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

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

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

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

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

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

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

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

• 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

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

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

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

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

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

Selezione di batteri con attività di biocontrollo

BAT FUNGO

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

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

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

Ringraziamenti

Progetto BIOGESTECA

Prof. Sacchi Dott. Romani

DeFENS

Prof. Cortesi

Prof. Daffonchio

Eleonora Rolli Ramona Marasco