La rivoluzione nutrizionale

La rivoluzione nutrizionale
Un nuovo modello per la fertilizzazione azotata
di Xavier Briand,
Dottore in fisiologia vegetale - Direttore dei laboratori Biotecnologie Marine - Secma - Francia
Estratto da “Terra e Vita” settembre 2002 - edizioni Edagricole
Italia
LA RIVOLUZIONE NUTRIZIONALE
UN NUOVO MODELLO PER LA FERTILIZZAZIONE AZOTATA
Xavier Briand, Dottore in fisiologia vegetale – Direttore dei laboratori Biotecnologie Marine – Secma - Francia
La ricerca di una fertilizzazione azotata ottimale in grado di soddisfare le esigenze economiche qualitative ed
ambientali è divenuta di importanza fondamentale per l’agricoltura moderna.
In questo contesto la ricerca di una migliore regolazione dell’assorbimento dei nitrati e della loro trasformazione in azoto organico ha messo in evidenza alcuni derivati indolici naturali che partecipano attivamente al processo. Queste sostanze a elevata attività biologica, identificate
in una specie vegetale marina da una équipe dell’università di Parigi (Sotta, 1992),
sono state oggetto di un vasto programma di ricerca e di sperimentazioni agronomiche.
La scoperta delle loro peculiari proprietà che stimolano il sistema di attivazione delle
pompe nitrati a livello radicale oltre che sull’attivazione dei geni codificanti la nitrato
reduttasi aprono nuove prospettive in materia di gestione della fertilizzazione azotata.
Miglioramento della capacità di assorbimento degli elementi nutritivi
Valori relaive (indice)
Misura relativa JUBIL (indice)
Effetto del complesso N Pro (NPK 16-6-10 N Pro)
Lo studio dei meccanismi di regolazione dell’assorbimento degli elementi nutritivi dal
sulla nutrizione minerale del frumento
terreno verso l’interno delle radici ha rivelato che questo processo avviene in due
125 +22%
120 tempi.
115 In un primo tempo il trasporto di acqua e degli elementi nutritivi si svolge natural110 +7%
mente verso la zona più interna della radice. I nutrienti penetrano facilmente all’in105 Testimone NPK
100 terno delle cellule semipermeabili o negli spazi intercellulari.
NPK N PRO
95 pH = 5.6
In un secondo tempo il trasporto verso i vasi linfatici della linfa grezza si interrompe
90 S.O. = 3.96
85 nella zona più interna della radice a causa di una barriera fisiologica.
80 Sappiamo in effetti che la linfa contenuta nello xilema mostra una più forte concenEssai Plus 99
P
K
1° apporto 13-6-10 a 600 kg/Ha all accesti mento
trazione in minerali della soluzione circolante a livello della zona radicale.
2° apporto 65 Unit/Ha Azoto a 2 nodi
Misura effettuata 15 giorni dopo il 1° apporto
Un meccanismo attivo di trasporto deve quindi intervenire a livello di tale barriera
fisiologica per assicurare il trasporto degli elementi nutritivi.
Effetti del complesso N Pro (NPK 12-6-20 N Pro)
Questo viene realizzato da cellule di trasferimento equipaggiate di “pompe”. Queste
sulla nutrizione minerale del frumento (casse di
pompe sono attivate da intermediari di sostanze indoliche presenti a livello radicale.
vegetazione).
Grazie a questo sistema gli elementi nutritivi penetrano attraverso i vasi conduttori
190 +67%
della linfa grezza per essere traslocati verso l’apparato vegetativo.
170 +43%
150 L’associazione della fertilizzazione con le sostanze indoliche favorisce quindi l’attivaTestimone NPK
130 NPK N PRO
zione delle pompe anche quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli.
110 pH = 6.8
Differenti sperimentazioni agronomiche realizzate su diverse colture hanno dimostrato che
90 S.O. = 1.95
70 questa attivazione comporta un miglioramento dell’assorbimento degli elementi nutritivi
50 per la pianta.
Laboratoro di
Mg
Zn
Biotecnologie Marine SECMA
1° apporto 12-6-20 a 650 kg/Ha fine accestimento
(Pontrieux) 1999
Questa valorizzazione degli elementi nutritivi vale sia per quello proveniente dalle
2° apporto 12-6-20 650 kg/Ha 1 - 2 nodi
riserve del terreno che per quello apportato con la fertilizzazione.
Attivazione del trasporto radiPer il frumento la fertilizzazione N-indolica in comparazione a un
cale degli elementi minerali da parte
testimone coltivato a parità di condizioni di fertilizzazione ha perdel segnale indol
messo incrementi notevoli delle concentrazioni di elementi nutritiConcentrazione in Azoto totale
(N SAVITAL)
vi nella linfa.(Europe sols, 1997).
nel flusso della linfa
+19%
a
hi
le
m
a
nc
xi
en
pa
do
de
ci
ec
rt
co
re
a
rm
e
id
m
er
id
ep
m
a
Trasporto dei nutrienti attraverso la radice
Segnale
Indol
cp
cp: barriera fisiologica
R
Pompa a “azoto”
R: recettore
Miglioramento della trasformazione dell’azoto nitrico in azoto organico
La fase dell’assorbimento non è fine a se stessa. Una volta all’interno delle radici o nelle foglie, i nitrati non sono utilizzati direttamente dalla pianta. La loro assimilazione necessita la trasformazione in azoto ammoniacale che a sua volta viene trasformato in
aminoacidi precursori delle proteine. L’incorporazione dell’azoto fornito con i nitrati nelle molecole organiche della pianta è realizzata da enzimi specifici.
Uno di questi, la nitrato reduttasi NR è determinante nella trasformazione dell’azoto nitrico in ammoniacale e può essere considerata, in talune condizioni, ( azoto insufficiente, alterazioni fotosintetiche, condizioni climatiche sfavorevoli…) come un fattore limitante nel ciclo della trasformazione dell’azoto.
Questa trasformazione è molto esigente in energia sia a livello radicale che a livello degli organi verdi della pianta, responsabili
della fotosintesi, in particolare sotto l’epidermide superiore delle foglie. In caso di un apporto eccessivo di nitrati la totalità degli
stessi non può essere trasformata in azoto ammoniacale. Una parte viene accumulata come riserva nei vacuoli cellulari. I nitrati
vengono quindi immagazzinati senza danni apparenti per le colture fino a ad una concentrazione cento volte superiore a quella del
terreno dopo l’apporto di fertilizzanti. Il consumo delle parti verdi di tali piante, che hanno accumulato quantità considerevoli di
nitrati, può essere tossico per l’uomo e gli animali (problemi di eccessi di nitrati in lattuga, spinacio, mais insilato, loietto).
Trasformazione dei nitrati nella pianta
Effetti dell’ indolo sulla sintesi della nitrato reduttasi
1
testimone
Indolo
0,8
nitrato reduttasi
10mM nitrato
+30%
0,6
0,4
Indolo
NO3-
NH4+
amino
acidi
proteine
X4
0,2
INDOLO
Testimone
0
Condizioni limitanti
3mMN Equ.85 N /ha
Condizioni ottimali
7mMNEqu.200 N /ha
INRA di Versailles 1999
A questo stadio l’azoto ammoniacale e la nitrato reduttasi appaiono come intermediari essenziali del metabolismo azotato della
pianta. Alcuni lavori condotti in collaborazione con l’INRA hanno evidenziato l’effetto rimarcabile delle sostanze indoliche di origine marina nell’espressione del gene NIA2 che codifica la nitrato reduttasi (INRA 2000).
Questa migliorata espressione del gene comporta un aumento della sintesi della nitrato reduttasi.
Così in condizioni ottimali di nutrizione azotata, i derivati indolici marini hanno aumentato del 30% l’attività della nitrato reduttasi rispetto al testimone.
L’effetto è ancora più evidente in condizioni di carenze azotate. In questo caso, l’attività della nitrato reduttasi è risultata 4
volte superiore per N-indolo che per il testimone. Si è osservata infatti una forte diminuzione dell’attività della NR nel caso del
testimone e un mantenimeto della stessa a livelli quasi ottimali per l’azoto-indolico.
La stimolazione dell’attività della NR può esprimersi in diversi modi: da un aumento delle proteine a livello radicale o da
un aumento dell’azoto organico solubile nei succhi cellulari del fusto.
L’équipe del laboratorio di fisiologia di Rennes (1993) ha dimostrato che nel mais i derivati indolici aumentavano dopo 6
settimane di coltivazione il tenore di proteine nelle radici del 9% (grazie alla stimolazione della nitrato reduttasi) e la quantità totale di proteine radicali per ettaro del 21% (questo grazie all aumento di sviluppo radicale, dovuto al maggior)
assorbimento di elementi nutritivi.
Questo aspetto è particolarmente importante per le colture foraggere.
Nel loietto l’azoto viene immagazzinato
temporaneamente sotto forma di proteine
di riserva nelle radici grazie all’azione
della nitrato reduttasi.
Dopo lo sfalcio queste proteine vengono
idrolizzate per garantire il fabbisogno in
azoto per il ricaccio influenzando così il
rendimento di ciascuno sfalcio.
Un secondo esperimento realizzato in
pieno campo su frumento ha permesso di
mettere in evidenza un aumento del 25%
di azoto organico solubile (aminoacidi,
peptidi…) all’interno dei succhi del fusto
(Metodo Savital – Europe Sols 1997) e
quindi disponibile per la nutrizione della
pianta.
Effetti del N-indolo sulle proteine radicali (mais)
e sull azoto organico nel flusso linfatico (frumento)
Concentrazione in azoto organico
nel flusso linfatico
+25%
Europe sols 1997
Tenore percentuale di proteine nelle radici
+9%
Quantità totale di proteine radicali per ettaro
+21%
Università di Rennes 1993
Un bilancio ambientale per un ottimale sistema di produzione
Prove di resa su frumento:
Apporto di Nitrato Ammonico (60Unit/Ha)
all accestimento
Resa (S.S./Ha)
L’effetto delle sostanze indoliche sui meccanismi di regolazione dell’azoto a
livello del sistema assorbimento-trasformazione permetterà all’agricoltore di
ottimizzare la fertilizzazione stessa riducendo gli eventuali ostacoli sia dovuti all’eterogeneicità del sistema terreno-pianta sia alle condizioni ambientali
sfavorevoli.
Sappiamo per esempio, senza che si possa ancora a tutt’oggi spiegare in
maniera esautiva, che l’apparato radicale possiede eterogenee capacità di
assorbimento.
Infatti solo una porzione delle radici partecipa all’assorbimento dei nutrienti.
Questa capacità di assorbimento è ridotta da condizioni di terreno compattato.
Condizioni climatiche come forti precipitazioni possono creare una differenziazione del tenore in nitrati nella rizosfera. Il sistema N-indolo assicura, attraverso l’attivazione delle pompe e della nitrato reduttasi, un miglioramento
della capacità di assorbimento della porzione radicale attiva e quindi una
migliore valorizzazione di tutti gli elementi minerali in generale, ma soprattutto dell’azoto.
La fertilizzazione indolica comporta come conseguenza una maggior produzione di azoto organico per soddisfare i fabbisogni nello sviluppo delle colture.
L’aumentata valorizzazione dell’azoto si esprimerà, a seconda delle diverse
condizioni colturali, in un aumento delle rese e/o in un miglior valore nutritivo delle colture.
Il programma di sperimentazione agronomica realizzato su differenti colture
ha mostrato gli effetti benefici sulla produttività vegetale.
Testimone
N indolo
Indice di resa
Prove di resa al 1° taglio di prato stabile
Apporto d'azoto 66 giorni
prima del 1° taglio
Nitrato N-Indolo N-Indolo
ammonico 70 unit/Ha 56 unit/Ha
70 Unit/N
Indice di resa
Prove di resa su mais:
N Indolo in presemina (100 unit/Ha)
+ urea in copertura (7-8 foglie)
Testimone
N-Indole
prove di resa su colza:
nitrato ammonico a ripresa
vegetativa
La scoperta delle proprietà di questi derivati indolici d’origine marina
permette d’intravedere un nuovo modello per la fertilizzazione azotata
che tiene conto dell’impatto ambientale e assicura un ottimale livello di
prestazioni per l’agricoltore.
Nitrato
N-Indolo
ammonico 80 Unit/Ha
100 Unit/Ha
N-Indolo
100 Unit/Ha
I derivati indolici naturali, indice di fertilità dei terreni
I derivati indolici fanno parte delle sostanze naturali della sostanza organica, il cui tenore rappresenta una delle
caratteristiche di misurazione del grado di fertilità del suolo.
Queste sostanze sono prodotte dai microrganismi del terreno e dalle radici delle piante.
Per questo motivo la loro produzione è particolarmente importante a livello della rizosfera. E’ stato anche dimostrato
che la loro concentrazione nella frazione del terreno prossima alle radici (<0,2 mm) è da 3 a 15 volte superiore che
nella frazione più lontana (>2mm).
Questi composti sono conosciuti poiché ricoprono ruoli fondamentali nella crescita e nello sviluppo vegetale.
Il CETIOM e L’Università di Parigi hanno dimostrato che il tenore delle colture in derivati indolici fluttua in funzione
degli stadi di sviluppo. Infatti, per esempio, il colza ha i maggiori fabbisogni quando l’ottimale nutrizione della coltura
è fondamentale per ottenere resa e qualità del raccolto, cioè alla ripresa vegetativa, in fioritura, alla determinazione
della quantità di granella e durante il riempimento della stessa.
Sostanza secca
Sviluppo vegetativo
Formazione silique (prima settimana)
Apice del fusto
Determinazione
numero semi
silique
Differenziazione
a fiore
Ripresa
vegetativa
Distanza dalla radice (mm)
microorganismi del suolo
Induzione
a fiore
Apice
radicale
1-3
0,3-0,7
0,2-0,3
tenore in indolo
(mg/kg suolo secco)
ina
Lev
ata
2
0,2
Sem
Attinomiceti
Azotobacter
Azospirillum
Rizobio
Funghi
A - stadio
cotiledonare
B - Rosetta
C - Levata
D - Infiorescenze E - Infiorescenze
raccolte
separarte
FFioritura
G - Formazione
silique
Riempimento
semi