Stress da alta temperatura? Ci pensano i biostimolanti

La frequenza di comparsa di picchi di alte temperature oltre al cardinale massimo delle colture influenza la capacità produttiva di queste ultime. L'incremento della temperatura in atto, con l'aumento degli episodi di stress da caldo a livello globale, potrebbe ridurre la produttività di alcune colture agrarie in determinate aree geografiche.

Le alte temperature, quando superano le soglie massime delle colture, determinano lo stress da caldo e possono ridurre la crescita, lo sviluppo e la resa (Foto di apertura).

Le colture sono esposte allo stress da caldo in modo variabile sia per intensità sia per durata nell'arco della giornata. Le temperature durante l'estate aumentano gradualmente al primo pomeriggio. La temperatura più alta si manifesta qualche ora dopo la radiazione massima, per poi diminuire verso la sera.

Lo stress da caldo durante la giornata può determinare il superamento delle soglie di tolleranza delle colture, con picchi anche di alcune ore (tre, quattro ore per giorno). Il ripetersi di queste temperature per diversi giorni, anche consecutivi, prende il nome di ondate di calore. Questa sequenza termica può manifestarsi nei giorni più caldi durante l'estate.

I principali danni da alte temperature si manifestano a carico delle membrane citoplasmatiche che, perdendo la loro integrità e l'organizzazione cellulare, possono portare alla morte della cellula. La severità dei danni dipende dall'esposizione e dall'intensità delle alte temperature. I danni nelle colture si manifestano con l'alterazione delle attività enzimatiche, del flusso ionico, l'accumulo di composti tossici e radicali liberi.

L'aumento della temperatura durante la fase di fioritura determina una riduzione della germinazione del polline, con riduzione della riproduzione delle piante che spesso nelle colture si traduce in una riduzione della fruttificazione o della resa.

Ad esempio, nel pomodoro (Solanum lycopersicum L.) con l'aumento della temperatura oltre i 32-33^°C si ha una riduzione dell'impollinazione e dell'accumulo di carotenoidi nei frutti in maturazione. Nella coltivazione del riso (Oryza sativa L.), l'ottimo termico è di 25-30^°C, valori superiori a 33^°C riducono la crescita e le rese.

Stabilità delle membrane cellulari e proteine da shock termico

Per mantenere la stabilità della membrana e garantire le normali funzioni cellulari in presenza di stress da caldo, le piante sintetizzano delle proteine specifiche denominate proteine da shock termico (Heat Shock Protein, HSP).

In uno studio congiunto tra l'Università degli Studi di Milano e Agricola 2000 è stato scoperto nella rucola (Diplotaxis tenuifolia L.) che i biostimolanti riescono ad aumentare l'espressione dei geni che codificano per le HSP (Tabella 1). Queste proteine sono dei chaperoni molecolari con la funzione di impedire lo scioglimento o l'aggregazione delle proteine in modo non corretto. Le HSP svolgono un ruolo nel controllo della qualità delle proteine e proteggono la loro funzionalità, soprattutto in condizione di stress da alte temperature. La funzione delle HSP nelle piante è essenziale per la crescita e lo sviluppo, in particolare in risposta allo stress da caldo per garantire la normale crescita delle piante.

Tabella 1: Geni HSP differenzialmente espressi in rucola sottoposta a stress da caldo 37^°C trattate o meno con un biostimolante a base di Ascophyllum nodosum

(Fonte foto: Agricola 2000)

Applicazione dei biostimolanti per mitigare lo stress da caldo

Lo stress da alte temperature è uno stress abiotico sempre più frequente durante il periodo estivo nelle aree mediterranee. I danni sulla resa e sulla qualità aumentano in caso di stress da caldo congiunto a quello idrico o salino.

La previsione di questi stress non è facile con gli attuali modelli predittivi. Pertanto, gli agricoltori necessitano di ulteriori strumenti pratici per alleviare le colture dagli stress abiotici. L'uso di biostimolanti efficaci contro lo stress da alte temperature rende possibile la preparazione delle colture ai periodi più critici in arrivo (priming), oppure aiuta le piante a riprendersi dopo aver subìto lo stress (trattamenti curativi).

Il priming è una strategia agronomica utilizzata in agricoltura per indurre le piante ad attivare specifici processi fisiologici o biochimici per migliorare la loro tolleranza verso eventi specifici (per esempio, i biostimolanti possono agire aumentando la capacità delle colture di affrontare una condizione di stress evitando effetti negativi sul loro rendimento).

Il priming è molto più efficace di un trattamento curativo perché le piante non stressate riescono ad attivare i meccanismi di protezione ad opera dei composti bioattivi presenti nel biostimolante. Precedenti studi hanno dimostrato che gli estratti di alghe Ascophyllum nodosum possono agire come biostimolanti mantenendo la produttività delle colture durante e dopo l'esposizione a stress abiotici, proteggendo le cellule vegetali dal danno ossidativo indotto dallo stress. Comprendere il meccanismo d'azione dei biostimolanti e la risposta della pianta alla loro applicazione in combinazione con condizioni di stress abiotico è cruciale per l'ottimizzazione e l'uso di questi nuovi strumenti agronomici (¹).

Conclusione

L'aumento della temperatura globale e la frequenza delle onde di calore in alcune aree geografiche possono diventare limitanti per la coltivazione di alcune colture durante il periodo estivo. La disponibilità sul mercato di biostimolanti in grado di contrastare lo stress da alte temperature potrebbe permettere alle colture di superare i periodi critici senza compromettere la resa e la qualità.

A cura di Antonio Ferrante dell'Istituto di Produzioni Vegetali, Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa e Mauro Maddalena, GEP Biostimulants specialist di Agricola 2000

Bibliografia

(1) Cocetta, G., Landoni, M., Pilu, R., Repiso, C., Nolasco, J., Alajarin, M., Ugenda, L., Levy, C.C., Scatolino G., Villa, D., Ferrante, A. (2022). Priming treatments with biostimulants to cope the short-term heat stress response: a transcriptomic profile evaluation. Plants, 11(9), 1130.

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