Il trattamento al suolo con etanolo aumenta la resistenza delle piante alla siccità

Ricercatori del centro giapponese per la ricerca sostenibile di Riken Research hanno studiato come influire sulla capacità delle piante di resistere alla siccità interferendo su alcuni processi fisiologici, come opzione alternativa all'utilizzo di colture geneticamente modificate (OGM), di recente produzione e in grado di contenere i consumi idrici delle piante. Gli autori di questo studio considerano infatti troppo costoso il ricorso a sementi biotecnologiche brevettate, che sarebbero quindi un'alternativa inadatta, proprio per gli agricoltori delle aree del mondo che ne avrebbero più bisogno

In questo caso è stato quindi sperimentato l'uso dell'etanolo per indurre la pianta a resistere maggiormente a condizioni di siccità, interferendo con la sua normale fisiologia. Tale composto, come riportato, è già prodotto normalmente dalla pianta per limitare le perdite di acqua, in condizioni di siccità.
Motoaki Seki (link al Plant Genomic Network Research Team di Riken-Research) e il suo gruppo di ricerca presso Riken Research hanno quindi pensato che somministrando etanolo alle piante, esse sarebbero state protette dalle future siccità.

Per verificare questa ipotesi, gli autori dello studio hanno coltivato, per circa due settimane, piante di riso, frumento e Arabidopsis thaliana, con abbondante acqua; poi hanno somministrato etanolo al terreno per tre giorni; infine hanno lasciato le piante senz'acqua per circa due settimane.
Terminati gli esperimenti, effettuati principalmente su riso e frumento, gli autori hanno verificato che le piante chiudevano gli stomi e perdevano meno acqua, in modo analogo a quanto avviene (anche) nel caso di piante che siano state geneticamente modificate per essere più resistenti alla siccità. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati ad agosto 2022, sulla rivista Plant and Cell Physiology.
Dall'analisi dei risultati dello studio è emerso che circa il 75% delle piante di grano e riso trattate con etanolo è sopravvissuto dopo la ripresa dell'irrigazione, mentre, tra le piante non trattate con etanolo, meno del 5% è sopravvissuto.

Dato però che l'apertura degli stomi non è fine a sé stessa ma svolge importanti funzioni fisiologiche nella pianta, è comunque utile evidenziare che ne consegue l'interruzione della traspirazione di acqua dagli stomi e il flusso della linfa grezza, con conseguenze sul trasporto degli elementi nutritivi nella pianta e sulla regolazione della temperatura fogliare. Ne consegue, quindi, principalmente, che le foglie si surriscaldano.

Una volta dimostrato che l'etanolo può proteggere il frumento e il riso dalla siccità, gli autori dello studio hanno, poi, deciso di spiegare il motivo di tale fenomeno, concentrandosi sulla pianta modello Arabidopsis thaliana, che è spesso utilizzata per attività sperimentali di carattere generale, poiché si ritiene che, in linea di massima, un esperimento riuscito su Arabidopsis sia poi ripetibile, con analogo risultato, anche nelle altre piante.

Le piante di Arabidopsis furono trattate con etanolo e subito dopo private dell'acqua.
Analizzando gli stomi fogliari, i ricercatori hanno quindi scoperto che si erano chiusi e la temperatura delle foglie era aumentata. A 11 e 12 giorni di privazione dell'acqua, le piante trattate con etanolo avevano trattenuto più acqua nelle foglie, rispetto alle piante non trattate.

I ricercatori hanno poi analizzato l'espressione genica (trascriptomi), prima e durante la privazione dell'acqua e hanno marcato con il radio l'etanolo prima del pre-trattamento. Ciò ha permesso loro di vedere quali geni e processi ad essi collegati sono stati attivati durante la siccità e cosa è successo all'etanolo dopo che è stato assorbito dalle radici delle piante.
Già prima della privazione dell'acqua, le piante trattate con etanolo avevano iniziato a esprimere i geni che lo sono normalmente solo durante la privazione dell'acqua.
Dall'analisi dei trascriptomi (delle proteine sintetizzate dai geni attiviti) è risultata infatti l'attivazione (da parte dell'etanolo) dei geni relativi al metabolismo del saccarosio e dell'amido e di quelli relativi alla biosintesi dei glucosinati e dei fenil-propanoidi.

Inoltre, più o meno nello stesso periodo in cui il contenuto di acqua scendeva nelle foglie non trattate, le piante trattate con etanolo producevano zuccheri dall'etanolo e facevano la fotosintesi.
Dall'analisi metabolomica, riguardante i prodotti del metabolismo cellulare, collegati all'attivazione dei sopra-detti geni è risultato un aumentato accumulo di zuccheri, glucosinolati ed aminoacidi collegati alla resistenza alla siccità.
In tale attività sarebbero coinvolti l'acido abscissico, un ormone di senescenza e l'acido acetico; infatti in mutanti privi della capacità di produrre acido abscissico e acido acetico, l'etanolo non avrebbe alcun effetto di aumento della resistenza alla siccità, poiché non si potrebbe servire dell'attività di segnalazione ormonale dell'acido abscissico e del contributo dell'acido acetico alla biosintesi dei carboidrati e loro accumulo, che sono risultate, in definitiva, essenziali per incrementare la resistenza delle piante alla siccità.

Seki ha, quindi, affermato che il trattamento del suolo con etanolo mitiga la siccità su più fronti.

• In primo luogo, i geni che risultano espressi in condizioni di siccità, in presenza di etanolo somministrato artificialmente, risultano espressi già prima che vi sia carenza di acqua, dando alle piante un vantaggio nella preparazione alla siccità: gli stomi si chiudono, consentendo alle foglie di trattenere più acqua già prima che si verifichi la siccità.
• Inoltre parte dell'etanolo viene utilizzato per produrre una varietà di zuccheri, che forniscono l'energia necessaria e che a stomi chiusi è difficile ottenere poiché la fase oscura della fotosintesi necessita di assorbire anidride carbonica attraverso gli stomi, per la biosintesi dei carboidrati.

In conclusione Seki afferma: “Troviamo che il trattamento di colture comuni come grano e riso con etanolo esogeno può aumentare la produzione agricola durante la siccità.
Come in Arabidopsis, ciò è probabilmente dovuto a cambiamenti nei profili metabolomici e trascrittomici che regolano la risposta allo stress da siccità. Ciò ci offre un modo semplice ed economico per aumentare la resa delle colture anche quando l'acqua è limitata, senza la necessità di modifiche genetiche".

Sebbene gli autori di questo studio sostengano la convenienza dell'utilizzo dell'alcol-etilico, in alternativa alle biotecnologie, per incrementare le produzioni di pieno campo in condizioni di stress-idrico, non sembra però concretamente conveniente tale trattamento, dato che l'etanolo è esso stesso un prodotto agricolo, particolarmente in un'agricoltura indirizzata all'utilizzo di composti rinnovabili e quindi naturali; conseguentemente non è particolarmente economico. Esso potrebbe più probabilmente essere proficuamente utilizzato nelle coltivazioni di alto reddito e quindi particolarmente in quelle ornamentali.