione di tuberi. Legenda: RT27 = ceppo di Rhizoctonia solani; 3RII = ceppo di Bacillus subtilis; H2O = pianta di controllo trattata con sola acqua (Fonte: Sellitto V. M. et al. (2020) – Microrganismi utili in agricoltura, Edagricole)

È evidente il potenziale quale agente di controllo biologico contro funghi fitopatogeni e batteri, mediante applicazioni di una soluzione di Bacillus in pieno per via fogliare e radicale. Ciò si verifica per un’azione antagonista nei confronti di funghi fitopatogeni sia dell’apparato aereo delle piante (Alternaria spp., Botrytis cinerea, Oidium spp., Bremia spp., Peronospora spp., Monilinia spp.), sia dell’apparato radicale (Phytium spp., Rhizoctonia spp., Fusarium spp. e Sclerotinia spp.). L’azione antagonista e l’inibizione dello sviluppo dei funghi patogeni è dovuta alla digestione di pareti e membrane cellulari del micelio, attraverso la produzione di enzimi chitinolitici, glucanolitici e proteolitici che comportano la fuoriuscita dei liquidi cellulari, la disidratazione e la morte del patogeno.

BBM ricchi di Bacillus oggi posso essere usati su tutte le colture e nei diversi ambienti pedoclimatici. A partire della semina e dal trapianto fino alla fase di pre e post raccolta.

Ho il piacere di condividere con voi un mio articolo pubblicato su terraevita

Efficaci se utilizzate come fertilizzanti e biostimolanti, ma anche per il bio trattamento delle acque reflue o contaminate

Le microalghe, in virtù della loro capacità di adattamento, possono essere impiegate in svariati settori produttivi e questo è il motivo per cui oggi sono considerate una biomassa pregiata e di notevole rilevanza economica.

L’applicazione delle microalghe nel settore dell’industria energetica per la produzione di biocarburanti è legata alla loro capacità di biosintesi e accumulo di lipidi o di zuccheri, che permettono rispettivamente la produzione di biodiesel o di bioetanolo. Inoltre, le microalghe trovano impiego anche nella produzione industriale di bioplastiche e biopolimeri.

Foto al microscopio di una coltura microalgale.

Recentemente, le microalghe si impiegano in prodotti destinati all’alimentazione sia umana che animale, grazie al loro elevato profilo nutrizionale. Un ulteriore settore emergente di applicazione delle microalghe è il loro impiego finalizzato al benessere umano, come la formulazione di integratori alimentari, prodotti per uso farmaceutico e cosmetico. Infine, mentre le macroalghe sono state ampiamente utilizzate come fertilizzanti o biostimolanti naturali per applicazioni agricole e diversi prodotti commerciali a base di estratti di alghe sono comunemente venduti e utilizzati, pochissimi sono invece i prodotti a base di microalghe.

Migliorano la biochimica del suolo

Nei laboratori del dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente, dell’Università di Catania, sono state impiegate le specie Chlorella vulgaris e Scenedesmus quadricauda per verificare la capacità biostimolante delle microalghe e/o dei loro estratti su tre diverse specie vegetali di interesse agronomico: la barbabietola, la lattuga e il pomodoro coltivati in idroponica, su matrici inerti e in suolo. Gli studi hanno riguardato sia l’impiego di microalghe vive, sia quello dei loro estratti in metanolo.

I risultati di questi studi hanno dimostrato che le due specie di microalghe, così come i loro estratti, migliorano notevolmente il funzionamento biochimico del suolo legato ai microrganismi in esso presenti, determinando una maggiore mobilitazione dei principi nutritivi necessari per la pianta. In particolare, si è calcolato un valore dell’indice biochimico di potenziale fertilità del suolo (Mw) fino a 2.9 volte superiore nel suolo trattato, rispetto a quello calcolato nel suolo non controllo.

Effetti sulla germinazione

Per quanto riguarda il trattamento dei semi, i due estratti microalgali hanno mostrato un effetto “priming” tale da rendere più performante il processo di germinazione di semi difficilmente germinabili (incrementando fino a 4 volte la percentuale dei semi germinati), come quelli di barbabietola, che richiedono normalmente l’utilizzo di metodi chimici o fisici di innesco.

Inoltre, gli estratti hanno anche mostrato, in diverse specie, quali barbabietola, pomodoro e lattuga, di migliorare a livello radicale i parametri morfo-biometrici, l’assorbimento dei principi nutritivi e incrementare il numero delle radici laterali.

Piante di lattuga trattate con estratti microalgali (a sx) rispetto a pianta non trattata (a dx)

Anche sulla porzione epigea delle piante, in lattuga e in pomodoro, il trattamento con gli estratti microalgali ha complessivamente determinato un miglioramento notevole dei parametri morfo-biometrici (aumento del 20 % circa in peso fresco finale). Questi ultimi effetti, si sono osservati in piante di pomodoro fatte crescere in idroponica in co-coltivazione con le microalghe, che sono state inoculate nella soluzione nutritiva. In quest’ultimo studio, alla fine del periodo sperimentale si sono così raggiunti due obiettivi, la migliore crescita delle piante di pomodoro (incremento in peso fresco di circa 3 volte rispetto le piante non trattate) e la contemporanea produzione di biomassa microalgale, da destinare ad altri usi. 

Coltivazione di pomodoro fuori suolo, da cui è stata prelevata l’acqua reflua utilizzata nella sperimentazione

Il miglioramento della crescita osservato in piante trattate con gli estratti microalgali, si realizza tramite l’attivazione di complessi meccanismi metabolici. In particolare, a livello biochimico e molecolare, vengono indotti gli enzimi coinvolti nella respirazione cellulare e nel metabolismo dell’azoto, viene incrementata la produzione dei pigmenti necessari alla fotosintesi clorofilliana, si osserva una maggiore efficienza nella traslocazione dei principi nutritivi e l’attivazione del metabolismo ormonale.

Le acque reflue

Grazie all’abilità delle microalghe di utilizzare diversi substrati di crescita, l’uso delle acque reflue urbane e industriali, come materia prima nutritiva per la produzione di microalghe, può comportare notevoli benefici ambientali ed economici.

1. vulgaris e S. quadricauda sono state allevate in soluzioni contaminate da residui di agrofarmaci per valutare il loro potenziale di depurazione delle acque

Le acque reflue contengono diversi composti come azoto, fosforo, ammoniaca, zolfo e ferro, ma sono presenti anche tossine e metalli pesanti. I normali processi di trattamento primario e secondario di queste acque reflue sono stati introdotti in un numero crescente di luoghi, al fine di eliminare principalmente il materiale organico presente.

Il risultato finale è un effluente limpido, apparentemente pulito, che in taluni casi contiene però forme di azoto e fosforo inorganico in quantità medio-alte e quindi l’effluente potrebbe essere potenzialmente eutrofizzante e determinare quindi problemi a lungo termine sull’ambiente. Per la loro composizione, le acque reflue sono in grado di fornire alle microalghe diversi composti nutritivi quali il carbonio, l’azoto e il fosforo, che rappresentano i nutrienti essenziali per la loro crescita in condizioni eterotrofe o mixotrofe.

In diversi studi è stato dimostrato che molte specie di microalghe sono in grado di rimuovere in modo efficiente i metalli pesanti e i nutrienti presenti nelle acque, in percentuali variabili e dipendenti dalla specie coltivata.

Gli effetti decontaminanti

A tal proposito, C. vulgaris e S. quadricauda sono state valutate anche per la loro capacità di crescere e rimuovere inquinanti organici e inorganici in acque reflue di origine agricola. Precisamente, al fine di valutare il grado di rimozione dei principali composti inorganici, le microalghe sono state cresciute in acque reflue provenienti da una coltivazione idroponica in serra. In queste condizioni di crescita, le due specie microlgali hanno mostrato una buona efficienza di rimozione dei composti inorganici, dimostrando la loro attitudine alla decontaminazione, specialmente dei composti azotati, potendo così contribuire a ridurre notevolmente il loro potenziale eutrofizzante.

Un altro esperimento è stato condotto facendo crescere le due specie microalgali in soluzioni acquose contaminate da cinque diversi agrofarmaci. Precisamente, 4 principi attivi ad azione fungicida (iprodione, fenhexamid, metalaxyl, pyrimethanil) e un ad azione erbicida (triclopyr). Lo scopo principale della prova sperimentale è stato quello di valutare la capacità delle microalghe di depurare acque contaminate da inquinanti di natura organica.

Anche in questo caso le microalghe sono risultate efficaci, riducendo notevolmente la concentrazione dei principi attivi disciolti in acqua e mostrando soprattutto una notevole capacità di rimozione nei confronti del metalaxyl.

Servirà stimare i costi

Alla luce di quanto riportato sopra, le microalghe risultano essere microrganismi utili in agricoltura sia come estratti che come biomassa da interrare o da far crescere in co-coltivazione nei sistemi idroponici. Inoltre, rappresentano un’opportunità interessante per il bio-trattamento delle acque reflue di origine agricola. Tuttavia, si ha la consapevolezza che tali conclusioni necessitano di ulteriori prove in laboratorio e in campo, di valutare l’attitudine di altre specie microalgali e di stimare i costi per la loro produzione.

Microalghe, che cosa sono

Le microalghe sono organismi eucariotici fotosintetizzanti, unicellulari o filamentose che esistono individualmente o in catene o gruppi e le loro dimensioni possono variare da pochi micrometri a poche centinaia di micrometri.

Microalga della specie Scenedesmus quadricauda

Esse sono in grado di adattarsi a diverse condizioni ambientali e sono presenti in tutti gli ecosistemi, acquatici e terrestri.

Possono essere autotrofe, in grado quindi di fare la fotosintesi, ma anche eterotrofe, capaci cioè di crescere anche al buio sfruttando una fonte di carbonio organico, e infine mixotrofe, quando hanno un metabolismo combinato in grado di utilizzare entrambe le fonti di energia, luce e carbonio organico.

Le microalghe, in virtù della loro capacità di adattamento, mostrano una rapida crescita in ambiente acquoso anche in condizioni ambientali avverse, sono facilmente allevabili ex situ, presentando inoltre il grande vantaggio di non essere soggette a restrizioni di tipo stagionali, e di non richiedere l’utilizzo di terreni per la loro coltivazione, non competono quindi con l’agricoltura per la richiesta di suolo.

Ogni specie è caratterizzata da diversi profili biochimici, variabili anche in funzione delle condizioni di crescita. Infatti, i fattori di stress ambientale e le condizioni di crescita modificano profondamente la biochimica delle microalghe, influenzandone sia il metabolismo primario che quello secondario. Di conseguenza, risulta molto variabile la composizione percentuale dei tre principali componenti biochimici: lipidi, carboidrati e proteine. Così come la produzione dei numerosi metaboliti prodotti dalle microalghe, quali: vitamine, acidi grassi e loro derivati, antibiotici e altri composti bioattivi. Per questi motivi ciascuna specie microalgale cresciuta in condizioni ambientali specifiche, può essere utilizzata per uno scopo particolare in funzione della sua composizione biochimica.

I sistemi di allevamento a scopo industriale delle microalghe possono essere di vario tipo, tra questi ricordiamo le vasche raceway e i fotobioreattori.

Sistema di allevamento industriale in vasche race way di microalghe

Le prime sono costituite da un canale a circuito chiuso di ricircolo profondo circa 0,3 m e dotate di una ruota a pale per la miscelazione e la circolazione. I fotobioreattori possono essere piatti o tubolari, orizzontali, verticali, inclinati o a spirale. Per consentire il maggior immagazzinamento di energia solare, solitamente i tubi sono disposti parallelamente uno all’altro con orientamento nord-sud.

Sistema di allevamento industriale in fotobioreattori di microalghe

Ho il piacere di condividere con voi un mio articolo pubblicato su georgofili

Evoluzione, tecnologia, innovazione sono tutti aggettivi riferibili al mondo dell’agricoltura di oggi. Lo scenario che prospetta il prossimo ventennio descrive un cambiamento radicale nel concepire le modalità di sfruttamento ed utilizzazione del suolo grazie alle recenti scoperte che vedono sempre più affermarsi come protagonisti in ambito scientifico discipline come la  microbiologia legata all’utilizzo dei microrganismi in grado di abitare il suolo, proteggerlo e fortificarlo dagli attacchi di funghi o batteri dannosi per le coltivazioni e per l’uomo con la finalità di tutelare e preservarne il capitale a favore del suo utilizzo per le generazioni a venire.
Ed è proprio in questo contesto che il concetto di suolo viene reinterpretato in una rinnovata, migliore e adeguata definizione che ne definisce stavolta il ruolo considerandolo come organismo vivente al pari della pianta da esso ospitata. Solo così possiamo pensare a delle tecnologie in grado di tutelarlo e preservarlo.
La desertificazione incalzante e l’incapacità di fronteggiare in maniera sufficiente la domanda alimentare globale con risorse rinnovabili ed in grado di sostentare le popolazioni sempre più numerose del nostro pianeta, pongono altresì allo scienziato del suolo numerosi ed urgenti quesiti che spingono alla necessità di integrare etica e tecnologia insieme. E’ cosi che la conferma di numerose evidenze scientifiche tra cui quelle della relazione endofitica tra microrganismo e pianta diventano essenziali per spiegare fino a che punto questo cambiamento nella visione e nella descrizione della vita nel suolo, sia poi a cascata in grado di rivoluzionare l’intero sistema della produzione agricola moderna. Caratteristica essenziale ed estremamente innovativa dei microrganismi è quella di essere in grado di creare delle vere e proprie reti di interscambio di elementi nutrizionali che in taluni casi riescono ad evolversi ulteriormente realizzando proprio quella relazione endofitica con la pianta che sarà in grado di essere aiutata e sostenuta per fronteggiare i maggiori stress biotici e abiotici che si presenteranno durante il ciclo vitale.
Grazie a tali interconnessioni il parallelismo tra la necessità e la capacità di interazione sociale dell’individuo e della pianta si fa sempre più evidente dimostrando come al pari dell’uomo anch’esse necessitino di relazionarsi del tutto peculiarmente, utilizzando segnali chimici per comunicare tra di loro all’interno di un habitat dalla frequentazione microbiologica “selezionata” appositamente per favorirne sviluppo e la sopravvivenza reciproca all’interno di una “comunità” di piante.
Affermando la possibilità di comunicazione tra le piante, si evidenzia un sistema finemente interconnesso che fa dello scambio di segnali chimici un elemento essenziale alla comprensione ed allo studio della relazione suolo-pianta nel quale molecole e recettori sono pronti secondo le “istruzioni” che si scambiano ad ostacolare o a favorire il ciclo di vita di essa. Tutto ciò si traduce in un bassissimo impatto ambientale realizzato grazie alla sensibile riduzione dei pesticidi che non hanno più ragione di essere in un equilibrio microbiologicamente funzionale a tale relazione.
E in questo “terreno fertile” di scoperte ed innovazione scientifica che si scriverà il futuro della nutrizione umana. Allo scienziato, all’agronomo, a coloro che si affacciano al mondo dell’agricoltura e della nutrizione è affidato un compito di grande responsabilità ma di grande prestigio: fare sì che tutte le parti coinvolte possano insieme interagire proprio per valorizzare e trarre le migliori risorse da queste scoperte con la consapevolezza che soltanto se consideriamo la pianta come il prodotto dell’interazione tra essa, il suolo ed i suoi abitanti, potremo realizzare il grande progetto di poter sostenere ecologicamente ed economicamente la vita dell’uomo su questo pianeta.