Biofortificazione di microgreens di basilico (Ocimum basilicum L.) var. Italiano Classico, tramite estratti vegetali ottenuti da specie iperaccumulatrici di selenio: Stanleya pinnata (Pursh) Britton, Astragalus bisulcatus L. e Neptunia amplexicaulis Domin.

The biological role of selenium is linked to its presence in the amino acid selenocysteine, which is incorporated into essential specialized proteins called selenoproteins. These proteins, in animals, perform a series of functions crucial for humans. The consequences of a deficiency of selenium in the diet can be serious and include heart disease, impaired immune system, reduced fertility and damage to the nervous system. An excess of selenium can, however, be harmful and cause pathological conditions such as gastrointestinal problems, neurological disorders and, in the most serious cases, selenosis. Studies on selenium intake through diet and supplements have shown that an adequate intake of this element can contribute to the prevention of certain diseases, such as heart disease and other conditions related to oxidative stress. The present study aims to evaluate the effects of foliar application of extracts from selenium hyperaccumulating plants (Stanleya pinnata (Pursh) Britton, Astragalus bisulcatus L. and Neptunia amplexicaulis Domin.) on microgreens of Ocimum basilicum L. in indoor cultivation, under controlled, to determine if this approach is more effective than the administration of inorganic forms of Se. Selenium hyperaccumulator plants have the characteristic of producing forms of organic Se (selenomethionine, selenocysteine ​​and methylselenocysteine) that non-hyperaccumulator species produce at negligible levels and can therefore represent an alternative source of Se to enrich plants of food interest. The leaf biomass of the hyperaccumulator species was used to obtain extracts, of which the chemical characterization was carried out in terms of content of mineral elements, including selenium. Subsequently, basil microgreens were grown in an indoor cultivation system to which the previously obtained extracts and, for comparison, two distinct solutions containing inorganic Se (sodium selenate and sodium selenite) were applied by foliar application. The plants used as controls were sprayed with deionized water. The selenium concentration of all solutions used was 1 mg Se/L. The plants were grown for a total of three weeks, at the end of which the biomass was collected and stored at -80 °C for subsequent analyses. The analyzes carried out were: the determination of the fresh and dry biomass of the aerial part, the contents of macro and microelements and their distribution in the plant, the content of total phenols (TP), the activity of two enzymes (catalase, CAT EC 1.11.1.6; guaiacol peroxidase GPX EC 1.11.1.7) implicated in oxidative stress. The results of the analyzes revealed a greater content of selenium, sulphur, potassium and zinc in the microgreens treated with the extracts of hyperaccumulator plants, as well as a greater production of total phenols, with a consequent decrease in enzymatic activity compared to the plants treated with the control. In conclusion, we can state that the application of hyperaccumulator plant extracts has proven effective in biofortification with selenium, compared to the application of inorganic forms of the same.

Il ruolo biologico del selenio è legato alla sua presenza nell’amminoacido selenocisteina, che viene incorporato in proteine specializzate essenziali chiamate selenoproteine. Queste proteine, negli animali, svolgono una serie di funzioni cruciali per l'uomo. Le conseguenze di una carenza di selenio nella dieta possono essere gravi e comprendono disturbi cardiaci, compromissione del sistema immunitario, ridotta fertilità e danni al sistema nervoso. Un eccesso di selenio può tuttavia essere dannoso e causare condizioni patologiche come problemi gastrointestinali, disturbi neurologici e, nei casi più gravi, selenosi. Gli studi sull'assunzione di selenio attraverso la dieta e gli integratori hanno dimostrato che un apporto adeguato di questo elemento può contribuire alla prevenzione di alcune malattie, come malattie cardiache e altre condizioni legate allo stress ossidativo. Il presente studio mira a valutare gli effetti dell’applicazione fogliare di estratti di piante iperaccumulatrici di selenio (Stanleya pinnata (Pursh) Britton, Astragalus bisulcatus L. e Neptunia amplexicaulis Domin.) su microgreens di Ocimum basilicum L. in coltivazione indoor, in condizioni controllate, per determinare se questo approccio risulta più efficace rispetto alla somministrazione di forme di Se inorganico. Le piante iperaccumulatrici di selenio hanno la caratteristica di produrre forme di Se organico (selenometionina, selenocisteina e metilselenocisteina) che le specie non iperaccumulatrici producono a livelli trascurabili e possono quindi rappresentare una fonte alternativa di Se per arricchire le piante di interesse alimentare. La biomassa fogliare delle specie iperaccumulatrici è stata utilizzata per ottenere degli estratti, di cui è stata effettuata la caratterizzazione chimica in termini di contenuto di elementi minerali, tra cui il selenio. In seguito, sono stati coltivati microgreens di basilico in un sistema di coltivazione indoor a cui sono stati applicati per via fogliare gli estratti precedentemente ottenuti e, per confronto, due soluzioni distinte contenenti Se inorganico (selenato di sodio e selenito di sodio). Le piante utilizzate come controllo sono state nebulizzate con acqua deionizzata. La concentrazione di selenio di tutte le soluzioni utilizzate era di 1 mg Se/L. Le piante sono state coltivate per un totale di tre settimane, al termine delle quali la biomassa è stata raccolta e conservata a -80 °C per le successive analisi. Le analisi effettuate sono state: la determinazione della biomassa fresca e secca della parte aerea, i contenuti di macro e microelementi e la loro distribuzione nella pianta, il contenuto di fenoli totali (TP), l’attività di due enzimi (catalasi, CAT EC 1.11.1.6; guaiacolo perossidasi GPX EC 1.11.1.7) implicati nello stress ossidativo. Dai risultati delle analisi è emerso un maggiore contenuto di selenio, zolfo, potassio e zinco nei microgreens trattati con gli estratti di piante iperaccumulatrici, oltre ad una maggior produzione di fenoli totali, con conseguente diminuzione dell'attività enzimatica rispetto alle piante trattate con controllo. In conclusione, possiamo affermare che l’applicazione degli estratti di piante iperaccumulatrici si è rivelata efficace nella biofortificazione con selenio, rispetto all’applicazione di forme inorganiche dello stesso.