I microbi aiutano la crescita delle piante

I microbi prelevati dagli alberi che crescono accanto a ruscelli alimentati da montagne incontaminate nello stato di Washington occidentale potrebbero rendere il fosforo intrappolato nei suoli più accessibile alle colture agricole.

Il fosforo è un nutriente necessario per la crescita delle piante. Ma quando viene applicato alle piante come parte di un fertilizzante chimico, il fosforo può reagire fortemente con i minerali nel terreno, formando complessi con ferro, alluminio e calcio. Questo blocca il fosforo, impedendo alle piante di accedere a questo nutriente cruciale.

Per ovviare a questo problema, gli agricoltori spesso applicano un eccesso di fertilizzanti chimici alle colture agricole, portando all'accumulo di fosforo nel suolo. L'applicazione di questi fertilizzanti, che contengono sostanze chimiche diverse dal solo fosforo, porta anche a deflussi agricoli dannosi che possono inquinare gli ecosistemi acquatici vicini.

Ora un gruppo di ricerca guidato dall'Università di Washington e dal Pacific Northwest National Laboratory ha dimostrato che i microbi prelevati dagli alberi che crescono accanto a ruscelli alimentati da montagne incontaminate nel Washington occidentale potrebbero rendere il fosforo intrappolato nei suoli più accessibile alle colture agricole.

Gli endofiti, che sono batteri o funghi che vivono all'interno di una pianta per almeno una parte del loro ciclo di vita, possono essere considerati “probiotici" per le piante, ha affermato l'autrice senior Sharon Doty, (1) professoressa presso la UW School of Environmental and Forest Sciences. Il laboratorio di Doty ha dimostrato in studi precedenti che i microbi possono aiutare le piante a sopravvivere e persino a prosperare in ambienti poveri di nutrienti e aiutare a ripulire gli inquinanti.

In questo nuovo studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Frontiers in Plant Science, (2) la dottoressa Doty e i suoi collaboratori hanno scoperto che i microbi endofitici isolati da piante selvatiche hanno contribuito a sbloccare il prezioso fosforo dall'ambiente, rompendo i complessi chimici che avevano reso il fosforo non disponibile per le piante.

«Stiamo sfruttando una partnership naturale pianta-microbo», ha detto Doty. «Questo può essere uno strumento per far avanzare l'agricoltura perché fornisce questo nutriente essenziale senza danneggiare l'ambiente».

Il ricercatore di Doty, Andrew Sher, (3) e il ricercatore universitario, della University of Washington, Jackson Hall hanno dimostrato in esperimenti di laboratorio che i microbi potrebbero dissolvere i complessi di fosfato. Le piante di pioppo inoculate con i batteri nel laboratorio di Doty sono state inviate al collaboratore Tamas Varga, (4) uno scienziato dei materiali presso l'Environmental Molecular Sciences Laboratory del Pacific Northwest National Laboratory a Richland, Washington. Lì i ricercatori hanno utilizzato tecnologie di imaging avanzate nel loro laboratorio e in altri laboratori nazionali del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per fornire prove chiare che il fosforo reso disponibile dai microbi si è trasformato nelle radici della pianta.

L'imaging ha anche rivelato che il fosforo si lega a complessi minerali all'interno della pianta. Gli endofiti, che vivono all'interno delle piante, sono posizionati in modo univoco per ridiogliere quei complessi, mantenendo potenzialmente l'apporto di questo nutriente essenziale.

Mentre il lavoro precedente nel laboratorio di Doty ha dimostrato che gli endofiti possono fornire azoto, ottenuto dall'aria, alle piante, tale prova diretta di piante che utilizzano fosforo disciolto dagli endofiti non era precedentemente disponibile.

I batteri utilizzati in questi esperimenti provenivano da pioppi selvatici (Populus trichocarpa) che crescono lungo il fiume Snoqualmie nella parte occidentale di Washington. In questo ambiente naturale, i pioppi sono in grado di prosperare sugli argini rocciosi dei fiumi, nonostante la scarsa disponibilità di nutrienti come il fosforo nel loro habitat naturale. I microbi aiutano questi alberi a catturare e utilizzare i nutrienti di cui hanno bisogno per la crescita.

Questi risultati possono essere applicati alle colture agricole, che spesso si trovano, inutilizzate, su un'abbondanza di fosforo “ereditato” che si è accumulato nel terreno, inutilizzato, da anni di applicazioni di fertilizzanti. I microbi potrebbero essere applicati nel terreno tra le giovani piante coltivate, o come rivestimento sui semi, aiutando a sbloccare il fosforo tenuto prigioniero e rendendolo disponibile per l'uso da parte delle piante per crescere. Ridurre l'uso di fertilizzanti e impiegare endofiti - come quelli studiati da Doty e Varga - apre la porta a una produzione alimentare più sostenibile.

«Questo è qualcosa che può essere facilmente ingrandito e utilizzato in agricoltura», ha detto Doty.

L'University of Washington ha già concesso in licenza i ceppi endofiti utilizzati in questo studio a Intrinsyx Bio, una società con sede in California che lavora per commercializzare una collezione di microbi endofiti. La prova diretta fornita dalla ricerca di Doty e Varga sull'assorbimento del fosforo promosso dagli endofiti sta «cambiando il gioco per la nostra ricerca sulle colture», ha affermato John Freeman, direttore scientifico di Intrinsyx Bio.

I coautori sono Kim Hixson, Amir Ahkami, Rosalie Chu, Anil Battu, Loren Reno, Carrie Nicora e Tanya Winkler del Pacific Northwest National Laboratory; Morgan Barnes dell'Università della California, Merced; Sirine Fakra e Dilworth Parkinson del Lawrence Berkeley National Laboratory; e Olga Antipova dell'Argonne National Laboratory.

Questa ricerca è stata finanziata dalla Byron and Alice Lockwood Foundation e dall'Ufficio della scienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Riferimenti:

(1) Sharon Doty

(2) Endophyte-Promoted Phosphorus Solubilization in Populus

(3) Andrew Sher

(4) Tamas Varga

Descrizione foto: Alberi di pioppo come questi lungo il fiume Snoqualmie in grado di prosperare sulle sponde rocciose dei fiumi, nonostante la scarsa disponibilità di nutrienti come il fosforo nel loro habitat naturale. I microbi aiutano questi alberi a catturare e utilizzare i nutrienti di cui hanno bisogno per la crescita.

Quando un ceppo endofitico dissolve il fosfato tricalcico, viene prodotto un alone chiaro attorno ai cerchi di fosfato bianco latte, come si vede in questa immagine del processo che si verifica in un mezzo agar.

Credit: Sharon Doty/University of Washington.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Microbes help unlock phosphorus for plant growth