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Microrganismi e microalghe in agricoltura, l’innovazione sostenibile

Microrganismi e microalghe in agricoltura, l’innovazione sostenibile

I microrganismi utili in agricoltura‘. La presentazione del libro di Vincenzo Michele Sellitto – al webinar organizzato il 19.6.20 da Edagricole – è valsa a fare il punto su due veri protagonisti dell’innovazione sostenibile nella filiera agroalimentare, microrganismi e microalghe. (1)

Biodiversità, suolo, microalghe

La biodiversità – oggetto di un’apposita strategia europea, presentata dalla Comunicazione il 20.5.20 – merita specifica attenzione anche per quanto attiene ai suoli, che ne esprimono e preservano il patrimonio.

Il suolo racchiude circa un quarto della biodiversità del pianeta, che i ricercatori stimano di conoscere in quota inferiore all’1%. Ospita varie specie di microrganismi. Batteri, funghi, attinomiceti ma anche microalghe, le quali si trovano nei primi millimetri di profondità poiché attingono la luce solare.

Le microalghe si distinguono dalle macroalghe sotto tre aspetti. Esse sono infatti:

– microscopiche, di dimensioni variabili tra uno e un paio di centinaia di micron, (μm),

– organismi unicellulari, privi cioè di radici, steli e foglie,

– ubiquitarie. Si trovano nei bacini idrici (di acqua dolce e salata) come nei suoli, appunto.

Microalghe, applicazioni possibili

Una caratteristica peculiare delle microalghe è la loro straordinaria adattabilità alle più diverse condizioni ambientali. Grazie alla capacità della gran parte di esse – in quanto organismi mixotrofi – di elaborare sia energia solare e anidride carbonica (attraverso la fotosintesi, dovuta alla clorofilla), sia quella contenuta nelle sostanze organiche (mediante eterotrofismo).

L’interesse verso questi microrganismi è accresciuto notevolmente nelle ultime due decadi. Il loro impiego è stato infatti sperimentato – con variabili successi e prospettive crescenti – in agricoltura, acquacoltura e zootecnia, alimentazione e nutraceutica, cosmesi e farmaceutica, biopolimeri (per bioplastiche), bioenergia. Oltreché nel trattamento e la depurazione di acque e suoli.

Microalghe, coltivazione (o allevamento)

La cellula della microalga è composta essenzialmente da proteine, lipidi (o grassi) e carboidrati. La scelta della specie e le modalità di coltivazione, le condizioni di crescita in particolare, permettono di ottenere gli organismi più idonei in relazione ai diversi impieghi.

I sistemi di allevamento più in voga si basano su vasche a circuito chiuso (raceway ponds) o fotobioreattori. Questi ultimi consentono di ottimizzare l’esposizione dei microrganismi alla luce (naturale o artificiale, negli impianti indoor), controllare meglio le condizioni di crescita, migliorare le rese produttive.

Bio-decontaminazione

La bio-decontaminazione di acque e reflui, oltreché dei suoli, è uno dei vari impieghi ad alto potenziale per le microalghe. Sia per la rimozione di nutrienti, come l’azoto e il fosforo, che più di altri determinano l’eutrofizzazione delle acque. Sia per depurare le acque da contaminanti ambientali a elevata tossicità (es. metalli pesanti). Sia per liberarle da composti organici e residui di agrotossici.

Chlorella vulgaris e scenedesmusquadricauda sono state impiegate con successo per abbattere i composti organici (-90%) e alcuni residui di ‘agrofarmaci’, in 4 settimane. A valle di una coltivazione idroponica di pomodori, le cui acque di scarico sono state purificate al punto da azzerare quasi il rischio di eutrofizzazione (fenomeno inquinante di rilievo nelle acque interne). (2)

Microalghe e agricoltura, alcuni esperimenti

Gli effetti biostimolanti di due specie di microalga (chlorella e scenedesmus quadricauda) sono stati sperimentati, in Italia, su barbabietola, lattuga e pomodoro. Mediante impiego sia gli estratti, in metanolo, sia di cellule microalgali vive. L’applicazione degli estratti ai semi di barbabietola ha inciso favorevolmente su velocità e resa della germinazione. (3) La loro aggiunta al nutrimento in coltura idroponica ha migliorato l’apparato radicale e l’espressione genica. (4)

Lattughe e pomodori sono a loro volta cresciuti ben più, rispettivamente dopo 3 e dopo 6 settimane (5,6). E l’azione biostimolante degli estratti si è rivelata influenzare anche la biochimica delle piante. Con effetti benefici su due enzimi chiave del loro metabolismo, nonché sull’enzima di passaggio tra il metabolismo primario e secondario delle piante (PAL).

L’aggiunta ai suoli di quantità omeopatiche di chlorella e scenedesmus quadricauda (1 mg/kg), in una piccola coltivazione sperimentale, ha a sua volta consentito un significativo incremento nella crescita dei pomodori. In questo caso, la biomassa microalgale ha stimolato l’azione enzimatica del suolo, così aumentandone il potenziale biochimico. (7)

Orizzonti di ricerca e sviluppo sostenibile

Il ruolo cruciale delle microalghe per la nutrizione umana trova così ulteriori espressioni nel potenziale miglioramento dei suoli, l’incremento delle rese in agricoltura, magari anche della resilienza delle piante. Tali orizzonti si aggiungono alla concreta prospettiva di realizzare proteine vegetali sostenibili ad alto valore biologico.

Il progetto di ricerca europeo ProFuture – a cui la nostra squadra partecipa, quale capofila in Italia – ambisce proprio a sviluppare sistemi di produzione con un bilancio ecologico favorevole e costi quanto possibile contenuti. In modo da contribuire, con questi superfood, alla food security.

Le ricerche sopra accennate evidenziano tra l’altro come le microalgae in agricoltura possano integrare appieno gli obiettivi sistemici di economia circolare. I microrganismi possono così venire utilizzati per decontaminare le acque reflue, producendo biomasse da trasformare in energia, attraverso i biodigestori, ovvero in fertilizzanti naturali (in relazione ai requisiti di purezza). Che altro aspettare?

Dario Dongo e Giulia Torre

Note

(1) Edagricole, webinar 19.6.20. Sono intervenuti Michele Selitto, msbiotech spa (Utilizzo dei microrganismi in agricoltura). Raffaella Pergamo, CREA-PB (Green Deal e agricoltura). Andrea Baglieri, Università degli Studi di Catania (Microalghe e agricoltura). Davide Bulgarelli, Università di Dundee, Scozia (Il microbioma della rizosfera), Stefano Mocali. CREA (Importanza della biodiversità microbica del suolo per la sostenibilità delle produzioni). Massimo Zaccardelli, CREA (Impiego di batteri antagonisti e promotori della crescita delle piante in orticoltura)
(2) Baglieri et al. (2016). Cultivating Chlorella vulgaris and Scenedesmus quadricauda microalgae to degrade inorganic compounds and pesticides in water. Environmental Science and Pollution Research 23(18), doi: 10.1007/s11356-016-6996-3

(3) Puglisi et al. (2020) Effect of Microalgal Extracts from Chlorella vulgaris and Scenedesmus quadricauda on Germination of Beta vulgaris seeds. Plants 9(6):675. doi: 10.3390/plants9060675

(4) Barone et al. (2017). Root morphological and molecular responses induced by microalgae extracts in sugar beet (Beta vulgaris L.). Journal of Applied Phycology. doi: 10.1007/s10811-017-1283-3

(5) Puglisi et al. (2020). Biostimulant Effect and Biochemical response in Lettuce Seedlings Treated with A. Scenedesmus quadricauda Extract. Plants 9(1):123. doi:10.3390/plants9010123

(6) Barone et al. (2019). Novel bioprocess for the cultivation of microalgae in hydroponic growing system of tomato plants. Journal of Applied Phycology.  doi:10.1007/s10811-018-1518-y
(7) Barone et al (2019). Effect of living cells of microalgae or their extracts on soil enzyme activities. Archives of Agronomy and Soil Science, 65:5, 712-726, doi: 10.1080/03650340.2018.1521513

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