I ricercatori dell’Università di Aarhus hanno identificato sette composti presenti in natura nelle radici del grano che sopprimono i batteri nitrificanti del suolo con la stessa forza degli inibitori sintetici della nitrificazione, aprendo un potenziale percorso di selezione verso varietà di grano che trattengono più azoto applicato senza richiedere ulteriori input chimici o sacrifici in termini di resa.
Il problema dell’azoto che l’agricoltura continua ad affrontare
Meno della metà dell’azoto applicato come fertilizzante viene effettivamente assorbito dalle colture, mentre il resto viene perso attraverso la lisciviazione nei corsi d’acqua o l’emissione gassosa nell’atmosfera sotto forma di protossido di azoto, un potente gas serra. Per decenni la risposta principale è stata costituita dai limiti normativi sui tassi di applicazione e dagli inibitori sintetici della nitrificazione, sostanze chimiche che rallentano la conversione microbica dell'ammonio in nitrato ma sono costose, richiedono applicazioni ripetute e possono colpire organismi del suolo non-bersaglio.
Il team di Aarhus, guidato dal ricercatore post-dottorato Purna Kumar Khatri, ha studiato se il grano stesso potesse svolgere biologicamente una versione di quella funzione. Il loro lavoro è incentrato sull'inibizione biologica della nitrificazione, un processo in cui le radici delle piante rilasciano composti naturali che sopprimono i microbi nitrificanti responsabili della conversione dell'ammonio nella forma di nitrato più soggetta a lisciviazione-.
Cosa sono i benzossazinoidi?
I benzossazinoidi sono metaboliti secondari prodotti naturalmente dalle colture di cereali tra cui grano, mais e segale, tradizionalmente studiati per il loro ruolo nella difesa delle piante contro insetti, erbe infestanti e nematodi. I ricercatori di Aarhus hanno esaminato 18 diversi composti benzossazinoidi utilizzando un test di bioluminescenza con Nitrosomonas europaea, un batterio nitrificante modello, e hanno scoperto sette - tra cui BOA, MBOA, DIBOA e DIMBOA - in grado di sopprimere fortemente la nitrificazione a concentrazioni relativamente basse. Poiché questi composti sono prodotti e rilasciati dalla pianta stessa anziché applicati esternamente, offrono un meccanismo di somministrazione fondamentalmente diverso rispetto agli inibitori sintetici: rilascio continuo e localizzato esattamente dove e quando la pianta ha bisogno di proteggere l'azoto disponibile.
Le linee del grano ingegnerizzato mostrano che l'effetto può essere amplificato
Lo studio ha confrontato una linea madre di grano convenzionale con due linee di grano portatrici di un frammento cromosomico di Leymus racemosus, un’erba selvatica nota per migliorare i tratti biologici di inibizione della nitrificazione. Coltivate in modo idroponico, le linee potenziate hanno rilasciato concentrazioni significativamente più elevate di benzossazinoidi attivi rispetto alla linea madre e i loro essudati radicali hanno soppresso la nitrificazione fino a due volte più forte -, un risultato correlato direttamente con le concentrazioni di composto più elevate misurate.
Il lavoro di modellazione citato dai ricercatori suggerisce che le colture abilitate alla-nitrificazione-inibizione-biologica potrebbero ridurre le perdite di azoto dal 20% al 30% e le prime prove sul campo non hanno mostrato alcuna penalizzazione della resa associata a questa caratteristica, il che significa che gli agricoltori potrebbero in linea di principio applicare meno fertilizzanti durante la raccolta di volumi di grano comparabili. Khatri ha affermato che l'entità dell'opportunità è significativa anche con guadagni di efficienza modesti: "Se si riesce ad aumentare l'efficienza nell'uso dell'azoto-anche del 10% in condizioni reali sul campo, il risparmio assoluto in fertilizzanti ed emissioni è enorme."
Dalla chimica a un obiettivo di allevamento
L'obiettivo a lungo-termine è tradurre i risultati chimici in una strategia di selezione: una volta che i ricercatori identificano quali percorsi biosintetici producono i composti più efficaci che inibiscono la nitrificazione-, i coltivatori di piante potrebbero selezionare varietà di grano che esprimono i tratti in modo più forte, senza richiedere agli agricoltori di cambiare pratiche o acquistare nuovi input. La ricerca fa parte del più ampio progetto internazionale CropSustain, in cui gruppi di ricerca paralleli stanno studiando come questi tratti influenzano i microbiomi del suolo e gli organismi non-bersaglio in periodi di tempo più lunghi - una questione che conta per l'adozione normativa e commerciale anche se la biologia sottostante si rivela solida.
I risultati arrivano mentre i mercati globali dell'azoto rimangono volatili a seguito dell'interruzione dello Stretto di Hormuz, che ha portato i prezzi dell'urea a livelli quasi-record all'inizio di quest'anno prima di una correzione parziale. Sebbene i tempi di selezione per le varietà di grano che inibiscono la nitrificazione-si svolgano su un orizzonte pluri-ennale anziché offrire un sollievo immediato, la ricerca si aggiunge a un insieme crescente di alternative biologiche - accanto ai prodotti microbici che fissano l'azoto-già commercializzati da aziende tra cui Pivot Bio - che potrebbero ridurre gradualmente la dipendenza strutturale del settore agricolo dagli input di azoto sintetico.
Lo studio, "Benzoxazinoidi come composti candidati per l'inibizione biologica della nitrificazione nel grano", è stato pubblicato su Plant Physiology and Biochemistry e condotto in collaborazione con l'Università di Copenhagen, l'Università di Aberdeen e il Centro internazionale per il miglioramento del mais e del grano del Messico (CIMMYT), che ha fornito materiale di partenza per la sperimentazione.
