Effetto dell’applicazione di selenato e selenito sull’accumulo di cadmio e nichel e le loro interazioni in piante di riso (Oryza sativa L., cv. Selenio)

Rice is a staple crop for human nutrition globally. In Italy, rice cultivation is primarily located in the Piedmont and Lombardy regions. In these areas, farmers have been dealing for years with the issue of metal and metalloid accumulation in rice grains, especially arsenic and cadmium. To prevent the accumulation of these contaminants from exceeding legally permitted limits, farmers manage water carefully to reduce arsenic accumulation during flooding and cadmium accumulation during dry periods. In addition to arsenic and cadmium, nickel has also emerged as a concerning contaminant, with recent findings reporting high concentrations of this element in rice grains. The dynamics of contaminants in paddy soils are extremely complex and governed by various factors, and the interaction between contaminants and other essential or beneficial elements must be thoroughly investigated to improve or preserve grain quality. Selenium is recognized in the literature as essential for humans and many animals and for its beneficial effects on plants at low concentrations, including reducing heavy metal accumulation in plant tissues. Applying selenium to plants is a widely used approach for biofortification, given that over a billion people are selenium-deficient. The effects of selenium on reducing cadmium accumulation have been partially studied, but no studies evaluate its effects on nickel accumulation or cadmium-nickel interactions. This study aimed to investigate the effect of selenium application on cadmium-nickel interactions in rice plants grown hydroponically. The plants were treated with various combinations of cadmium and nickel, with cadmium applied at two different concentrations and nickel at one concentration. Part of the plants received selenium in the form of either selenate or selenite. The two forms were applied individually, in combination with cadmium or nickel or both. The total number of treatments was eighteen, including the control (selenium-cadmium-nickel-untreated plants). Growth effects, selenium, cadmium and nickel content via ICP-MS, and oxidative stress analysis (lipid peroxidation evaluation) were evaluated in plants. Additionally, an agar trial was set up where rice plants were treated with the same combinations of selenium, cadmium, and nickel used in hydroponics. Tissue distribution analyses of the elements in these plants were conducted using 2D μXRF spectrometry at the DESY synchrotron in Hamburg.

Il riso rappresenta una coltura fondamentale per l’alimentazione umana a livello globale. In Italia, in particolare, la coltivazione del riso è prevalentemente concentrata nelle Regioni Piemonte e Lombardia. In questi territori, gli agricoltori affrontano da anni la problematica connessa all’accumulo di metalli e metalloidi nella granella, soprattutto arsenico e cadmio. Per evitare che questo accumulo risulti superiore ai limiti ammessi per legge, essi cercano quindi di modulare la gestione idrica in modo da ridurre l’accumulo di arsenico durante la sommersione e quello di cadmio nei periodi di asciutta. Oltre ad arsenico e cadmio, anche il nichel sta destando preoccupazione come contaminante emergente in quanto è stata riscontrata recentemente una concentrazione elevata di questo elemento nella granella di riso. Le dinamiche dei contaminanti nei suoli di risaia risultano particolarmente complesse e governate da diversi fattori. L’interazione stessa tra contaminanti ed altri elementi, essenziali o benefici, deve essere investigata in modo approfondito al fine di migliorare o preservare la qualità della granella. Il selenio è elemento noto in letteratura in quanto essenziale per l’uomo e molti animali, e per il fatto che a basse concentrazioni esercita degli effetti benefici sulle piante, tra cui la riduzione dell’accumulo di metalli pesanti nei tessuti vegetali. L’applicazione di selenio alle piante è un approccio ampiamento utilizzato anche per ottenere una loro biofortificazione, dal momento che questo elemento risulta carente nella dieta di oltre un miliardo di persone. Gli effetti del selenio sulla riduzione dell’accumulo di cadmio sono ad oggi in parte studiati, mentre non esistono studi che valutano gli effetti di questo elemento sull’accumulo di nichel e sulle interazioni cadmio-nichel. Con il presente studio si è voluto quindi indagare l’effetto dell’applicazione di selenio sulle interazioni tra cadmio e nichel in piante di riso cresciute in coltivazione idroponica. Le piante sono state trattate con varie combinazioni di cadmio e nichel. Il cadmio, in particolare, è stato applicato a due diverse concentrazioni, mentre il nichel ad una sola concentrazione. Ad una parte delle piante è stato somministrato il selenio sotto forma di selenato e selenito. Le due forme sono state applicate singolarmente, in combinazione e non con cadmio e nichel. Il numero di trattamenti complessivi era pari a diciotto, incluso il controllo (piante non addizionate di selenio, cadmio e nichel). Le analisi condotte hanno riguardato gli effetti sulla crescita, i contenuti di selenio, cadmio e nichel mediante ICP-MS, e analisi di stress ossidativo (valutazione perossidazione lipidica). E’ stata inoltre allestiva una prova in agar, in cui le piante di riso sono state trattate con le stesse combinazioni di selenio, cadmio e nichel usate in idroponica e su di esse sono state condotte delle analisi di distribuzione tissutale degli elementi mediante spettrometria μxrf 2D presso il sincrotrone di DESY (Amburgo).