Cianobatteri: I Nostri Piccoli Alleati Verdi Contro l’Eccesso di CO2 nel Riso!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di una scoperta che mi ha davvero affascinato e che potrebbe avere implicazioni enormi per il futuro della nostra agricoltura, specialmente in un mondo che fa i conti con il cambiamento climatico. Parliamo di riso, uno degli alimenti più consumati al mondo, e di come possiamo aiutarlo a crescere meglio anche quando l’anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera aumenta. E indovinate chi ci dà una mano? Dei microrganismi piccolissimi ma potentissimi: i cianobatteri!

Il Problema: CO2 Alta e Fame di Azoto

Sappiamo tutti che le emissioni di gas serra stanno aumentando e con esse la concentrazione di CO2 nell’aria. Questo, paradossalmente, potrebbe sembrare una buona notizia per le piante (che usano la CO2 per la fotosintesi), specialmente per quelle come il riso (una pianta C3). Più CO2, più “cibo” per crescere, giusto? Beh, non è così semplice.

Spesso, quando le piante crescono in ambienti ricchi di CO2, sviluppano una sorta di “fame” di altri nutrienti essenziali, in particolare l’azoto. È come dare a qualcuno tantissimi carboidrati ma poche proteine: cresce magari in fretta, ma non in modo equilibrato e sano. L’azoto è fondamentale per costruire proteine ed enzimi, inclusi quelli chiave per la fotosintesi stessa (come il famoso RuBisCO). Quindi, un eccesso di CO2 può portare a piante meno nutrienti e, a lungo termine, a problemi per la fertilità del suolo.

Considerando che dobbiamo sfamare una popolazione mondiale in crescita (si parla di quasi 10 miliardi di persone entro il 2050!), trovare soluzioni sostenibili per mantenere alta la produttività agricola, senza peggiorare l’impatto ambientale, è una sfida cruciale.

La Soluzione Naturale: Entrano in Scena i Cianobatteri!

Ed è qui che entrano in gioco i nostri eroi microscopici: i cianobatteri, in particolare quelli diazotrofici. Che parolona! Significa semplicemente che sono capaci di fare una cosa quasi magica: prendono l’azoto gassoso dall’atmosfera (che le piante non sanno usare direttamente) e lo trasformano in una forma utilizzabile, come l’ammonio. In pratica, fertilizzano il terreno in modo naturale!

Questi organismi sono antichissimi e si trovano naturalmente nelle risaie allagate. Sono fotosintetici (proprio come le piante, usano la luce del sole e la CO2 per produrre energia) e, appunto, fissano l’azoto. Un doppio vantaggio!

Mi sono chiesto: e se usassimo questi cianobatteri “buoni” per aiutare il riso a fronteggiare l’aumento di CO2? Possono davvero fare la differenza?

L’Esperimento: Riso, CO2 e Cianobatteri alla Prova

Per capirlo, abbiamo messo su un esperimento interessante. Abbiamo preso due varietà di riso molto apprezzate, la Pusa Basmati 1718 (PB1718) e la Pusa Basmati 1509 (PB1509), e le abbiamo coltivate in condizioni controllate, usando delle speciali camere chiamate “Open Top Chambers”. In alcune camere abbiamo mantenuto la concentrazione di CO2 ai livelli attuali (ambiente), mentre in altre l’abbiamo aumentata (elevata), simulando scenari futuri.

Abbiamo diviso le piante in tre gruppi:

• T1 (Controllo completo): Fertilizzazione standard con azoto (N), fosforo (P) e potassio (K).
• T2 (Azoto ridotto): Fertilizzazione PK completa, ma con solo il 66% dell’azoto (simulando un risparmio di fertilizzante).
• T3 (Azoto ridotto + Cianobatteri): Come T2, ma prima del trapianto abbiamo trattato le radici delle piantine con una formulazione contenente il cianobatterio Anabaena torulosa (BF1), un ceppo noto per le sue ottime capacità di biofertilizzante.

Poi abbiamo osservato cosa succedeva, analizzando di tutto: il suolo, le foglie, le radici, la resa finale e persino l’abbondanza di specifici geni microbici nel terreno.

Risultati Sorprendenti: I Cianobatteri Fanno la Differenza!

Ebbene sì, i risultati sono stati davvero incoraggianti! L’inoculazione con Anabaena torulosa (il trattamento T3) ha portato a benefici notevoli, soprattutto in condizioni di CO2 elevata.

Nel Suolo:
Abbiamo visto un aumento significativo dei parametri legati al carbonio (C) e all’azoto (N) nel suolo trattato con cianobatteri, sia in ambiente normale che elevato. In particolare, in condizioni di CO2 elevata, la quantità di azoto disponibile nel suolo della rizosfera (la zona vicino alle radici) è aumentata tantissimo con il trattamento T3, quasi raddoppiando rispetto al controllo T1! Questo significa che i cianobatteri non solo fissavano azoto, ma lo rendevano disponibile per le piante proprio quando ne avevano più bisogno a causa dell’eccesso di CO2. Anche l’attività biologica generale del suolo, misurata tramite l’attività dell’enzima deidrogenasi, è migliorata con i cianobatteri, specialmente nella rizosfera e con CO2 elevata.

Nelle Piante:
Le piante trattate con cianobatteri (T3) hanno mostrato miglioramenti interessanti:

• Pigmenti fogliari: Anche se la CO2 elevata tende a ridurre i pigmenti fotosintetici (clorofille, carotenoidi), il trattamento con cianobatteri ha aiutato a mantenere livelli più alti, specialmente nella varietà PB1718. Foglie più “verdi” e sane!
• Radici: La CO2 elevata sembrava favorire la crescita delle radici in generale (più lunghe, più voluminose), ma i cianobatteri hanno dato un’ulteriore spinta, specialmente alla larghezza e all’area radicale. Radici più forti significano migliore assorbimento di acqua e nutrienti.
• Enzimi chiave: Abbiamo misurato l’attività di enzimi importanti per il metabolismo dell’azoto (Nitrato Reduttasi – NR, Glutammina Sintetasi – GS) e del carbonio (PEP Carbossilasi). I risultati sono stati complessi e variavano tra varietà e condizioni, ma in generale, i cianobatteri hanno spesso potenziato queste attività, soprattutto in condizioni di CO2 elevata dove altrimenti si sarebbero ridotte (ad esempio, l’attività NR nelle radici di PB1718 è crollata con CO2 alta, ma il trattamento T3 l’ha riportata a livelli ottimali!). Hanno anche aiutato a mantenere attiva l’enzima Ferrico Chelato Reduttasi (FCR) nelle radici, importante per l’assorbimento del ferro, che tendeva a diminuire con CO2 elevata.

Differenze tra Varietà:
È stato interessante notare che le due varietà di riso non hanno risposto esattamente allo stesso modo. La PB1718 sembrava eccellere per i pigmenti fogliari e la biomassa fotosintetica nel suolo, mentre la PB1509 mostrava attività enzimatiche (PEP carbossilasi, GS, NR) più elevate e radici migliori. Sotto CO2 elevata, la PB1509 sembrava favorire una maggiore colonizzazione da parte dei cianobatteri stessi (più copie del gene cyaA), mentre nella PB1718 si notava uno stimolo maggiore sui batteri azotofissatori generici (più copie dei geni nifH ed Eub). Questo ci dice che la scelta della varietà è importante e che l’interazione tra pianta, ambiente e microrganismi è complessa e affascinante.

Microrganismi al Lavoro: Uno Sguardo ai Geni

Analizzando il DNA estratto dal suolo della rizosfera, abbiamo potuto “contare” le copie di geni specifici legati a funzioni chiave:

• cyaA: Indicatore della presenza di cianobatteri.
• Eub: Indicatore della presenza di eubatteri (batteri generici).
• nifH: Gene chiave per la fissazione dell’azoto.
• nirS: Gene coinvolto nella denitrificazione.
• cbbL: Gene per la fissazione del carbonio (via ciclo di Calvin).
• Altri geni legati al metabolismo di fosforo (phoX), ammoniaca (amoA), urea (ureC) e produzione di esopolisaccaridi (pepA).

Cosa abbiamo scoperto? Che la CO2 elevata tendeva ad aumentare l’abbondanza di diversi geni microbici funzionali (phoX, amoA, ureC, cyaA, Eub), suggerendo una maggiore attività microbica generale. Il trattamento con cianobatteri (T3) ha specificamente aumentato le copie dei geni per la fissazione del carbonio (cbbL), dell’azoto (nifH), per l’utilizzo dell’urea (ureC) e per i batteri generici (Eub), confermando il loro ruolo attivo nel potenziare questi processi cruciali. L’analisi statistica (RDA) ha mostrato una forte correlazione tra il trattamento con cianobatteri, le condizioni ambientali, le varietà di riso e l’abbondanza di questi geni, collegandoli anche ai miglioramenti osservati nei parametri del suolo e della pianta. Ad esempio, in condizioni ambientali, il trattamento T3 su PB1718 era fortemente associato all’abbondanza del gene nifH e a una maggiore attività NR e GS nelle foglie, indicando che i cianobatteri erano i principali attori nella fissazione dell’azoto. Sotto CO2 elevata, invece, il trattamento T3 su PB1509 era più legato ai geni nirS e cyaA e all’attività PEP Carbossilasi fogliare.

Resa Finale: Un Quadro Promettente

E la resa? La CO2 elevata ha generalmente aumentato la biomassa totale (paglia + chicchi), come ci si poteva aspettare. Tuttavia, la cosa interessante è che il trattamento con cianobatteri (T3) ha portato a una resa migliore in termini di numero di chicchi per pannocchia in condizioni ambientali. Questo suggerisce che, anche senza lo stress della CO2 elevata, i cianobatteri danno una spinta significativa alla produttività, forse migliorando l’efficienza nell’uso dei nutrienti o stimolando la pianta in altri modi. In condizioni di CO2 elevata, pur non superando il controllo T1 (che aveva più azoto), il trattamento T3 ha comunque permesso di ottenere una buona resa con un apporto di azoto ridotto del 34%, dimostrando il potenziale di risparmio di fertilizzanti.

Conclusioni: Un Futuro più Verde per il Riso?

Questa ricerca mi ha davvero entusiasmato! Dimostra che i cianobatteri diazotrofici, come Anabaena torulosa, possono essere dei veri e propri “partner” per il riso nell’affrontare le sfide del cambiamento climatico. Non solo aiutano a mitigare gli effetti negativi della CO2 elevata (come la ridotta disponibilità di azoto o il calo dell’efficienza fotosintetica), ma lo fanno in modo naturale e sostenibile.

I benefici sono molteplici:

• Migliorano la fertilità del suolo arricchendolo di carbonio e azoto.
• Stimolano l’attività microbica benefica nella rizosfera.
• Potenziano la crescita delle piante (radici, foglie).
• Migliorano l’assorbimento e l’utilizzo dei nutrienti.
• Permettono di ridurre l’uso di fertilizzanti azotati chimici (con risparmio economico e ambientale).
• Contribuiscono a mantenere buone rese anche in condizioni difficili.

Certo, c’è ancora da studiare, magari per selezionare le combinazioni migliori tra ceppi di cianobatteri e varietà di riso, e per capire ancora più a fondo i meccanismi molecolari di questa interazione. Ma la strada sembra promettente. Utilizzare questi microrganismi potrebbe essere una strategia “climate-smart” efficace per garantire la sicurezza alimentare senza compromettere ulteriormente il nostro pianeta. Insomma, a volte le soluzioni più grandi arrivano dagli organismi più piccoli!

Fonte: Springer