Dipt. DAFNE, Università dellaTuscia, Italy · Zhang e Schmidt della Virginia Polytechnic Istitute...

Giuseppe Colla

Dipt. DAFNE, Università dellaTuscia, Italy

Email: giucolla@unitus.it

Biostimolanti in agricoltura

Zhang e Schmidt della Virginia Polytechnic Istitute and

State University proposero per la prima volta nel 1997 il

termine ‘biostimolante’ per indicare ‘materiali che

applicati in piccole quantità promuovevano la crescita

delle piante’

I biostimolanti a cui si faceva riferimento erano acidi

umici ed estratti di alghe di cui si proponeva un

azione ormonale

Un po’ di storia

Kauffman et al. (2007) riprese la definizione di

biostimolante con alcune modifiche definendo i

biostimolanti ‘materiali diversi dai fertilizzanti che

promuovono la crescita applicati a basse dosi’

Inoltre introdussero una prima classificazione dei

biostimolanti in tre gruppi:

-acidi umici

-estratti di alghe

-prodotti contenenti amminoacidi

Un po’ di storia

Legislazione italiana

D.Lgs. 75/2010 e successiva modifica del 10 luglio 2013

sezione “Prodotti ad azione specifica su pianta –

Biostimolanti”

‘prodotti che apportano ad un altro fertilizzante o al suolo

o alla pianta, sostanze che favoriscono o regolano

l’assorbimento degli elementi nutritivi o correggono

determinate anomalie di tipo fisiologico’

Prodotti ad azione su suolo

- Inoculi di funghi micorrizici

- Estratto umico derivante da acque di vegetazione delle olive

Prodotti ad azione su pianta -biostimolanti

- Idrolizzato proteico di erba medica

- Idrolizzato enzimatico di Fabaceae

- Epitelio idrolizzato animale

- Estratto di erba medica, alghe e melasso

- Estratto acido di alghe famiglia ‘Fucales’

Legislazione italiana

D.Lgs. 75/2010 e successiva modifica del 10 luglio 2013

Nel Giugno 2011 è stato fondato l’EBIC

con l’obiettivo di proporre

Definizione biostimolante

Classificazione

Metodi analitici

Istituzione a livello legislativo di questa

nuova categoria di prodotti a livello

europeo

Tavolo tecnico

Classificazione (Du Jardin, 2012)

Sostanze umiche

Materiali organici complessi

Elementi chimici benefici

Sali inorganici incluso fosfito

Estratti di alghe

Chitina e derivati del chitosano

Antitraspiranti

Amminoacidi ed altri composti azotati

Biostimolanti sono sostanze e/o microrganismi che

applicati alla pianta o rizosfera stimolano processi naturali

che migliorano l’efficienza d’assorbimento e

d’assimilazione dei nutrienti, la tolleranza a stress abiotici

e la qualità del prodotto.

I biostimolanti non hanno effetti nutrizionali significativi ed

effetti diretti su parassiti e patogeni e quindi non rientrano

nelle categorie dei fertilizzanti e pesticidi

Acidi umici

Estratti di alghe

Idrolizzati proteici

Biostimolanti

Le sostanze umiche sono sostanze che provengono alla decomposizione

della sostanza organica e dall’attività metabolica dei microrganismi

Sono sostanze molto eterogenee classificate sulla base del peso molecolare

e della solubilità:

Umine (non solubili in acqua)

Acidi umici (solubili in acqua a pH alcalino e precipitano a pH 1-2)

Acidi fulvici (solubili in acqua a tutti i pH)

Sostanze umiche

Sostanze umiche

Estratte da depositi di leonardite, lignite, torba, compost, vermi-compost

Effetti degli acidi umici nel substrato

- Azione complessante sui cationi (elevata CSC)

- Maggiore biodisponibilità nutrienti per effetto tampone su pH

- Riduzione attività ioni potenzialmente fitotossici (Na+, Cl-)

Canna da zucchero Mais Pomodoro Arabidopsis

-HS +HS

-HS -HS -HS +HS +HS +HS

Effetti sulla radice

(Atiyeh et al., 2002)

Acidi umici in pomodoro

Acidi umici e assorbimento nutrienti

- aumentano superficie radicale

- stimolano attività trasportatori radicali dei nutrienti (es.

nitrato) e degli enzimi coinvolti nel processo di assimilazione

- attivano metabolismo secondario e accumulo antiossidanti

Acidi umici e assorbimento nutrienti

Attivazione trasportatori nutrienti

presenti sulla superficie delle cellule

radicali

Proliferazione radicale

Radici

Trasporto e metabolismo

Acidi umici

Aumento tolleranza a stress abiotici (es. siccità)

Incremento resistenza verso patogeni (es. peronospora)

Acidi umici e resistenza a stress

Acidi umici come vettori di

microrganismi utili

Acidi umici essendo recalcitranti a degradazione

microbica si prestano a veicolare inoculanti microbici

nella rizosfera (biofertilizzanti)

20 mg HAC L-1

109 cellule mL-1 Herbaspirillum seropedicae

400 L ha-1 at V6 stage

Estratti di alghe

Prodotti ottenuti per estrazione da alghe verdi, rosse o brune

Ulva sp. Chondrus sp.

Palmarla sp.

Ascophyllum nodosum

Fucus sp.

Laminaria digitata Ecklonia maxima

Raccolta

Estrazione

Lavaggio, centrifugazione e filtrazione

Estrazione in acqua ad alta pressione

Estrazione in alcool (es. citochinine in etanolo o

gibberelline in metanolo)

Estrazione in ambiente alcalino (es. auxine)

Estrazione assistita con microonde (es. fucoidano)

Estrazione con CO2 nello stato supercritico

Fermentazione

Caratteristiche degli estratti di alghe

- Polisaccaridi

- Fitormoni (auxine, citochinine, poliammine)

- Fenoli

- Sali minerali

Effetto auxinico

Controllo Trattato con estratto alga

Estratto di alghe e rucola in floating

Controllo

Estratto alga

Controllo

Estratto alga

Pro

du

zio

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(g

/m2)

Bio

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ca

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dic

i

(g

/m2)

Are

a f

og

lia

re (

cm

2)

Vernieri et al., 2006

Effetti su resistenza a stress biotici

Polisaccaridi presenti negli estratti fungono da elicitori

promuovendo l’attivazione di risposte di difesa a stress

nella pianta

Enzimi pectici

Patogeno

Cellula vegetale

Patogeno

Effetti su resistenza a stress biotici

Applicazioni fogliari di estratto a base di A.

nodosum riducevano danni da peronospora e

sclerotinia

Applicazioni radicali di estratto a base di A.

nodosum stimolava microflora antagonista nel

suolo riducendo danni da Pythium ultimum

Effetti su resistenza a stress biotici

Applicazioni fogliari di estratto

a base di A. nodosum riduceva

la popolazione di acari rossi in

melo e fragola

Applicazioni fogliari di estratto a base

di A. nodosum rendevano le piante

meno attrattive verso gli afidi

Applicazioni radicali di estratto a

base di Ecklonia maxima

riducevano danni da nematodi

Controllo Estratto

Temperatura

Salinità

Siccità

Tolleranza a stress abiotici

Meccanismi coinvolti

Aumento radici e rapporto radici/parte aerea

Migliore stato nutrizionale

Efficiente ormoregolazione (accumulo betaine)

Riduzione formazione ROS (azione citochinine)

Aumento attività enzimi di difesa da stress ossidativo

Idrolizzati proteici

Prodotti contenenti una miscela di

aminoacidi e peptide ottenuti per idrolisi

chimica, enzimatica o mista di proteine di

origine animale o vegetale

Idrolisi chimica/termica

(acidi o basi; t fino a 138°C) Idrolisi enzimatica

(proteasi; t fino a 60°C)

Test PH

Idrolizzato

proteico

Caratteristiche degli idrolizzati proteici

- Contenuto di azoto organico

- Composizione amminoacidica

- Amminoacidi liberi

- Peptidi

- Altre molecole (triacontanolo, poliammine)

- Grado di racemizzazione degli amminoacidi (% forme

destrogire su totale amminoacidi)

Caratteristiche idrolizzati proteici

Parametro Idrolizzato

proteico da

collagene per

idrolisi chimica

Idrolizzato proteico

da leguminose per

idrolisi enzimatica

Contenuto di azoto ++ +

Rapporto C:N + ++

Amminoacidi liberi ++ +

Grado di racemizzazione +++ +

Peptidi + ++

Cloro e sodio ++ +

AMINOACIDI Idrolizzato proteico vegetale

per via enzimatica Idrolizzato proteico da

collagene per via chimica

Alanine 4.0 9.5

Arginine 6.5 8.5

Aspartic Acid 11.3 6.3

Cysteine 1.4 ND

Glutamic Acid 18.5 11.3

Glycine 4.6 27.2

Histidine 2.6 0.8

Hydroxyproline ND 12.3

Hydroxylisine ND 1.0

Isoleucine 4.3 2.0

Leucine 8.1 3.7

Lysine 6.7 4.5

Methionine 1.4 0.8

Phenylalanine 5.6 2.5

Proline 5.3 15.1

Serine 6.0 3.4

Threonine 3.9 2.3

Tryptophan 1.4 ND

Tyrosine 4.4 0.9

Valine 5.6 3.4

Effetti degli idrolizzati proteici

- Nutrizione delle piante

- Stimolazione della crescita

- Tolleranza a stress abiotici

- Qualità del prodotto

- Attività microbica

Nutrizione delle piante

Idrolizzati proteici possono migliorare lo stato nutrizionale

piante in quanto:

- gli amminoacidi rappresentano una fonte diretta di azoto

- gli aminoacidi e peptidi complessano i nutrienti

prevenendone l’insolubilizzazione

- gli aminoacidi e peptidi stimolano specifici enzimi coinvolti

nell’assorbimento e assimilazione nutrienti

Peptidi

Azione ormonale

- Fitormoni

- Aminoacidi

- Peptidi

Composto Unità

Auxina nmol mg-1 carbon 18.46

Citochinina nmol mg-1 carbon 0.055

(Ertani et al., 2014)

Fitormoni in idrolizzato proteico di origine vegetale

Peptide promotore della radicazione (RHPP) identificato in

un idrolizzato proteico di origine vegetale

A: Talee non trattate

B: Talee trattate con RHPP

(Matsumiya, 2011)

Prova su pomodoro

A B

Brassica rapa

A: controllo

B: trattate con RHPP

Attività auxino-simile

Gly-Gly-Ile-Arg-Ala-Ala-Pro-Thy-Gly-Asn-Glu-Arg

Tolleranza a stress abiotici

- Temperature estreme

- Siccità

- Salinità

- Bassa luminosità

Meccanismi resonsabili della maggior tolleranza a stress

- Aumento sviluppo radicale e rapporto radice/parte aerea

- Miglioramento della nutrizione delle piante

- Aumento della stabilità delle membrane cellulari

- Accumulo di osmoliti (es. prolina)

- Aumento degli antiossidanti

- Cambiamento del bilancio ormonale

Soluti organici compatibili

Osmoliti organici responsabili del bilancio osmotico ed allo

stesso tempo compatibili con il metabolismo cellulare

Osmoprotettori in quanto stabilizzano le macromolecole

in condizioni di stress da disidratazione e termico

Glicina-betaina

Prolina

• Osmoregolazione

• Protezione della funzionalità delle membrane dalla disidratazione

• Riserva di C e N

• Formazione di vacuoli a livello radicale in cui si accumula il Na che

quindi viene trasportato in minor misura nella parte epigea

• Detossificazione della cellula dai radicali liberi

• Maggior accumulo di K nella parte epigea

• Abbassamento del punto di congelamento dei tessuti vegetali

• Protezione degli enzimi dalla denaturazione

• Attivazione di geni responsabili della sintesi di enzimi coinvolti

nella tolleranza a stress

Effetti fisiologici della prolina e glicina-betaina

Tolleranza alla salinità in lattuga

Idrolizzato proteico

Qualità dei frutti

Gli idrolizzati proteici promuovono l’accumulo di proteine,

zuccheri e antiossidanti nei frutti

Meccanismi coinvolti

- Aumento fotosintesi

- Riduzione scheletri carboniosi per sintesi amminoacidi

- Attivazione del metabolismo secondario

- Apporto precursori responsabili aromi (es. l’alanina, l’isoleucina, la leucina

e la valina), colore (es. fenilanina è il precursore della biosintesi delle

antocianine) e sapore (es. l’arginina, l’alanina, la glicina e la prolina).

(Ertani et al., 2014; Gurav and Jadhav, 2012; Parrado et al., 2007)

Idrolizzato

proteico

(g/m2)

Produzion

e foglie

(kg/m2)

Nitrati

(mg/kg)

0 4,03 b 1.530 a

0,75 5,06 a 1.160 b

(Liu et al., 2008)

Nitrati

Gli idrolizzati proteici possono ridurre l’accumulo di nitrati negli ortaggi

I nitrati possono generare nitriti e nitrosamine che sono considerate

tossiche per salute umana.

Peso fresco

g/pi

anta

X

10

2 m

g/kg

Nitrati

Nitrati

Effetto della forma azota su produzione

e accumulo di nitrati in cavolo cinese

Conclusioni

I biostimolanti presentano grosse potenzialità per migliorare la

sostenibilità delle colture

I biostimolanti sono più efficaci se applicati frequentemente a

basse dosi, soprattutto per via radicale

L’azione biostimolante varia in relazione alla coltura, allo stadio

fenologico ed alle condizioni ambientali

I biostimolanti possono presentare una certa variabilità nella

composizione in funzione della materia prima e del processo

produttivo

Una normativa europea sui biostimolanti è necessaria per

promuovere la crescita del settore e prevenire frodi

Grazie per l’attenzione

Corso sui biostimolanti

Verona - 23 ottobre 2015

www.fritegotto.it