di ANNAMARIA BEVIVINO
(Convegno Fidaf)
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Figura 1.
Il suolo come risorsa
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L’intensificazione dell’agricoltura, il global change, il cambiamento climatico su scala mondiale, e problemi socio economici, quali il boom demografico e la globalizzazione dei mercati, stanno imponendo un impatto crescente dell'impronta umana sulla Terra. La risorsa ambientale che sta pagando il prezzo più alto di questa crescita è la risorsa suolo. Un terzo dei suoli mondiali versa già in condizioni di degrado, con una pressione antropica che continua a salire oltre i livelli di guardia generando fenomeni deleteri come erosione, compattazione, impermeabilizzazione, salinizzazione, erosione di materiale organico e di nutrienti, acidificazione, inquinamento con, tra le altre cose, notevoli implicazioni economiche.
Il suolo è una fonte inestimabile di beni e servizi non sostituibili, importantissimi per l’umanità e fondamentali per l’attività agricola. Esso è riserva di patrimonio genetico e biodiversità, principale deposito di carbonio delle terre emerse, sede delle attività umane, archivio storico-archeologico, e inoltre rappresenta il principale supporto alla produzione agraria e forestale.
La biodiversità microbica: importanza e funzione
Il suolo rappresenta lo strato più esterno della crosta terrestre formato da particelle minerali, materia organica, acqua, aria e organismi viventi. Il suolo costituisce il substrato nutritivo principale per le piante, in cui le strutture radicali penetrano trovandovi sostegno fisico ed un adeguato rifornimento di nutrienti organici e acqua. E’ una matrice estremamente complessa, forse la più complessa in natura, e contiene la più grande quantità di biomassa vivente dell’intero pianeta con i livelli più elevati di biodiversità. Il suolo nasconde un numero straordinario di forme di vita.
In pochi grammi di suolo fertile sono presenti miliardi di organismi viventi: centinaia di chilometri di ife fungine, decine di migliaia di protozoi, migliaia di nematodi, alcune centinaia di insetti, aracnidi, vermi e centinaia di metri di radici di piante. I microorganismi del suolo sono vitali per la vita e la salute degli uomini e delle piante e operano nel suolo una rete di trasformazioni dalle quali dipende il funzionamento dell’intero ecosistema. Sono, infatti, coinvolti nel ciclo dell’azoto come i batteri nitrificanti (che trasformano l’ammonio in nitrato) e i batteri denitrificanti (che riducono il nitrato ad azoto gassoso), oppure nel ciclo del carbonio, nella decomposizione della sostanza organica, nella metanogenesi e nella fissazione della CO₂. Con le loro attività metaboliche, i microorganismi del suolo sono fra gli attori principali dei cosiddetti servizi ecosistemici che comprendono il ciclo della sostanza organica, la regolazione della disponibilità degli elementi nutritivi e della loro asportazione da parte delle colture, lo sviluppo delle piante, il controllo dei patogeni, la difesa da fattori di stress biotici e abiotici, il mantenimento della struttura del suolo e la regolazione dei processi idrologici, gli scambi gassosi e il sequestro del carbonio, il disinquinamento. I microrganismi del suolo rappresentano una componente di fondamentale importanza per la fertilità dei terreni e svolgono un ruolo insostituibile, in mancanza del quale il terreno rappresenterebbe semplicemente un inerte supporto meccanico.
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| Figura. 2 La complessa rete microbica del suolo |
I microorganismi del suolo rappresentano la parte più rilevante della biomassa del suolo. In un grammo di suolo vivono dai 10 milioni al miliardo di batteri; tuttavia, la maggior parte di questi microrganismi rimane sconosciuto perché non può essere coltivato sui terreni di coltura di laboratorio. Con il termine microbioma si intende l'insieme di microrganismi (batteri, funghi e virus), dei loro genomi e delle interazioni che questi stabiliscono in un determinato ambiente, come il suolo. La conservazione della biodiversità del suolo è un presupposto fondamentale per salvaguardare il microbioma del suolo e garantire quindi l’equilibrio funzionale di tutto l’ecosistema. La possibilità di studiare il microbioma del suolo con metodi indipendenti dalla coltivazione (analisi metagenomica) sta chiarendo molti aspetti rilevanti di questo complesso ecosistema, sia dal punto di vista della composizione tassonomica sia dal punto di vista funzionale. Le analisi molecolari hanno permesso di scoprire l’esistenza di microrganismi “non coltivabili” e di accedere ad un’informazione globale sulla ricchezza e abbondanza delle diverse popolazioni microbiche, rendendo possibile definire la co-occorrenza di alcune species/taxa microbici nella complessa rete di interazioni positive e negative che si instaurano nel suolo.
Dai metadati del suolo possiamo selezionare le funzioni chiave che ci permetteranno di definire i marcatori della funzionalità del suolo, comprendere il ruolo dei microrganismi nella funzionalità del suolo stesso e nei suoi processi, nella sua fertilità e sostenibilità. I microrganismi del suolo instaurano stretti rapporti con le piante nella fascia rizosferica, fillosferica e spermosferica, nonché nell’ambito della simbiosi micorrizica ed endofitica. I microorganismi tendono a concentrarsi nella rizosfera, la zona vicina alle radici delle piante da cui traggono nutrimento grazie agli abbondanti essudati radicali prodotti dal metabolismo vegetale. La radice della pianta è un vero hot spot di diversità microbica. Si sono evidenziati fino a 1011 cellule microbiche per grammo di radice. Molti di questi batteri, noti come PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria), producono molecole che favoriscono la crescita delle piante stesse e le difendono dall’attacco di funghi e altri organismi fitopatogeni.
Applicazioni dei microbiomi in agricoltura
Riconosciuto lo straordinario valore che la biodiversità microbica del suolo ha per le piante e l'essere umano bisogna ora capire come sfruttarlo per migliorare la produzione delle colture e la vita dell'uomo. Tra le azioni sostenibili si sta facendo strada sempre più in questi ultimi anni l’utilizzo di alcuni trattamenti microbici (ovvero alcuni prodotti probiotici per le piante) che potrebbero renderci meno dipendenti dai fertilizzanti chimici. Lo sfruttamento del potenziale multifunzionale della biodiversità sotterranea in agricoltura e l’introduzione di popolazioni microbiche con un potenziale di promozione della crescita vegetale potranno migliorare sia la fertilità dei suoli sia la resistenza delle colture a stress biotici e abiotici. Consorzi microbici multifunzionali costituiti da PGPMs (Plant Growth-Promoting Microbes) con diverse funzioni (azotofissatori, solubilizzatori del fosforo, antagonisti di fitopatogeni), e bio-effettori sono i candidati di eccellenza per favorire l’aumento della produttività e la sostenibilità delle catene alimentari, con la creazione di nuovi alimenti sostenibili e di qualità.
L’utilizzo delle colture microbiche in agricoltura potrebbe dare avvio a una nuova rivoluzione verde, molto più sostenibile rispetto alla precedente. Il programma Horizon 2020, in risposta alla call LC-SFS-03-2018 "Microbiome applications for sustainable food systems”, ha finanziato nel 2018 ben quattro progetti che si prefiggono di sfruttare le potenzialità del microbioma per aumentare la produttività e la sostenibilità delle catene alimentari e creare nuovi alimenti sostenibili e di qualità. A supporto di questi progetti, il progetto Horizon 2020 dal titolo MicrobiomeSupport: Towards a sustainable and circular, microbiome-based bioeconomy che è un’azione di coordinamento e sostegno delle attività di Ricerca e Innovazione (R&I) sul microbioma nel sistema alimentare a sostegno degli obiettivi (UE e) della bioeconomia internazionale. Il progetto ha l'obiettivo generale di stabilire una rete internazionale di esperti e parti interessate nel campo della ricerca sul sistema alimentare dei microbiomi, elaborando microbiomi da vari ambienti come terrestre, vegetale, acquatico, alimentare e umano/ animale e valutandone l'applicabilità e l'impatto sul sistema alimentare. Ci troviamo ad affrontare la sfida di individuare soluzioni per provvedere al sostentamento e alla sicurezza alimentare di una popolazione mondiale che si prevede entro il 2050 supererà i 9 miliardi di individui, in un momento in cui il cambiamento climatico, l’innalzamento del livello del mare e la siccità, rischiano di compromettere le produzioni alimentari. Entro il 2050 è necessario un ulteriore 60% di cibo per nutrire la popolazione mondiale in crescita. Per questo motivo è quanto mai urgente individuare soluzioni innovative in grado di garantire una maggiore produzione di cibo, sfruttando meno le risorse naturali e riducendo gli sprechi, aumentare la qualità degli alimenti e realizzare anche prodotti per il mercato in un’ottica near to market. Il microbioma può essere utilizzato per migliorare la produzione sia per favorire la sostenibilità del futuro sistema di produzione alimentare. La sfida è quella di valorizzare la biodiversità microbica del suolo e sviluppare nuovi bio-prodotti in grado, applicati alle colture, di difenderle dagli stress abiotici e biotici ma anche di aumentare la capacità di assorbimento dei nutrienti o migliorare la qualità della produzione.
L' articolo è uscito in origine su: I TEMPI DELLA TERRA
Responsabile del Laboratorio Sostenibilità, Qualità e Sicurezza delle Produzioni Agroalimentari (SSPT-BIOAG-SOQUAS) dell' ENEA e docente a contratto di Microbiologia agraria e degli alimenti "Università Campus Biomedico di Roma".
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