Uno studio recente evidenzia il ruolo di batteri utili del suolo nella difesa delle piante dai marciumi

L'evoluzione della microbiologia in un contesto in cui le tecniche e le biotecnologie utilizzate in laboratorio si sono molto modernizzate sta portando a concreti risultati per quanto riguarda la difesa degli organismi dai parassiti.

Mentre gli studi di medicina evidenziano legami tra l'equilibrio della flora microbica (più tipicamente nell'intestino) con vari parametri ottimali dell'organismo, la microbiologia del terreno evolve di pari passo dimostrando che il microbiota (termine usato in generale per intendere l'insieme dei microrganismi che colonizzano un certo ambiente), è in grado di contrastare lo sviluppo di malattie dell'apparato radicale delle piante.

Uno studio recente sulla specie selvatica di tabacco 'Nicotiana attenuata', che è stato condotto negli Stati Uniti da ricercatori del Dipartimento di Ecologia chimica del Max Plank Institute di Jena (Germania), ha permesso di evidenziare il ruolo del microbiota del suolo sulla sopravvivenza di questa pianta all'avvizzimento.

Sono subito emerse conferme sperimentali a elementari concetti di tecnica agronomica: lo sviluppo di un'equilibrata flora batterica nel terreno avviene quando questo non è trattato con prodotti fitofarmaci ad ampio spettro d'azione, o quando non viene coltivato in monocoltura.

Questi concetti di agronomia assumono in campo una diversa dimensione in un ottica di produzione agricola intensiva: ricerche e prove sperimentali mostrano spesso la possibilità di definire dei punti di equilibrio tra l'uso delle moderne tecniche e il mantenimento di condizioni ambientali naturali, frutto di millenni di co-adattamenti tra le specie viventi e il loro ambiente.

Tornando alle condizioni di laboratorio, i ricercatori hanno mostrato che, utilizzando un substrato di germinazione sterile, è stato possibile ricreare le stesse condizioni che in campo risultano negative per un equilibrato e precoce sviluppo della flora microbica del terreno. Ciò ha mostrato una volta di più l'importanza delle rotazioni colturali per prevenire lo sviluppo di organismi fitopatogeni (Rif. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, August 2015).

Ian Baldwin, che è capo del Dipartimento di Ecologia molecolare al Max Planck Institute per l'Ecologia microbica, ha studiato per quasi 20 anni le procedure di difesa utilizzate da Nicotiana alternata per difendersi dagli organismi che la minacciano nel suo habitat di origine.

Il suo gruppo di ricerca, durante gli ultimi 15 anni, ha utilizzato lo stesso appezzamento di terreno, posto a Little Preserve in Utah (USA), per coltivare la detta specie che era oggetto dello studio. Circa 8 anni fa hanno quindi scoperto la presenza di fenomeni di improvviso avvizzimento di piante sviluppate, che via-via con gli anni han colpito anche le piante più giovani. Nel 2012 più della metà delle piante test morirono per improvvisi avvizzimenti, mentre altre piante (spontanee) dello stesso appezzamento non risultavano danneggiate.

Tutto ciò pare la rappresentazione di un semplice concetto di evoluzione: il ripetersi per più anni delle stesse condizioni nell'ambiente di coltivazione e l'impoverirsi del substrato rispetto alle esigenze nutritive della pianta coltivata avevano selezionato i suoi parassiti, rispetto agli organismi tipici di un ambiente equilibrato.

Dovendo effettuare delle parcelle sperimentali di una stessa specie i ricercatori non potevano certo applicare la rotazione delle colture e pertanto hanno verificato in ambiente controllato l'efficacia di alcune tecniche di contrasto dei parassiti che si erano gradualmente diffusi nelle parcelle sperimentali.

Isolando batteri e funghi presenti a ridosso delle radici di Nicotiana attenuata essi hanno identificato 70 specie batteriche e 36 fungine, tra cui parecchie specie dei funghi fitopatogeni Fusarium e Alteraria. Successivamente essi hanno isolato le specie di microrganismi presenti a ridosso di piante sane e quelle che precedenti studi mostrarono che promuovono lo sviluppo e il buon stato di salute della pianta.

Alla fine i ricercatori, considerando che in condizioni selvatiche le piante di tabacco germinano dopo fuochi spontanei, hanno applicato dei fungicidi di normale uso e tentato di migliorare la qualità del terreno applicando carbonella, ma nessuna delle due pratiche agronomiche ha avuto esito positivo; mentre il loro uso congiunto o il ricorso all'applicazione di funghi utili per lotta biologica ha anche incrementato la mortalità delle piante.

Unico trattamento che ha avuto effetto positivo sulla coltivazione test è stato l'utilizzo di gruppi di ceppi batterici, che quindi sono stati analizzati e provati a gruppi di due, tre, o cinque; nel primo caso essi quasi non avevano effetto, mentre gruppi di tre e cinque ceppi risultarono realmente efficaci. Prove di campo e laboratorio hanno poi mostrato che per poter agire positivamente ciascun ceppo batterico deve cooperare con altri per migliorare le condizioni di salute delle piante e ridurne la mortalità.

'Dire che le piante han bisogno di un suolo sano ha un profondo significato di cui noi siamo stati consapevoli finora. Esso significa semplicemente che una bilanciata comunità microbica del suolo è essenziale perché le piante crescano e rimangano sane. Finora solo ceppi batterici unici sono stati applicati in agricoltura, in ogni caso i ceppi batterici non vivono da soli, essi formano comunità che li completano l'un l'altro. Solo quando essi interagiscono tra loro possono esercitare i loro effetti sulla salute delle piante,' dice Arne Weinhold, che dirige il gruppo del progetto 'Interazioni microbiche con Nicotiana attenuata.

'I nostri risultati mostrano una volta di più che possiamo imparare molto quando guardiamo molto attentamente a come la natura stessa risolve tali problemi. La malattia dell'avvizzimento si verifica soltanto poiché noi violavamo il comportamento naturale delle piante praticando le tecniche agricoli,' spiega Jan Baldwin, che ha studiato la Nicotiana attenuata per decenni. Egli riferisce che il tabacco selvatico ha bisogno di particolari condizioni per germinare che si determinano in genere attraverso degli incendi. Tali piante pertanto di solito si sviluppano annualmente in luoghi differenti.

Riferisce la fonte che, studi precedenti mostrarono che giovani piantine di tabacco utilizzano etilene endogeno per segnalare la loro presenza a determinati batteri del suolo. Essi evidentemente selezionano accuratamente il loro microbioma radicale.

Ulteriori studi verranno in seguito sviluppati per comprendere vari dettagli, il cui rilievo scaturisce da questa ricerca e in particolare: come funziona il meccanismo di protezione delle piante mediato dalle comunità batteriche; se singole comunità batteriche si completano l'un l'altra e come esse facciano a esplicare tale azione sinergica.

Rakesh Santhanam, un laureando indiano studente della Scuola internazionale di Ricerca del Max Plank Institute e uno dei tre autori di questo studio, riferisce: 'Alla fine le monocolture possono condurre a una crescente perdita di raccolto. Noi dobbiamo imparare a comprendere come funzionano le interazioni e la incredibilmente diversa comunità microbica del suolo, per poter scoprire come l'equilibrio di questo complesso ecosistema sia sconvolto'.

Altro coautore di questo studio è il vietnamita Van Thi Luu, il quale aggiunge: "Le piante autoctone sono in grado di reclutare una loro comunità microbica del suolo in grado di aiutarle a risolvere problemi dipendenti dal loro ambiente. Se noi riusciamo a identificare la comunità microbica vegetale, possiamo arricchirla di microrganismi utili in modo che le piante possano avere la possibilità di coinvolgerli nel loro microbioma a uno stadio di sviluppo precoce. Ciò potrebbe dare un enorme contributo alla protezione delle piante'.

Fonte/i: Dipartimento di Ecologia molecolare, al Max Planck Institute per l'Ecologia microbica, 25 agosto 2015

Autore dell'articolo: , 31 agosto 2015

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