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DIVERSITA’ DEI BATTERI RIZOSFERICI DEL RISO IN RELAZIONE AL CICLO DELL’ACQUA E DEI NUTRIENTI
«Sistemi innovativi per una gestione sostenibile dell’acqua in risaia» Centro Ricerche sul Riso, Castello D’Agogna (PV)
30 Gennaio 2014
Sara Borin DeFENS, Dipartimento di Scienze per gli Alimenti, la Nutrizione e l’Ambiente
Università degli Studi di Milano
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Batteri Promotori della Crescita Vegetale (PGPB)
Batteri in grado di colonizzare stabilmente la rizosfera e/o i tessuti della pianta e promuoverne la crescita
Soluzione non invasiva, naturale e poco costosa per un’agricoltura
ecosostenibile
• Riduzione dell’impiego di fertilizzanti
• Promozione delle crescita vegetale anche in condizione di stress abiotici (salinita, siccità)
• Protezione dall’attacco di fitopatogeni
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Obiettivi dell’Unità di Microbiologia ambientale
Studiare la biodiversità e le potenzialità di promozione della crescita vegetale delle comunità
batteriche naturalmente associate a colture di riso coltivate con diversi regimi idrici e con un diverso apporto di nutrienti
Isolare e caratterizzare ceppi microbici dotati di attività di promozione delle
crescita vegetale in grado di fungere da:
• BIOFERTILIZZANTI → favorendo il bilancio nutrizionale della pianta
• BIOSTIMOLANTI → modulando il bilancio ormonale della pianta
• AGENTI DI BIOCONTROLLO → proteggendo la pianta dai fitopatogeni
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Campionamento e processamento dei campioni vegetali
96 PIANTE
Varietà Baldo e Gladio FLD, crescita in sommersa IRR, crescita in asciutta Concimazione azotata (+N/-N)
• Isolamento rizosfera • Studio delle comunità batteriche
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Studio della comunità microbica associata a riso var. Baldo
• Il riso influenza la comunità batterica del suolo • Nessuna delle pratiche colturali seleziona una
comunità peculiare
Comunità batterica totale
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Studio della comunità microbica associata a riso var. Baldo
AZOTO FISSATORI N2 + 8H+ 2NH3 + H2
La carenza di azoto influenza la comunità batterica azotofissatrice
AMMONIO OSSIDANTI NH3 + 1,5 O2 NO2
- + H+ + H2O
La concimazione azotata influenza la struttura della comunità AMO
FLDIRR IRR
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Studio della comunità microbica associata a riso var. Gladio
• La presenza della pianta influenza la comunità batterica del suolo
• il regime di irrigazione influisce sulla comunità batterica associata alle radici
FLD
IRR
Comunità batterica totale
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Studio della comunità microbica associata a riso var. Gladio
Il regime idrico ha un effetto sugli azoto fissatori
FLD
IRR
AZOTO FISSATORI N2 + 8H+ 2NH3 + H2
L’assenza di concimazione azotata nell’irrigazione turnata influenza gli ammonio ossidanti
IRR
AMMONIO OSSIDANTI NH3 + 1,5 O2 NO2
- + H+ + H2O
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• La presenza della pianta di riso influenza le comunità batteriche associate alle radici
• La concimazione azotata e il regime idrico hanno un effetto sulla diversità dei batteri del suolo e sulle popolazioni implicate nel ciclo dell’azoto
• Questo fenomeno dipende anche da altri fattori: cultivar vegetale, condizioni geoclimatiche e nutrizionali del suolo
Sfruttamento delle popolazioni batteriche selezionate dalle radici del riso nelle varie condizioni:
Isolamento di ceppi promotori della crescita vegetale
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Isolamento di batteri dalla comunità coltivabile
CAPACI DI ALLEVIARE LO STRESS INDOTTO DA ETILENE
BATTERI con attività ACC deaminasica (ACCd)
ATTINOMICETI
ATTIVI NEL CONTROLLO BIOLOGICO
373 BATTERI ISOLATI
200 BATTERI ISOLATI
(E) Endofiti radice
(R) Rizobatteri
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Identificazione filogenetica degli isolati ACCd
la concimazione influenza la diversità e la distribuzione dei generi batterici
END-N END+N RIZO-N RIZO+N
INTERNO RADICE RIZOSFERA
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Caratterizzazione delle attività biostimolanti e biofertilizzanti in vitro
• 67% attività PGP multiple
• 67% produce auxine → POTENZIALE BIOSTIMOLANTE
• 28% aumento biodisponibilità di P e Fe → POTENZIALE BIOFERTILIZZANTE
• La fertilizzazione azotata ha selezionato un maggiore numero di batteri PGP
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Promozione della germinazione in vitro tramite sostanze volatili rilasciate dai batteri
6 ceppi promuovono la germinazione di plantule di
riso, aumentando la lunghezza del fusto Lu
nghe
zza
fust
o (c
m)
Test statistico T-student, *= p ≤ 0.05
ACQUA BATTERIO
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Attività di biocontrollo dei batteri PGP
Magnaporthe oryzae
• perdite di raccolto • utilizzo di fungicidi di sintesi
ad azione preventiva
Saggio di 254 ceppi per attività antagonista sfruttabile per sistemi di biocontrollo a basso impatto ambientale
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Selezione di batteri con attività di biocontrollo
BAT FUNGO
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Selezione di batteri con attività di biocontrollo
13 ceppi batterici attivi, tra questi 3 isolati presentano attività
contro 2 diversi ceppi di M. oryzae
% d
i ini
bizi
one
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Attività PGP correlate al biocontrollo
L’attività antagonista risulta correlata alla capacità di:
• rilasciare ammoniaca, tossica per le cellule eucariote
• sequestrare Fe2+ tramite la sintesi di siderofori • produrre enzimi proteolitici
% d
i iso
lati
con
at
tiviit
à an
tago
nist
a
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Conclusioni e prospettive future
• La comunità microbica associata alle radici del riso viene influenzata sia dalla pianta sia dalle pratiche agricole
• 152 ceppi su 373 hanno dimostrato attività di promozione della crescita vegetale, principalmente tramite rilascio di fitormoni e aumento della biodisponibilità del fosfato
• 6 isolati sono in grado di promuovere la germinazione di riso tramite rilascio di VOC’s
• 3 ceppi su 245 hanno dimostrato attività antagonista contro M. oryzae
I ceppi selezionati potrebbero essere sfruttati per migliorare la
sostenibilità del sistema agricolo, diminuendo gli apporti di
fertilizzanti e fitofarmaci di sintesi
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Ringraziamenti
Progetto BIOGESTECA
Prof. Sacchi Dott. Romani
DeFENS
Prof. Cortesi
Prof. Daffonchio
Eleonora Rolli Ramona Marasco