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lunedì, 29 Novembre 2021

Il suolo… protegge dalle malattie

Della stessa Rubrica

Come e dove è possibile che il suolo possa proteggere alcune piante, supportandone addirittura la crescita?
Scopriamo insieme questo mistero che, negli anni ‘70, è stato identificato come “soil suppressiveness” e come questo fenomeno sia stato studiato negli anni successivi. 

La componente microbica dei suoli e la soil suppressiveness 

La capacità naturale del suolo di proteggere la pianta dai patogeni radicali e supportarne la crescita (soil suppressiveness) è prevalentemente regolata dai microrganismi. Il termine soil suppressiveness è stato coniato negli anni ’70 da ricercatori australiani, per definire lo stato dei suoli nella foresta tropicale in cui la pianta di avocado (Persea americana) aveva una crescita ottimale. Al contrario, se trasferita su suoli coltivati, questa pianta era soggetta a forti morìe e riduzione di crescita causata da patogeni radicali fra i quali Phythophtora cactorum, molto aggressivo. I ricercatori trovarono che i suoli, ricchissimi di sostanza organica e intatti, della foresta tropicale (habitat naturale della pianta di avocado) garantivano condizioni sfavorevoli all’instaurarsi di qualsiasi patogeno, inclusa Phythophtora. Questo stato del suolo, ideale per la crescita della pianta di avocado, è risultato di origine principalmente biologica, ovvero mediato dai microorganismi.  

Nei decenni successivi, la soil suppressiveness è stata molto studiata, grazie anche all’introduzione di tecniche molecolari per lo studio delle comunità microbiche dei suoli. Questo ha permesso di collegare varie popolazioni di batteri e funghi del suolo ai diversi meccanismi di bio-controllo osservati (antagonismo, antibiosi, iperparassitismo). Inoltre, è risultato ben presto chiaro che le proprietà di bio-controllo erano sempre associate ad altre funzionalità utili dei microrganismi, come la promozione di crescita, la capacità di solubilizzazione dei microelementi, fino alla induzione di resistenza endogena, ovvero induzione di meccanismi di autodifesa della pianta stessa, grazie ad interazioni specifiche con i microrganismi. La soil suppressiveness è, quindi, uno stato ideale per la crescita delle piante, indotto ad una serie di processi microbici, al quale la ricerca applicata fa riferimento nei programmi di recupero sostenibile della sanità dei suoli coltivati.  

Il declino produttivo dei suoli agrari e la soil suppressiveness 

La ricerca sui processi microbici coinvolti nella soil suppressiveness, e sulle alternative eco-friendly per proteggere le colture, ha avuto un grande impulso a partire dagli anni ‘90, in risposta alla progressiva messa al bando dei fumiganti chimici del suolo. Questo ha permesso di comprendere meglio il ruolo della componente microbica dei suoli nella sanità delle colture e chiarire le cause della problematica definita come “declino produttivo delle colture”. Il declino produttivo interessa tutti i sistemi produttivi intensivi e le colture perenni, incluse alcune colture forestali; esso si manifesta come graduale riduzione del vigore delle piante che rende le colture via via meno tolleranti e reattive agli stress biotici (malattie delle piante) e abiotici (stress idrico, asfissia, ecc.). La causa diretta di questa problematica è la riduzione dello sviluppo radicale dovuta all’aumento dei patogeni radicali in risposta ad una riduzione della capacità complessiva dei suoli di controllarli. Arrivare a comprendere che la componente microbica dei suoli è alla base di questi processi, e delle perdite correlate, ha dato un forte impulso alla ricerca di tecniche colturali mirate al recupero della componente microbica per aumentare la soil suppressiveness.  

Le molteplici componenti biotiche responsabili della sanità delle colture  

La possibilità di monitorare le popolazioni microbiche positive e negative dei suoli (batteri e funghi) con tecniche molecolari ci ha permesso di comprendere la dinamica dei cambiamenti del microbioma nei suoli affetti da declino produttivo ed i meccanismi coinvolti.  

Con gli studi svolti dal nostro gruppo di microbiologia e sanità dei suoli del CREA –Agricoltura e Ambiente di Bologna, in collaborazione anche con il Centro di Ricerca di Laimburg (Bolzano, Alto Adige) e con altre realtà produttive locali, abbiamo dimostrato, già alla fine degli anni 90, che la graduale perdita di vigore dei giovani meleti di reimpianto era legata ad un serie di funghi patogeni (Figura 1), che si accumulano nei suoli in seguito alla perdita di diversità microbica e, quindi, della funzionalità complessiva del suolo. 

Fig.1 – Funghi maggiormente responsabili della riduzione di sviluppo radicale di fruttiferi e fragola. Da sinistra a destra: conidi di Dactylonectria torresensis e Ilyonectria europea, o spore di Pythuim ultimum

Esperienze successive ci hanno permesso di evidenziare che il complesso dei funghi patogeni responsabili della riduzione di sviluppo radicale di melo era molto simile a quello di fragola, vite e pesco e che simili erano le dinamiche con cui i patogeni radicali aumentavano in queste colture. 

Fig.2 – Sviluppo radicale ridotto di portainnesti di melo M.9 allevato su suolo di reimpianto (a sinistra) Sviluppo radicale ottimale (a destra) ottenuto su suolo vergine (Kelderer, et al., 2012. Plant and Soil) 

Fra i meccanismi identificati recentemente dal nostro gruppo di ricerca, interessante è quello mediato da un pool di fitotossine liberate nella rizosfera dal gruppo dei Cylindrocarpon, funghi patogeni molto frequenti sulle radici delle colture arboree. Queste tossine (tentoxina, HC Toxin e altre) inibiscono lo sviluppo delle radici senza causare sintomi specifici (come necrosi, imbrunimenti o altro sintomo visibile sull’apparato radicale), perché interferiscono sul metabolismo delle singole cellule o della pianta (Figura 3). Questo meccanismo di inibizione asintomatica delle radici spiega parte della componente biotica del declino produttivo. 

Fig.3 – Meccanismo di riduzione asintomatica dello sviluppo radicale di fruttiferi. Test di fitotossicità dei filtrati colturali di Dactylonectria torresensis  svolto utilizzando piantine micro-propagate del portainnesto di pesco GF677. Presenza di totale inibizione di emissione delle radici su substrato addizionato con filtrati sterili (25% in volume) rispetto al controllo (0%) (Foto: Emilia Caboni CREA-OFA, in Manici, et al. 2021. Rhizosphere). 

Le tecniche di gestione dei suoli per il recupero della soil suppressiveness ed il trasferimento tecnologico 

Contrastare la perdita di biodiversità 

Il genoma della pianta influenza le comunità batteriche e fungine del suolo; pertanto, il ritorno sullo stesso appezzamento della stessa specie vegetale porta ad una perdita di biodiversità causando un aumento dei patogeni ed una riduzione della resilienza del microbioma del suolo. Per dare un risvolto applicativo ai nostri studi su comunità microbiche e sanità delle colture, abbiamo sempre impostato le nostre ricerche con due criteri: 1) correlare le variazioni delle popolazioni microbiche con la crescita della coltura ed evidenziandone gli effetti funzionali coinvolti; 2) adottare sistemi colturali di medio o lungo termine come casi studio per poter mettere in relazione la gestione dei suoli con i loro microbioma e con la sanità delle colture.   

Nelle nostre ricerche valutiamo sempre la risposta di accrescimento della pianta (con test in vaso o prove di pieno campo) per poter quantificare gli effetti di gestioni diverse. Questo ci ha permesso di evidenziare che, il ritorno di un fruttifero sullo stesso suolo porta ad aumentare i patogeni radicali specializzati, ma che la gestione conservativa ne riduce l’impatto rispetto a quella intensiva, grazie ad una maggiore massa microbica e biodiversità che “sopprimono” i patogeni (Figura 4). È importante sottolineare che la biodiversità, uno degli indici di sanità dei suoli più utilizzati, “pesa” due componenti delle comunità: la numerosità delle specie e l’equilibrio fra le specie, ovvero la frequenza con cui sono rappresentate nella comunità.  

Fig.4 – Confronto della biodiversità microbica (Diversiry profile) in 5 siti a gestione conservativa e 5 a gestione intensiva nella piana del Sele in Campania (a sinistra).  Risposta di accrescimento di giovani piante di portainnesto di pesco GF677, su suolo a gestione conservativa (a) rispetto a uno a gestione intensiva (b) (a destra)Si noti la riduzione di allungamento degli internodi (b) in risposta alla riduzione di sviluppo radicale causata da 2 funghi patogeni delle radici,  assenti nei siti a gestione conservativa (Manici e Caputo, 2010. European Journal of Agronomy). 

Fra le sfide della ricerca applicata in questo settore, entusiasmante è quella di poter orientare con le pratiche agricole le variazioni delle popolazioni microbiche indigene, valorizzando quelle utili a svantaggio di quelle patogene. È, infatti, possibile “manipolare” le comunità fungine e batteriche del suolo con il genoma delle piante, riducendo la presenza dei patogeni fungini e aumentando le popolazioni batteriche positive (Figura 5). Da qui, l’importanza di conoscere le variazioni microbiche dei suoli in risposta alle colture di copertura o delle successioni colturali. 

Fig.5 – Prove in vaso per la selezione di colture di copertura miglioratrici dei meleti sulla base dell’interazione con i microorganismi del suolo (Manici et al., 2015. Canadian Journal of Microbiology). 

Apportare masse organiche di riciclo per il mantenimento della fertilità biologica. 

L’apporto ai suoli di masse organiche di riciclo è un altro mezzo agronomico per valorizzare le risorse microbiche. Valutare le risposta delle comunità del suolo all’apporto di biomasse di riciclo è, in generale, difficile per la variabilità della composizione dei materiali organici e per la complessità delle interazioni fra i microrganismi che variano anche da sito a sito. Nelle prove a breve termine (osservazione delle variazioni dopo pochi mesi dall’apporto) è sempre difficile valutare gli effetti e trarne indicazioni utili dal punto di vista applicativo; al contrario, nelle prove di lungo periodo abbiamo ottenuto risultati entusiasmanti. L’apporto periodico di digestati da produzione di biogas per almeno un decennio, in aree della pianura Padana con ritorno frequente della coltura di mais, pur non incrementando in modo significativo il contenuto di sostanza organica, ha permesso di raggiungere un incremento medio della massa vegetale del 30%, grazie a una serie di variazioni microbiche in grado di ridurre la pressione sulle radici da parte di patogeni radicali tipici dei suoli a monocoltura di mais (Figura 6). 

Fig.6 Questa immagine dimostra come i molteplici e variabili effetti microbici positivi in risposta all’apporto periodico al suolo di digestati si esplicano con una maggior sviluppo radicale (Manici et al., 2021. Renewable Agriculture and Food Systems). 

Come CREA Agricoltura e Ambiente di Bologna siamo coinvolti, con il progetto SOSFERA (Piano di Sviluppo Rurale 2020-2023), in una serie di attività dimostrative volte a promuovere l’uso di masse organiche di riciclo in Emilia-Romagna. L’obiettivo è aumentare la consapevolezza degli agricoltori su quanto il mantenimento della sostanza organica dei suoli sia essenziale per preservare la dotazione microbica naturale dei suoli e garantire la sanità delle colture. 

Luisa M. Manici
Ricercatrice del CREA Agricoltura e Ambiente, Sede di Bologna

#lafrase
Fondamentale per noi oggi è trasmettere agli agricoltori l’importanza che ha la componente microbica dei loro suoli per la produttività e convincerli che è possibile valorizzarla anche con programmi a medio termine

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