Applicazioni biotecnologiche nel sistema suolo-pianta

La biodiversità del suolo rappresenta oltre il 90% della biodiversità totale del pianeta e la maggior parte di essa è ascrivibile ai soli microrganismi che rappresentano la componente più rilevante della biomassa del suolo. Questa “vita invisibile” è di fondamentale importanza per l’intera biosfera ed è quella che maggiormente influisce sulle proprietà biologiche del suolo, regolandone tutti i processi biochimici che ne determinano le proprietà nutrizionali (Bloem et al., 2003). Le moderne tecniche di biologia molecolare hanno fornito negli ultimi anni potenti strumenti di indagine volti allo studio della diversità genetica e funzionale del suolo, in particolare di quella parte di microrganismi incapaci di crescere in laboratorio e che rappresentano oltre il 99% del totale (Torsvik et al., 1990). L’utilizzo di queste tecniche, affiancate ad altri approcci microbiologici sia tradizionali che moderni (phenotype microarrays), consente di individuare nel suolo microrganismi dalle straordinarie potenzialità spendibili in numerose applicazioni biotecnologiche. Ne verranno illustrate e discusse alcune: dal biorisanamento di suoli inquinati alle cosiddette Microbial Fuel Cells (MFC) per la produzione di energia elettrica diretta a partire da biomasse organiche quali, ad esempio, effluenti di allevamenti zootecnici o fanghi di depurazione delle acque.

Molte sono le prospettive di sviluppo in questo senso, sia in termini di ricerca di base che applicata. Attraverso collaborazioni con l’industria è possibile fornire indicazioni utili allo sviluppo tecnologico di prodotti per la nutrizione e la difesa delle colture che possono trarre origine dal riciclo delle biomasse ottimizzando l’aspetto energetico e chiudendo il ciclo degli elementi. Molte le applicazioni biotecnologiche da svilupparsi in sinergia con competenze di tipo ingegneristico per la produzione di energia e biocombustibili dal riciclo delle biomasse attraverso l’uso di microrganismi.

L’uso di microrganismi rizosferici utili risale molto indietro nel tempo della storia dell’umanità. L’avvicendamento di graminacee a leguminose rappresenta il primo uso inconsapevole di batteri azotofissatori. Alla fine del XIX secolo fu depositato il primo brevetto di un prodotto commerciale a base di rizobi. I funghi micorrizici, sebbene descritti già a metà del XIX secolo, furono riconosciuti come promotori della crescita, principalmente grazie al ruolo nell’assimilazione del fosforo, solo un secolo dopo. Importanti settori della ricerca degli ultimi decenni sono stati quello che riguarda i microrganismi come mezzo per il biocontrollo di patologie delle piante e quello che riguarda i microrganismi come promotori della crescita attraverso il miglioramento della nutrizione delle piante. Tali ricerche hanno portato alla selezione e caratterizzazione di numerosi ceppi utili in agricoltura.

Il potenziale della fertilità biologica di un suolo può essere migliorato o attraverso interventi tecnologici e pratiche agronomiche specificamente finalizzati a favorire i microrganismi utili autoctoni, oppure mediante l’inoculo nel suolo di colture di ceppi selezionati. Tale approccio, considerato tipico dell’agricoltura biologica, si è recentemente diffuso anche nell’agricoltura convenzionale, che è sempre più attenta alla sostenibilità delle tecnologie adottate. Ad oggi, tuttavia, un’ampia diffusione dell’uso di inoculanti per l’agricoltura è stata ostacolata dall’alternanza dei risultati ottenuti in campo, a fronte delle ottime performance di laboratorio degli stessi ceppi. Ciò evidenzia l’esigenza di approfondire le conoscenze relative alle complesse interazioni che si vengono a creare fra pianta e microrganismi nel suolo.

I microrganismi del suolo sono fondamentali anche per altre applicazioni ambientali. Le tecnologie di bioremediation e rhizoremediation consentono di bonificare suoli ed acque inquinati, attraverso la degradazione di xenobioti organici e l’estrazione e/o detossificazione di metalli pesanti e radionuclidi, senza alterare significativamente le caratteristiche delle matrici trattate. Inoltre i microrganismi del suolo sono significativamente coinvolti nelle emissioni di gas serra; pertanto una gestione corretta delle attività biologiche del suolo deve necessariamente essere integrata alle strategie finalizzate alla mitigazione dei cambiamenti climatici.

Un altro ampio filone di ricerca portato avanti negli ultimi quindici anni riguarda la valutazione di impatto diretto e differito sul suolo di colture geneticamente modificate mediante l’individuazione e successiva proposta di un set di indicatori utili al monitoraggio spazio temporale delle colture OGM.

Nell’allegato II alla Direttiva CE 18/2001, vengono riportate le prescrizioni in materia di valutazione di impatto sul suolo da parte dell’immissione nell’ambiente di organismi geneticamente modificati per scopi sperimentali. In particolare si stabilisce di verificare in un piano di monitoraggio misure relative al “riciclaggio del carbonio e dell’azoto nel suolo”.

I potenziali impatti, dunque, possono comprendere effetti sulla dinamica delle popolazioni delle specie microbiche e sulla diversità genetica di ciascuna di esse ed effetti sui cicli biogeochimici degli elementi nutritivi che possono indurre nel caso del carbonio ad esempio a modificazioni nel turnover delle sostanza organica nel suolo.

Progetti di ricerca

Settore: Biotecnologie e applicazioni innovative in agricoltura

  • Gestione delle popolazioni microbiche della rizosfera per migliorare l'efficienza d'uso dell'acqua in sistemi colturali piemontesi e senegalesi - IDROSTRESS

    Responsabile: Bardi Laura - laura.bardi@entecra.it - 0112257281
  • Valorizzazione energetica di residui organici di attività agroindustriali mediante utilizzo in celle a combustibile del biogas da digestione anaerobica - VEROBIO

    Responsabile: Bardi Laura - laura.bardi@entecra.it - 0112257281

Settore: Tracciabilità di transgeni nel suolo