Nuova scoperta: come i legumi possono liberarci dai fertilizzanti | Neoteron

Nuova scoperta: come i legumi possono liberarci dai fertilizzanti

L’impiego sempre maggiore di fertilizzanti azotati in agricoltura è annoverabile tra le principali fonti di inquinamento e tra le cause del surriscaldamento globale, ma una nuova scoperta da parte di ricercatori della Stanford University potrebbe invertire tale tendenza, con grande beneficio per l’ambiente.

L’azoto è un elemento indispensabile per la vita di tutte le piante, ma il nostro pianeta sta pagando un prezzo molto, troppo alto a causa del massiccio impiego di fertilizzanti azotati: quando tali sostanze si disperdono in fiumi e laghi circostanti i campi coltivati, causano una smisurata colonizzazione da parte di alghe, che destabilizzano completamente tali ecosistemi acquatici, rendendoli zone desolate carenti di ossigeno e dunque prive di qualsiasi forma di vita (eccetto le alghe stesse e batteri).

Mississippi Dead Zone: le zone rosse e arancioni sono quelle a minor concentrazione di ossigeno disciolto.

Il processo prende il nome di eutrofizzazione, e un grave e triste esempio degli effetti di tale condizione di ipossia (carenza di ossigeno nell’ambiente) è fornito dalla “Zona Morta” (Dead Zone) che si estende per 9300 km2 nel Golfo del Messico (equivalente ad una regione come le Marche per intenderci..), in cui nessun organismo acquatico può sopravvivere: a riguardo consiglio un buon articolo del Corriere della Sera, redatto ormai 12 anni or sono – Crollano le cattedrali di corallo (12 luglio 1998)

Come se non bastasse, i fertilizzanti rilasciano ossido di diazoto gassoso (N2O , detto anche ossido nitroso), che è un potente gas serra, con il relativo effetto sul clima che possiamo facilmente immaginare.

La nuova scoperta dei ricercatori di Stanford getta luce sul meccanismo attraverso cui le piante leguminose (soia, piselli, ceci, fagioli, lenticchie per citarne solo alcune) riescano a indurre i batteri azoto-fissatori che vivono nelle loro radici, a produrre, a partire da azoto molecolare N2, ammoniaca e composti azotati, nutrienti essenziali per la pianta con cui vive in simbiosi (per ulteriori informazioni vedi Azotofissazione – Wikipedia).

La maggiore comprensione del processo può portare ad applicazioni che incrementino la produttività agricola, abbattendo contemporaneamente l’impiego di fertilizzanti azotati.

Dice la biologa molecolare Sharon Long: “Abbiamo scoperto un nuovo processo biologico, attraverso cui le piante leguminose controllano il comportamento dei batteri simbionti. Queste piante hanno un sistema di processamento proteico specializzato, che genera spefici segnali proteici. Questi erano sconosciuti fino ad ora, ma adesso traspare con ogni evidenza che essi siano critici per determinare la fissazione dell’azoto da parte dei batteri.”

La capacità delle leguminose di catturare l’azoto dall’aria e di trasformarlo in nutrimento (fissandolo, appunto) inoltre lascia il terreno arricchito delle sostanze nutritizie contenute nello scarto della pianta che rimane sul suolo dopo la raccolta, creando un fertilizzante naturale per le successive colture.

Ciò d’altronde è la base della rotazione delle colture: l’alternanza tra legumi e altre colture è stato in passato il pilastro fondamentale dell’agricoltura di tutto il mondo per migliaia di anni. Solo di recente, invece, si è iniziato a capire come funzionasse la fissazione dell’azoto, e per quale motivo alcuni legumi siano più efficienti di altri in tale processo.

Il punto chiave della ricerca condotta dal team di Long è un gene della pianta indispensabile per la formazione di un preciso segnale chimico, in assenza del quale l’azoto non è in alcun modo fissato dai batteri simbionti.

I batteri azoto-fissatori sono una fonte di nutrimento assicurata per le leguminose

Batteri azoto-fissatori (sulla sinistra) e noduli radicali in cui essi risiedono (destra)

I batteri simbionti risiedono all’interno dei noduli delle radici delle leguminose, dove catturano l’azoto molecolare presente nel suolo e lo convertono in ammoniaca, che nutre la pianta: solamente i batteri che possiedono l’enzima nitrogenasi hanno la capacità di azotofissazione, e quindi solo piante che ospitano batteri azoto-fissatori hanno tale facile fonte di nutrienti. Tutte le altre piante sono costrette ad usare come fonte d’azoto organico i composti azotati già presenti nel suolo, ed è proprio in questa logica che si impiegano i fertilizzanti azotati.

Tale caratteristica particolare permette alle leguminose di poter prosperare anche in terreni poveri di composti azotati, poco fertili per altri tipi di piante, ma solo se contengono nei propri noduli radicali i giusti batteri simbionti.

“Tanto più si innalza l’efficienza di produzione delle leguminose e il range di terreni in cui sia possibile coltivarle, tanto più esse possono aiutare a ridurre l’impiego di fertilizzanti industriali, e quindi a ridurre la contaminazione delle acque e la decomposizione in forma ossidata gassosa” annuncia la Long.

 Un singolo gene della pianta controlla la fissazione dell’azoto nei batteri

La pianta con cui hanno lavorato Long e collaboratori è l’erba medica troncata (Medicago truncatula), pianta da foraggio scelta come organismo modello per lo studio delle leguminose in virtù delle ridotte dimensioni del suo genoma: il gene chiave è stato individuato attraverso l’analisi di mutanti incapaci di produrre noduli sani nelle proprie radici.

Mentre i batteri contenuti nei noduli normali prosperano e forniscono nutrienti, nei noduli difettosi essi non offrono più tale beneficio alla pianta. Usando l’espressione di Long, i mutanti “contengono batteri perfettamente buoni (e potenzialmente in grado di fissare l’azoto), ma pessimi noduli radicali”.

Dong Wang ha capito che le piante mutanti producevano correttamente il precursore della proteina implicata nell’indurre nei batteri l’attività azoto-fissatrice, ma non l’enzima necessario al corretto processamento di tale precursore nella proteina segnale matura.

Confrontando poi i genomi di piante normali con quelle mutanti, è stato possibile trovare il gene mancante nei mutanti. Per verificare che fosse esso il responsabile della mancata produzione di proteina segnale matura, i ricercatori hanno inserito tale gene nei mutanti, che una volta ingegnerizzati hanno riacquisito la capacità di fissare l’azoto.

Le prospettive di questa scoperta aprono la porta ad uno sviluppo più sostenibile

Secondo lo U.S. Department of Agriculture, dal 1960 l’uso dei fertilizzanti azotati nei soli Stati Uniti è quadruplicato, così come il suo prezzo per tonnellata, innalzatosi a causa dell’aumento del prezzo del gas naturale impiegato nella loro produzione.

“Questo aumento dei prezzi dei fertilizzanti si traduce in maggiori costi per gli agricoltori, e di conseguenza prezzi più elevati per i consumatori nei paesi ricchi. Ma nei paesi in via di siluppo, i cui terreni hanno forse ancora più necessità di fertilizzanti, il costo di produzione sempre più alto sta spazzando via i contadini locali.” dice Long.

Oltre alla questione del prezzo, la produzione di fertilizzanti chimici non fa che peggiorare il problema del surriscaldamento globale, sia a causa dei combustibili fossili usati nel processo produttivo, sia per via della degradazione ad ossido di diazoto, gas serra estremamente dannoso.

Conclude infine Long: “Con la popolazione mondiale in costante aumento, è indispensabile riuscire a mantenere alta la produttività anche in quelle zone del pianeta che stanno diventando produttivamente marginali, a causa di siccità, temperatura o problemi di salinità, tra gli altri.

I batteri Rhizobium sono partner fondamentali nell’obiettivo di garantire una sufficiente produttività agricola anche in queste zone: riuscire a capire come poter migliorare la fissazione dell’azoto nei legumi, attraverso simbiosi più efficaci tra azoto-fissatori e pianta, che assicurino una buona produttività anche quando le condizioni ambientali inizino a deteriorarsi, è oggi una meta irrinunciabile.”

Fonte: Stanford University
Link consigliati: Il ciclo dell’azoto - ideagea.it
Mississippi Dead Zone immagini satellitari | approfondimento - NASA.gov


  1. Szèp Jànos
    15 aprile 2010 a 21:03 | #1

    Sono un agricoltore che difficilmente (al giorno d’oggi è veramente difficile andare controtendenza) cerca di coltivare un centinaio di ettari in modo assolutamente biologico e naturale. Il problema fondamentale per chi cerca di operare in tal direzione, sono i costi per l’acquisto dei fertilizzanti. Qualcuno conosce dei metodi per “costruirsi in casa” dei fertilizzanti organici?

  2. michele
    13 maggio 2012 a 21:21 | #2

    @Szèp Jànos
    Ciao se questo ti puo essere utile
    http://www.agricolturasinergica.it/cosa.asp

    Michele

  1. 12 marzo 2010 a 13:37 | #1

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