La combinazione di molteplici promotori della crescita delle piante e rizobatteri produttori di enzimi idrolitici e il loro effetto sul miglioramento della crescita del topinambur

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5917 (2023) Citare questo articolo

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I rizobatteri sono ben riconosciuti per le loro benefiche multifunzioni come promotori chiave dello sviluppo delle piante, sopprimendo gli agenti patogeni e migliorando la salute del suolo. In questo studio, gli esperimenti si sono concentrati sulla caratterizzazione dei tratti di promozione della crescita delle piante (PGP) e di produzione di idrolasi extracellulare dei rizobatteri e sul loro impatto sulla crescita del topinambur. Un totale di 50 isolati si sono rivelati capaci di tratti diretti di produzione di PGP o di idrolasi. Due ceppi promettenti (Enterobacter cloacae S81 e Pseudomonas azotoformans C2-114) hanno mostrato potenziale sulla solubilizzazione di fosfato e potassio, sulla produzione di IAA e sull'attività della deaminasi dell'acido 1-amminociclopropano-1-carbossilico e sulla produzione di idrolasi. Un ceppo produttore di idrolasi (Bacillus subtilis S42) è stato in grado di generare cellulasi, proteasi, amilasi, β-glucosidasi e fosfatasi. Questi tre ceppi selezionati hanno dato risultati positivi anche per i tratti indiretti del PGP come sideroforo, ammoniaca, ossalato ossidasi, poliammina, esopolisaccaride, biofilm, motilità e tolleranza alla salinità e allo stress da siccità. La colonizzazione è stata osservata utilizzando un microscopio elettronico a scansione e sono comparsi rizobatteri sulla superficie della radice. È interessante notare che l’inoculazione con ceppi del consorzio (S42, S81 e C2-114) ha aumentato significativamente tutti i parametri della pianta, tra cui altezza, biomassa, radice (lunghezza, superficie, diametro e volume) e peso fresco del tubero. Pertanto, raccomandiamo che potenziali consorzi di rizobatteri produttori di PGP e idrolasi vengano impiegati come biofertilizzante per migliorare il suolo e aumentare la produttività delle colture.

Il topinambur, comunemente noto come sunchoke (Helianthus tuberosus L.), è una delle colture più redditizie per l'ampia applicazione del suo tubero1,2. Il tubero è ricco di inulina, un tipo di prebiotico che favorisce la crescita di microrganismi benefici nel colon e abbassa il colesterolo, la glicemia e il rischio di infiammazione del colon sia negli esseri umani che negli animali3. Nell'industria del bioetanolo, il tubero di sunchoke è considerato un potenziale materiale alternativo per la produzione di etanolo, simile al mais, alla canna da zucchero e alla manioca, grazie alla sua rapida raccolta4. Inoltre, le sostanze bioattive presenti nelle foglie e nei fiori funzionano come antibiotici, antinfiammatori e antiossidanti1. L’impianto ha implicazioni significative per i settori agricolo, della produzione alimentare, della bioenergia e farmaceutico. In Tailandia, diversi genotipi sono stati sviluppati con successo in piantagioni idonee ad ottenere rendimenti elevati5,6. Tuttavia, l’elevata produttività di questa coltura è favorita dall’utilizzo di elevate dosi di fertilizzanti sintetici1. L'uso di fertilizzanti chimici provoca uno squilibrio nutrizionale nel suolo e porta all'inquinamento ambientale1,7. Pertanto, è fondamentale realizzare pratiche agricole sostenibili e proteggere l’ecosistema dai danni.

L’applicazione di microbi utili è un metodo rispettoso dell’ambiente che facilita la produttività delle colture e la manutenzione del suolo. I microbi benefici hanno due strategie per la promozione diretta e indiretta della produttività delle piante, rispettivamente la promozione della crescita delle piante (PGP) e la soppressione dei fitopatogeni8. I microrganismi che promuovono la crescita delle piante (PGPM) svolgono un ruolo nel migliorare la crescita delle piante con diversi tratti riconosciuti: fissare il gas azoto; fornire forme inorganiche solubili di fosfato, potassio, zine e silicio; e sintetizzando ormoni vegetali come citochinina, gibberellina e acido indolo-3-acetico (IAA)8 che hanno forti effetti sulla superficie radicale e sull'allungamento9. Il PGPM può produrre l'attività della deaminasi dell'acido 1-amminociclopropano-1-carbossilico (ACC) che diminuisce i livelli di etilene, il che aiuta le piante a tollerare i fattori di stress biotici e abiotici10. Inoltre, vari meccanismi indiretti, tra cui l'ossidazione dello zolfo e la produzione di molecole segnale dai batteri alla pianta (ad esempio oligosaccaridi, peptidi), contribuiscono alla promozione della crescita dei tratti dei rizobatteri PGP sulle piante11. L'idrolasi rilasciata dai rizobatteri PGP ha ruoli molteplici; non solo sopprime gli agenti patogeni, ma degrada anche la materia organica e fa circolare i nutrienti del suolo nella zona della rizosfera12,13,14. Le idrolasi come la cellulasi, la proteasi e l'amilasi dei batteri sono catalizzatori più efficaci12,13. Cellulasi, amilasi e β-glucosidasi sono legate alla rotazione del carbonio organico ciclico, che viene utilizzato da piante e microrganismi come fonte di nutrimento. L'enzima cellulasi trasforma la cellulosa contenuta nella materia organica in cellobiosio, glucosio e oligosaccaride15. L'amilasi converte l'amido in oligosaccaridi e maltosio, mentre la β-glucosidasi converte il cellobiosio in glucosio. La β-glucosidasi e la fosfatasi sono impiegate come indicatori di qualità del suolo15. La salute del suolo può dipendere da queste funzioni espresse dalle capacità dei microbi nel suolo. Pertanto, è importante trovare un nuovo batterio PGP che possa essere utilizzato come bioinoculante con molteplici caratteristiche per potenziali inoculanti nello sviluppo del miglioramento della crescita delle piante, del biocontrollo e del ripristino del suolo.