Uso di idrolizzati proteici come biostimolanti di colture ortive: comprensione delle modalità d’azione ed ottimizzazione della loro efficacia attraverso un approccio multidisciplinare
Author(s)
Ceccarelli, Angela Valentina
Date Issued
December 16, 2022
Type
Doctoral Thesis
Abstract
La principale sfida che deve affrontare l’agricoltura nel prossimo futuro è garantire elevati livelli di produzione agricola limitando l’uso di prodotti chimici di sintesi in una strategia di tutela ambientale. Gli idrolizzati proteici (PH) sono impiegati in agricoltura per aumentare la sostenibilità dei sistemi produttivi, con risultati positivi sulla resa delle colture e sulla risposta agli stress abiotici. Tuttavia, i meccanismi molecolari alla base della loro modalità d’azione non sono stati ancora chiaramente compresi. In questo lavoro (esp. 1,2), cinque PH ottenuti dall’idrolisi enzimatica di diverse fonti proteiche vegetali sono stati testati per la loro attività di promozione radicale su talee di pomodoro. Tutti i trattamenti hanno migliorato la lunghezza ed il numero delle radici rispetto ai controlli negativi. In risposta ai trattamenti sono stati evidenziati diversi profili metabolici che indicano l’attivazione di diversi processi molecolari nei tessuti radicali e fogliari delle talee di pomodoro. Inoltre, la modulazione differenziale dei geni SlIAA2 e SlIAA9, coinvolti nella via di segnalazione dell’IAA, potrebbe suggerire l’attività auxino-simile elicitata dai PH testati. Negli esp. 2 ed esp. 3, è stata condotta una prova in serra per valutare l’effetto dell’applicazione fogliare di un PH derivato dalla biomassa di una specie appartenente alla famiglia delle Malvaceae (MPDH) e delle sue frazioni (MDPH1 > 10 kDa, MDPH2 1-10 kDa e MDPH3 < 1 kDa) rispettivamente in condizioni di fertilizzazione azotata ottimale (14 mmol L-1) e sub-ottimale (2 mmol L-1) e di bassa (2 mM NaCl) ed alta (50 mM NaCl) salinità sui parametri morfo-fisiologici e biochimici, sulla produzione, sui parametri qualitativi e sui profili antiossidanti di Solanum lycopersicum L. In entrambe le prove, gli MDPHs hanno migliorato l’architettura radicale, il contenuto dei pigmenti fotosintetici e la crescita, ed aumentato la produzione e le caratteristiche qualitative dei frutti, soprattutto in condizioni di azoto sub-ottimali e di elevata salinità. Complessivamente, questo studio ha evidenziato che gli idrolizzati proteici vegetali possono essere considerati growth promoting biostimulant in condizioni normali e, soprattutto, di stress abiotico.
The major challenge for future agriculture is to ensure high levels of crop production with low input of agrochemicals in a general strategy of safety environmental management. Protein hydrolysates (PHs) are employed in agriculture to increase the sustainability of farming systems, with positive results on crop productivity and response against environmental stressors. Nevertheless, the molecular mechanism(s) triggered by their specific activity is not clearly understood. In this work, (exp. 1,2), five PHs obtained by enzymatic hydrolysis of different vegetal protein sources were tested for their root-promoting activity on tomato cuttings. All the treatments improved both root length and number when compared to negative controls. Distinctive metabolomic signatures were highlighted in response to treatments, indicating the triggering of different molecular processes in root and leaf tissues of tomato cuttings. In addition, the differential modulation of SlIAA2 and SlIAA9 genes, which are involved in the IAA signalling pathway, might further suggest the auxin-like activity elicited by the PHs tested. In exp. 2 and exp. 3, a greenhouse trial was conducted to evaluate the effect of foliar application of PH from Malvaceous biomass and their fractions (MDPH 1 > 10 kDa, MDPH 2 1-10 kDa and MDPH 3 < 1 kDa) respectively under optimal (14 mmol L-1) and sub-optimal (2 mmol L-1) nitrogen fertilization and low (2 mM NaCl) and high (50 mM NaCl) salinity on morpho-physiological and biochemical traits, yield and qualitative parameters and antioxidant profiles of Solanum lycopersicum L. In both trials, Malvaceae Derived Protein Hydrolysates (MDPHs) boost root architecture, growth photosynthetic pigments, yield and fruits quality especially under sub-optimal nitrogen condition and high salinity condition. Overall, this study highlighted that the application of vegetal protein hydrolysates could be used as a promising plant growth biostimulant for treating tomato plant under normal and especially under stress condition.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze delle produzioni vegetali e animali
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