Blog

Nov 10, 2023

Effetti della fertilizzazione con ossigeno sulla riduzione del danno nei fagiolini allagati (Phaseolus vulgaris L.)

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 4282 (2022) Citare questo articolo

1624 accessi

6 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Le inondazioni rappresentano uno dei maggiori stress abiotici per la produzione vegetale in Florida. Sono state condotte prove idroponica e in vaso con i fagiolini per valutare gli effetti della fertilizzazione con ossigeno sullo stato biochimico e fisiologico delle piante di fagiolini allagati. C'erano tre trattamenti nelle prove idroponiche: (1) allagamento (controllo), (2) aerazione con bolle con aria ambiente e (3) perossido di idrogeno (H2O2) applicato all'inizio della prova. La salute delle piante è stata valutata determinando i tassi di assorbimento di azoto (N) e fosforo (P). Le prove in vaso in serra sono state utilizzate per quantificare gli effetti di tre diversi tassi di applicazione di fertilizzanti solidi a base di ossigeno come perossido di calcio (CaO2) e perossido di magnesio (MgO2). I risultati hanno mostrato che i tassi di assorbimento di N e P da parte delle piante erano significativamente maggiori (p < 0,05) con H2O2 che senza H2O2. I tassi di assorbimento di N con H2O2 erano simili a quelli con gorgogliamento. Il tasso di assorbimento di NH4+ era significativamente maggiore di quello di NO3− in condizioni di gorgogliamento e H2O2, ma il tasso di assorbimento di NO3− era significativamente maggiore di quello di NH4+ in condizioni di allagamento. L'altezza della pianta, il colore verde delle foglie, la biomassa dei germogli e la resa erano tutti significativamente maggiori con CaO2 o MgO2 che senza fertilizzanti solidi a base di ossigeno. Il danno minimo dei fagiolini allagati è stato riscontrato con 2 g di CaO2 o 4 g di MgO2 per vaso. Questi risultati hanno indicato che la fertilizzazione con ossigeno può potenzialmente migliorare la resa delle piante di fagiolini allagati.

La Florida è al primo posto per superficie e valore totale della produzione di fagiolini (Phaseolus vulgaris), ma la produttività dei fagiolini è spesso notevolmente ridotta da forti piogge derivanti da uragani e tempeste tropicali. I fagiolini sono suscettibili alle inondazioni e soffrono di stress ipossici, che si traducono in una soppressione della crescita e in una riduzione della resa1. Secondo Holbrook e Zwieniecki2, la causa principale dello stress ipossico è la carenza di ossigeno nel suolo; il coefficiente di diffusione dell'ossigeno è 10.000 volte maggiore nell'aria (2,14 × 10–1 cm2 s−1) che nell'acqua (1,97 × 10–5 cm2 s−1). Per la maggior parte delle specie vegetali3, la carenza di ossigeno si verifica nel terreno della zona radicale con concentrazioni di O2 disciolto inferiori a 2 mg L−1. Pertanto, le piante di fagiolini nei campi allagati ricevono O2 biodisponibile insufficiente per il normale metabolismo delle radici e soffrono di danni da ristagno idrico.

Nell'ipossia, il metabolismo anaerobico viene attivato e la fosforilazione ossidativa viene interrotta. Il tasso di biosintesi dell'ATP derivato dalla glicolisi è basso4,5,6,7. Nel ciclo di Krebs, a causa della mancanza di O2 biodisponibile come accettore finale di elettroni, si accumulano gli intermedi, i livelli di NAD(P)+ diminuiscono, il piruvato si accumula e le concentrazioni di ATP diminuiscono. Questi cambiamenti influenzano negativamente il metabolismo delle piante, compreso l'assorbimento di nutrienti come l'azoto (N) e il fosforo (P) e la loro assimilazione3,8. Inoltre, le piante soffrono di accumulo di etanolo e di tossine formatesi nel metabolismo anaerobico9.

L'alcol deidrogenasi (ADH) è un enzima ben studiato nelle piante ed è inducibile nelle radici in seguito all'esposizione a condizioni ipossiche o anaerobiche. Quando la biodisponibilità di ossigeno nella zona radicale è bassa, l'attività dell'ADH aumenta significativamente, migliorando la tolleranza della pianta all'ipossia o all'anossia10,11. L'attività dell'ADH è considerata essenziale per la sopravvivenza delle piante in condizioni ipossiche o anaerobiche12. Pertanto, l’attività dell’ADH negli apici radicali delle piante allagate viene utilizzata come indicatore della potenziale tolleranza alle inondazioni e alla gravità delle inondazioni.

La fertilizzazione con ossigeno della zona radicale è un potenziale metodo per mitigare il danno derivante dallo stress da inondazione. Esistono due tipi di fertilizzanti a base di ossigeno: fertilizzanti a ossigeno solido (SOF), come CaO2 e MgO2, e fertilizzanti a ossigeno liquido, come il perossido di idrogeno (H2O2)13,14. I fertilizzanti a ossigeno solido elencati qui rilasciano ossigeno biodisponibile lentamente, ovvero fertilizzante a ossigeno a rilascio lento, mentre il fertilizzante a ossigeno liquido, H2O2, libera rapidamente ossigeno biodisponibile ed è considerato un fertilizzante a ossigeno rapido. Il perossido di idrogeno può essere decomposto biologicamente dall'enzima catalasi (EC 1.11.1.16). La decomposizione di H2O2 rilascia 0,5 mol di O2 biodisponibile per mole di H2O2 come mostrato nell'equazione15: