Studio preliminare dei meccanismi di interazione suolo-pianta in relazione a diversi stress abiotici

Due to climate change, crops will have to tackle an increase in the rate of abiotic stresses and, at the same time, to maintain a high yield to support the growing population. Through root exudation, plants release several compounds in the rhizosphere, known as root exudates. These compounds are involved in different processes: (i) contributing to carbon cycle in the soil; (ii) improving the nutrient acquisition process; (iii) allowing the interaction with soil beneficial microorganisms. The close relationship between plant and soil microorganisms has produced a holistic vision of the plant as a superorganism: the holobiont. This interaction is possible thanks to volatile organic compounds (VOCs) emitted by plants and microbes belowground. The work has been divided in three main parts, the first consists in the extensive bibliographic research about the responsive mechanisms and the exudation process of wheat, Triticum, in drought condition (activity foreseen by the international project Explowheat, funded by PRIMA 2019). The second part is referred to VOC extraction from rhisopheric soil in Fe deficiency conditions (calcareous soil), through SBSE technique (stir bar sorptive extaction). Stir bars, which can adsorb volatile compounds, were placed in rhizospheric soil, and the analysis of adsorbed substances were performed with GC-MS. Finally, the last part is about evaluating the foliar application of Eranthis, made by Green Has Italia S.p.A., a fertilizer with biostimulant action, on lettuce plants, Lactuca sativa, under mild water stress. The treatment evaluation analysis was about plant biomass and the enzymatic components. Understanding the abiotic stresses responses and of the molecolar interaction between plants and soil microorganisms will allow to promote benefic associations to improve yield and health of crops.

Le coltivazioni agricole dovranno fronteggiare l’aumento del tasso di stress abiotici dovuti ai cambiamenti climatici e, allo stesso tempo, mantenere un’elevata resa per supportare la crescita della popolazione. Le piante, attraverso il processo di essudazione radicale, rilasciano numerosi composti nella rizosfera noti come essudati radicali. Questi composti sono coinvolti in diversi processi: contribuiscono alla circolazione di carbonio nel suolo; migliorano il processo di acquisizione dei nutrienti della pianta; permettono l’interazione con i microrganismi benefici del suolo. La stretta relazione fra piante e microrganismi della rizosfera ha dato vita ad una visione olistica della pianta come di un super-organismo olobionte. Questa interazione avviene anche grazie ai processi di comunicazione tra i diversi fattori biotici attraverso il rilascio di sostanze volatili (VOCs). L’elaborato è stato articolato in 3 parti principali, la prima consiste in un’approfondita ricerca e analisi bibliografica riguardante i meccanismi di essudazione del grano, Triticum, in condizioni di siccità (attività legata al progetto internazionale Explowheat, finanziato nell’ambito del programma PRIMA 2019). La seconda parte riguarda l’estrazione di VOCs da suolo rizosferico in condizioni di Fe carenza (suolo calcareo) mediante SBSE (stir bar sorptive extraction). Le stir bars, in grado di adsorbire sostanze volatili, sono state posizionate nel suolo e le analisi delle sostanze adsorbite sono avvenute tramite GC-MS. Infine, l’ultima parte, riguarda la valutazione dell’applicazione, tramite diversi trattamenti fogliari, del fertilizzante ad azione biostimolante Eranthis, prodotto da Green Has Italia S.p.A., su piante di Lactuca sativa sottoposte a mild stress idrico. Le analisi per la valutazione del trattamento sono state effettuate sulla biomassa e sulla componente enzimatica. La comprensione dei meccanismi di risposta delle piante agli stress abiotici e dei meccanismi di interazione tra piante e microrganismi del suolo consentirà di migliorare la produttività della pianta.