Improvement of nitrogen and phosphorus use efficiency in wheat by application of Plant Growth Promoting Bacteria as bio-fertilizers
Creators: name: CATALDI, MARIA GRAZIA PIA
Publisher: name: Universit� degli Studi di Foggia
Year: 2019

description: Per fronteggiare l'aumento della popolazione mondiale, il depauperamento delle risorse naturali e l'inquinamento ambientale, sar� necessario incrementare la produzione alimentare, senza tuttavia aumentare l'impatto ambientale associato alle attivit� agricole. L?intensificazione sostenibile della produzione agricola rappresenta un obiettivo arduo da realizzare soprattutto in regioni aride e semi-aride come le regioni del bacino del Mediterraneo particolarmente vulnerabili ai cambiamenti climatici. Tale obiettivo pu� essere raggiunto attraverso pratiche agricole sostenibili finalizzate alla riduzione dell'uso di fertilizzanti e delle emissioni di gas serra (GHG). Nell?area Mediterranea, il frumento rappresenta una delle colture maggiormente diffuse e il frumento duro costituisce la prima coltura cerealicola in termini di superficie investita e provvede al fabbisogno alimentare di gran parte della popolazione. L?impiego di batteri promotori della crescita vegetale (Plant Growth Promoting Bacteria, PGPB) come bio-fertilizzanti, rappresenta una promettente alternativa ecosostenibile alle pratiche agronomiche in uso per promuovere la crescita vegetale riducendo l?inquinamento ambientale e gli input esterni di fertilizzanti azotati e fosfatici attraverso il miglioramento dell?efficienza d?uso di tali nutrienti. In particolare, l?impiego di PGPB autoctoni isolati da terreno e caratterizzati da una elevata adattabilit� agli stress abiotici rappresenta un promettente strumento per promuovere la crescita vegetale. Poche informazioni sono disponibili in letteratura relativamente all?uso di PGPB autoctoni come inoculanti nella coltivazione dei cereali, del frumento ed in particolare del frumento duro (vedi Capitolo 2). Pertanto, l?obiettivo di questa tesi di dottorato � stato la selezione di PGPB autoctoni isolati dalla rizosfera di frumento duro e la valutazione del loro effetto sulla nutrizione azotata e fosfatica del frumento. A tale scopo, sono stati perseguiti i seguenti obiettivi specifici: i) la caratterizzazione fenotipica e genotipica di PGPB autoctoni non patogeni isolati dalla rizosfera di frumento duro per selezionare in vitro i ceppi pi� promettenti in grado di migliorare l'efficienza d?uso di N e P; ii) la valutazione dell'effetto dei ceppi selezionati come i migliori batteri nitrificanti sull?efficienza d?uso di N in piante di frumento duro; iii) la valutazione dell?effetto di PGPB caratterizzati dalla capacit� di solubilizzare il P inorganico e di mineralizzare il P organico, sulla crescita di plantule di frumento. Allo scopo di perseguire gli obiettivi previsti, quattrocentosettantaquattro ceppi batterici (batteri mesofili, batteri formanti spore, Pseudomonadi, attinobatteri) sono stati isolati dalla rizosfera di frumento duro. Gli isolati sono stati caratterizzati fenotipicamente per la capacit� di solubilizzare il P, di produrre NH4+, NO2-/NO3- e siderofori e successivamente sottoposti ad uno screening quantitativo (produzione di acido indolo acetico, di NO2-/NO3- e mineralizzazione P). I dati dei test quantitativi sono stati analizzati mediante indici descrittivi (mediana e quartili) per studiare la distribuzione statistica di ciascun parametro all'interno dei singoli gruppi microbici e selezionare i ceppi pi� promettenti. Come risultato, sedici isolati sono stati selezionati e sequenziati; alcuni ceppi di particolare interesse, sono poi stati testati come inoculanti in plantule di frumento per una preliminare validazione in suolo. Tra questi, tre isolati (25A- Bacillus, 6P-Stenotrophomonas, 20PStenotrophomonas) hanno mostrato le migliori performances in termini di biomassa e altezza delle piante e sono stati scelti per valutare il loro effetto sull?efficienza d?uso dei nutrienti (vedi Capitolo 3). Un primo esperimento in camera di crescita (vedi Capitolo 4) � stato condotto per valutare l'effetto dell'applicazione di PGPB sull'efficienza d?uso dell? N in piante di frumento duro, utilizzando i migliori isolati nitrificanti (6P- Stenotrophomonas, 20P- Stenotrophomonas) che erano anche in grado di produrre NH4 +. A questo scopo due genotipi di frumento duro (Saragolla e Simeto) sono stati allevati in condizioni di crescita controllate per valutare: (i) la capacit� degli isolati di colonizzare e sopravvivere nella rizosfera e (ii) il loro effetto sull'assorbimento e sull'efficienza d?uso di N (rispettivamente Nitrogen Uptake efficiency, NUPE e Nitrogen Use Efficiency for Protein, NUEP). In Saragolla entrambi i ceppi mostravano la capacit� di migliorare gli indici UPE e NUPE; al contrario, in Simeto solo il ceppo 20P mostrava un effetto positivo. Un secondo esperimento (vedi Capitolo 5) � stato allestito per studiare la capacit� dei migliori isolati P-solubilizzanti e P-mineralizzanti (12A- Bacillus e 25A- Bacillus) di promuovere la crescita di piantine di frumento allevate in terreno carente di P. A questo scopo, piante di frumento duro e tenero sono state coltivate in terreno a basso contenuto in P per valutare: (i) l?effetto di isolati batterici sull?architettura del sistema radicale; (ii) l'espressione di IPS1 e TaPT6, due geni chiave coinvolti nella risposta della pianta alla carenza di P e nell?assimilazione di P. Il gene IPS1 � indotto dalla carenza di P e il suo livello di trascrizione rappresenta un buon marker per la risposta della pianta alla carenza fosfatica; il gene PT6 codifica per un trasportatore ad alta affinit� che svolge un duplice ruolo nell'assorbimento del fosfato dal suolo e nella traslocazione all?interno della pianta. Tra gli isolati testati, il ceppo 12A- Bacillus, aumentava significativamente la lunghezza, la superficie e la biomassa radicale. I risultati ottenuti potrebbero essere dovuti alla capacit� del ceppo 12A di produrre acido indol-3-acetico (IAA) oltre che alla capacit� di mineralizzazione e solubilizzazione di P. In questo esperimento si � osservato un aumento della sostanza secca e del contenuto di P della parte aerea, probabilmente come conseguenza della duplice capacit� di aumentare la lunghezza e la superficie radicale e di mineralizzare e solubilizzare il P. I risultati ottenuti in questa tesi dovranno essere confermati mediante prove sperimentali condotte in pieno campo. Inoltre, differenti condizioni ambientali dovranno essere testate al fine di validare l?effetto dei ceppi selezionati sull?efficienza d?uso dei nutrienti in piante di frumento.